【正文】 方便，梯形圖編程方式面向一般電氣技術(shù)人員，操作簡單，維修方便，易于實 現(xiàn)機電一體化 。 由于 PL C 控制對象的復雜性和多樣性，應用環(huán)境的特殊性和工作運行的連續(xù)性、實時性，使其在設(shè)計上有更高要求。 現(xiàn)代 PL C 模塊化能力大大增強，不僅具有電源模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊，還具有專用的模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和各種連接模塊，更重要的是在聯(lián)網(wǎng)通 信方面推出功能強大通信模塊、 modem 模塊、天線模塊和遠程通信控制模塊等。 、結(jié)構(gòu)緊湊，功能強大 作為微電子的高科技產(chǎn)品， PLC 不僅結(jié)構(gòu)緊湊、堅固、體積小、重量輕，而且功耗很低。 PLC 替代繼電器控制系統(tǒng)實現(xiàn)邏輯控制和順序控制是 PLC 最基本、最廣泛的應用。 現(xiàn)代 PL C 除了主控 CPU 模塊上的 MPI 接口連接通信外，還可通過擴展的一系列通信模塊實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信，如通過專用通信處理器 CP 和專用遠程通信控制模塊 TIM 等。 PL C 的 基本組成仍采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，一般都是由中央處理單元 (CPU)、存儲器 (memory),輸入部分 (input),輸出部分(output)和電源部分 (supply)五部分組成。 ③ 診斷用戶程序和系統(tǒng)程序的語法錯誤，并對用戶程序指 令進行編譯 。 ⑦ 傳送狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的相關(guān)內(nèi)容到輸出接口 。用戶程序存儲器存放用戶編制的程序及隨機參數(shù)等。輸入接口電路一般山光電禍合電路和微電腦輸入接口電路組成，而輸出接口電路一般由微電腦輸出接口和功率放大器組成。 二、工作方式 PL C 采用對 1/O 操作、數(shù)據(jù)處理等的循環(huán)掃描工作方式。 ④ CPU 逐條調(diào)出并執(zhí)行用戶程序的指令，按照指令 對數(shù)據(jù)進行運算，并將結(jié)果送至輸出寄存器，實現(xiàn) PLC 的程序執(zhí)行過程 。 PL C 網(wǎng)絡(luò) 通常采用多級通信子網(wǎng)以構(gòu)成復合型拓撲結(jié)構(gòu)，夯在不同級別 的子網(wǎng)中配置不同的通信協(xié)議，這是根據(jù) PLC 網(wǎng)絡(luò)中的實際通信要求，即上層主要傳遞管理信息，通信報文較長、傳輸信息量大、通信范圍廣，但對實時性要求不高 。 圖 示意了 SIEMENS S7 系列 PLC 典型網(wǎng)絡(luò) 常州信息職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 11 of 27 西門子 S7 系列 PLC 網(wǎng)絡(luò)通常采用三級總線復合型結(jié)構(gòu) :最下層是遠程 UO 鏈路層，直接與現(xiàn)場設(shè)備連接通信，配置周期 I/O 通信機制 。 ③ PLC 網(wǎng)絡(luò)的高層子網(wǎng)中常配置 MAP 規(guī)約 (全 MAP )或 Ether 協(xié)議，使得 PLC 網(wǎng)絡(luò)更加標準化和通用化，也使得 PLC 網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、 PLC 網(wǎng)絡(luò)與其它局域網(wǎng)的互聯(lián)更加容易 。 常州信息職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 12 of 27 二、 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的通信 PL C 網(wǎng)絡(luò) 可分為 PLC 控制網(wǎng)絡(luò)和 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)兩種，它們在功能上和工作方式上有很大的差別。 PLC 通信網(wǎng)絡(luò) 類似于普通的局域網(wǎng)。也可利用 PLC 的專用通信模塊，用雙絞線、同軸電纜或光纜連接組成網(wǎng)絡(luò)從而實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的信息交換，構(gòu)成集中管理、分散控制的集散型、分層式控制系統(tǒng)。 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的各級子網(wǎng)無論是環(huán)形結(jié)構(gòu)還是總線結(jié)構(gòu)，通信介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)的共享資源，網(wǎng)絡(luò)中的 PLC 建立通信，就必須取得共享通信介質(zhì)的使用權(quán)，即要有一個存取控制方式來分配共享通信介質(zhì)的使用權(quán)。工作原理是在 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的各臺 PLC 的 1/O 區(qū)劃出一塊鏈接區(qū)，每個鏈接區(qū)都采用相同的郵箱結(jié)構(gòu)，相同編號的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)的大小相同，占用相同的地址段，一個為發(fā)送區(qū)，其余皆為接收區(qū)，通過廣播式通信，使各 PLC 鏈接區(qū) 11’的數(shù)據(jù)保持一致，即鏈接區(qū)中既有自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，也有其它 PLC 送來的數(shù)據(jù)，每臺 PLC 只要訪問自己的鏈接區(qū)，就等于訪問了其它 PLC，就相當于與其它 PLC 交換了數(shù)據(jù)。當采用異步方式刷新時，與PLC 中用戶程序無關(guān)，山各 PLC 月矛帶通信處理器按順序進行廣播通信，并使所有鏈接區(qū)保持等值 。工作原理 :遠程 I/O 鏈路按主從方式工作， PLC 自帶的 I/O 主單元在遠程 UO 鏈路中擔任主站，其它遠程 I/0 鏈路作為從站。 PLC 的 CPU 對用戶程序的周期性循環(huán)掃描與通信處理器對各遠程 I/0 單元的周期性掃描是異步進行的，PLC 的 CPU 單元實際并沒有直接操作遠程 I/0 緩沖區(qū)的周期性刷新，使得 CPU 單元相對直接訪問了遠程 I/0 單元。為保證實時性，輪詢表中各從站號至少出現(xiàn)一次，這樣可保證每個從站在周期輪詢時的侮個周期內(nèi)至少有一次總線使用權(quán)。另一種是兩種通信都允許，從站獲得總線使用權(quán)后先與主站通信，再直接與從站通信。 N 個主站首先組成邏輯環(huán)，通過令牌方式在邏輯環(huán)上分配總線使用權(quán)，因而主站是浮動的，是不固定的。 5. PLC 通信網(wǎng)絡(luò)的令牌總線 (N:N )通信方式 令牌總線通信方式采用典型的令牌總線存取控制技術(shù) :總線 結(jié)構(gòu)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)中 N 個站地位平等沒有主從站之分，總線上 N 個站組成一個邏輯環(huán)，令牌在邏輯環(huán)中按一定方向流動，獲得令牌的站就取得了總線的使用權(quán)。但如果是應答方式的數(shù)據(jù)傳送，待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后還必須等待目的站在獲得令牌占用總線發(fā)回應答 1 防后，整個通信 能結(jié)束。如圖 所示 :A 站要向 C 站發(fā)送數(shù)據(jù)。 SMA/CD( CarriersenseM ultipleA ccessW ithC ollisionD etection) CS MA /C D 通信方式是一種隨機通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)。原因在于這種通信方式不能保證總線上各個站在一定時間周期內(nèi)都能獲得總線使用權(quán)，也不能靜態(tài)方式地賦予某些站較高的優(yōu)先權(quán)，更不能動態(tài)方式地賦予緊急通信任務較高的優(yōu)先權(quán)，因而這種存取控制方式的實時性很差。 1． 4 PLC的發(fā)展趨勢 信息技術(shù)的發(fā)展對現(xiàn)代控制技術(shù)提出了更高的要求，作為現(xiàn)代工業(yè)支柱之一， PLC面向未來的信息時代也在不斷完善、增強和拓展自身功能，以更好地適應現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展要求。根據(jù)實際控制對象的具體要求，現(xiàn)代 PLC將會研制出更多的功能模塊和更完整的系列產(chǎn) 現(xiàn)代 PL C系統(tǒng)采用了更強的微處理器、容量更大的存儲器，并將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學運算及通信功能等有機結(jié)合了起來，性能 不斷提高，同時 PLC與工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng) (DCS ), 嵌入式計算機等系統(tǒng)在功能和應用方面相互滲透、相互結(jié)合，拓寬了更廣闊的控制應用領(lǐng)域 PL C 系 統(tǒng)己具有了很強的通信能力，可在 PLC間、 PLC與計算機間近距離或遠距離聯(lián)網(wǎng)通信，形成統(tǒng)一的、分散式集中控制系統(tǒng)。 總之，現(xiàn)代 PLC系統(tǒng)將向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低、控制與管理一體化和完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能方向發(fā)展。 在我國，一般按 I/O點數(shù)將 PLC分為以下級別（但不絕對，國外分類有些區(qū)別）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我國應用的 PLC系統(tǒng)中， I/O64點以下 PLC銷售額占整個 PLC的 47%， 64點 ~256點的占 31%，合計占整個 PLC銷售額的 78%。 我國的 PLC供應渠道，主要有制造商、分銷商（代理商）、系統(tǒng)集成商、 OEM用戶、最終用戶。所以，軟件 PLC 提供了與硬 PLC 同樣的功能，同時又提供了 PC 環(huán)境的各種優(yōu)點。其特征是：在保留 PLC 功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準；全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng) PLC 的功能。編輯環(huán)境與運行環(huán)境是客戶服務器模式，二者之間采用 COMDCOM 通信機制，運行環(huán)境作為 COM 服務器，提供標準的通信接口；編輯環(huán)境作為 COM 客戶端應用，本地或遠程訪問存取這些接口，進 行下載代碼、讀取運行環(huán)境的運行信息等操作。支持基于 TCPIP 網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn) PLC 遠程監(jiān)控，遠程程序修 改 （ 2） 軟 PLC 運行系統(tǒng) 這一部分是軟 PLC 的核心，完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理等工作。 第一種，在 PC 機上安裝專用程序，使 PC 機用作為可編程控制器。該 PLC 是可以獨立工作的微機系統(tǒng)，與 PC 機無關(guān)，如有需要甚至可以用自身獨立提供的電源。 當對實時控制的要求較低時，一般使用第一種結(jié)構(gòu)，專用軟件就直接安裝在 WindowsNT中，也可用帶實時擴展子系統(tǒng)的軟件，提高實時控制性能。軟件 PLC 通過自己開發(fā)工具提供的 OPC 功能和 Active 控件，既可連接 Office 軟件，也可連接用 VB， VC 開發(fā)的軟件； ③ 基于 PC+現(xiàn)場總線 +分布式 IO 的控制系統(tǒng)簡化了復雜控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了通信效率和速度，降低了投資成本。軟 PLC 指令集可以更 加豐富，用戶可以使用符合標準的操作指令。這使得現(xiàn)有計算機網(wǎng)絡(luò)的很多研究成果很容易地應用到 PLC 控制技術(shù)中。軟 PLC 首選的操作系統(tǒng)是 WindowsNT，但是它并不是一個硬實時的操作系統(tǒng)。比如，修改 NT 的硬件抽象層， 常州信息職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 20 of 27 或者 NT 與一種經(jīng)過實用驗證的硬實時操作系統(tǒng)組合 。 （ 1） 基于 IPC 或 EPC 的控制方案 在這種控制應用方案中，系統(tǒng)的軟件平臺可以采用 WindowsNT， WindowsCE 或 Linux等，通用 IO 板卡和 IO 接線端子板（或現(xiàn)場總線卡、現(xiàn)場總線以及遠程 IO 模塊）負責與工業(yè)控制現(xiàn)場打交道。 （ 3） 基于傳統(tǒng) PLC 的控制方案。在系統(tǒng)功能方面， DCS 和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。這里所說的 “ 確定 ” 的時間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個時間限度內(nèi)完成，而這個時間限度則是根據(jù)被控制過程的實時性要求確定的。這樣，一方面可以隨時增加新的節(jié)點，另一方面也可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行于較輕的通信負荷狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的實時性和可靠性。這樣既可以避免由于一個站點失效造成整個系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性，也可以使各站點分擔數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個系統(tǒng)的性能。 DCS 具有以下特點： （ 1） 高可靠性。 DCS 采用開放式，標準化、模塊化和系列化設(shè) 計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。在網(wǎng)絡(luò)安全上， PLC 沒有很好的保護措施。 5. DCS 安全性：為保證 DCS 控制的設(shè)備的安全可靠， DCS 采用了雙冗余的控制單元，當重要控制單元出現(xiàn)故障時，都會有相關(guān)的冗余單元實時無擾的切換為工作單元，保證整個系統(tǒng)的安全可靠。 ，對各種工藝控制方案更新是 DCS 的一項最基本的功能，當某個方案發(fā)生 常州信息職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領(lǐng)域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 22 of 27 變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了，下裝過程是由系統(tǒng)自動完成的，不影響原控制方案運行。這就決定了為什么在大中型控制項目中（ 500 點以上），基本不采用全部由 PLC 所連接而成的系統(tǒng)的原因。其主要應用的技術(shù)領(lǐng)域有 :順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。高速計數(shù)功能是用中斷方式實現(xiàn)的 ,因此其計數(shù)頻率受到限制。 (4)脈沖捕獲功能 ,可捕獲脈寬為數(shù) 10μ s 的輸入脈沖 (5)內(nèi)置的實時鐘 ,或可以選配實時鐘模塊。有的小型 PLC具有超高速的運算速度 ,如 FX2N 執(zhí)行基本指令的時間僅 s,運算速度遠遠高于某些大中 型 PLC 的運算速度。 PLC 編程軟件 (1)編程軟件普及 :PLC 的手 持式編程器編程功能有限 ,使用不便?，F(xiàn)在有的 PLC(如西門子的 S7200 系列 )用基于 PC 的編程軟件來編程 ,已不配置手持式編程器。某些“軟 PLC” (即在 PC 上運行的可實現(xiàn) PLC 功能的軟件包 )幾乎都是按 IEC 標準設(shè)計的。 (5)編程軟件具備仿真功能 :有的 PLC 生產(chǎn)廠家提供了在計算機上運行 ,可以用來代替PLC 的硬件調(diào)試用戶程序的仿真軟件 ,例如西門子公司與 STEP7 編程軟件配套使用的S7PLCSIM 仿真軟件、三菱公司與 SW3D5CGPPWC 編程軟件配套的 SW3D5CLLTC 仿真軟件 ,歐姆龍公司與 CXProgrammer 編程軟件配套的仿真軟件 CXSimulator 等 ,西門子的“ LOGO!”可編程邏輯模塊的編程軟件也有仿真功能。使用 MELSEC 遠程 I/O 鏈接系統(tǒng)主站模塊可組成遠程 I/O網(wǎng)絡(luò)。 (2)通信開放程度提高。有的廠家對 Modbus 協(xié)議作了一些