【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(shí) 現(xiàn)機(jī)電一體化 。 由于 PL C 控制對象的復(fù)雜性和多樣性，應(yīng)用環(huán)境的特殊性和工作運(yùn)行的連續(xù)性、實(shí)時(shí)性，使其在設(shè)計(jì)上有更高要求。 現(xiàn)代 PL C 模塊化能力大大增強(qiáng)，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(qiáng)大通信模塊、 modem 模塊、天線模塊和遠(yuǎn)程通信控制模塊等。 、結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)大 作為微電子的高科技產(chǎn)品， PLC 不僅結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)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(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)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(kuò)展的一系列通信模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信，如通過專用通信處理器 CP 和專用遠(yuǎn)程通信控制模塊 TIM 等。 PL C 的 基本組成仍采用了典型的計(jì)算機(jī)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(cuò)誤，并對用戶程序指 令進(jìn)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(jī)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(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果送至輸出寄存器，實(shí)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(fù)合型拓?fù)浣Y(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(shí)際通信要求，即上層主要傳遞管理信息，通信報(bào)文較長、傳輸信息量大、通信范圍廣，但對實(shí)時(shí)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(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)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(fù)合型結(jié)構(gòu) :最下層是遠(yuǎn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(dāng)于與其它 PLC 交換了數(shù)據(jù)。當(dāng)采用異步方式刷新時(shí)，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(jìn)行廣播通信，并使所有鏈接區(qū)保持等值 。工作原理 :遠(yuǎn)程 I/O 鏈路按主從方式工作， PLC 自帶的 I/O 主單元在遠(yuǎn)程 UO 鏈路中擔(dān)任主站，其它遠(yuǎn)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(yuǎn)程 I/0 單元的周期性掃描是異步進(jìn)行的，PLC 的 CPU 單元實(shí)際并沒有直接操作遠(yuǎn)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(yuǎn)程 I/0 單元。為保證實(shí)時(shí)性，輪詢表中各從站號至少出現(xiàn)一次，這樣可保證每個(gè)從站在周期輪詢時(shí)的侮個(gè)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(gè)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(dòng)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(gè)站地位平等沒有主從站之分，總線上 N 個(gè)站組成一個(gè)邏輯環(huán)，令牌在邏輯環(huán)中按一定方向流動(dòng)，獲得令牌的站就取得了總線的使用權(quán)。但如果是應(yīng)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(yīng)答 1 防后，整個(gè)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(jī)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(gè)站在一定時(shí)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(dòng)態(tài)方式地賦予緊急通信任務(wù)較高的優(yōu)先權(quán)，因而這種存取控制方式的實(shí)時(shí)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(shí)代也在不斷完善、增強(qiáng)和拓展自身功能，以更好地適應(yīng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展要求。根據(jù)實(shí)際控制對象的具體要求，現(xiàn)代 PLC將會(huì)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(qiáng)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(xué)運(yùn)算及通信功能等有機(jī)結(jié)合了起來，性能 不斷提高，同時(shí) PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng) (DCS ), 嵌入式計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透、相互結(jié)合，拓寬了更廣闊的控制應(yīng)用領(lǐng)域 PL C 系 統(tǒng)己具有了很強(qiáng)的通信能力，可在 PLC間、 PLC與計(jì)算機(jī)間近距離或遠(yuǎn)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(qiáng)、價(jià)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(diǎn)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(yīng)用的 PLC系統(tǒng)中， I/O64點(diǎn)以下 PLC銷售額占整個(gè) PLC的 47%， 64點(diǎn) ~256點(diǎn)的占 31%，合計(jì)占整個(gè) PLC銷售額的 78%。 我國的 PLC供應(yīng)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(shí)又提供了 PC 環(huán)境的各種優(yōu)點(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)；全部用軟件來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng) PLC 的功能。編輯環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是客戶服務(wù)器模式，二者之間采用 COMDCOM 通信機(jī)制，運(yùn)行環(huán)境作為 COM 服務(wù)器，提供標(biāo)準(zhǔn)的通信接口；編輯環(huán)境作為 COM 客戶端應(yīng)用，本地或遠(yuǎn)程訪問存取這些接口，進(jìn) 行下載代碼、讀取運(yùn)行環(huán)境的運(yùn)行信息等操作。支持基于 TCPIP 網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) PLC 遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程程序修 改 （ 2） 軟 PLC 運(yùn)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(jī)上安裝專用程序，使 PC 機(jī)用作為可編程控制器。該 PLC 是可以獨(dú)立工作的微機(jī)系統(tǒng)，與 PC 機(jī)無關(guān)，如有需要甚至可以用自身獨(dú)立提供的電源。 當(dāng)對實(shí)時(shí)控制的要求較低時(shí)，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(shí)時(shí)擴(kuò)展子系統(tǒng)的軟件，提高實(shí)時(shí)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)的操作指令。這使得現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的很多研究成果很容易地應(yīng)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(gè)硬實(shí)時(shí)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(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)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(shí)用驗(yàn)證的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組合 。 （ 1） 基于 IPC 或 EPC 的控制方案 在這種控制應(yīng)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(yuǎn)程 IO 模塊）負(fù)責(zé)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(shí)現(xiàn)方法上卻完全不同。這里所說的 “ 確定 ” 的時(shí)間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個(gè)時(shí)間限度內(nèi)完成，而這個(gè)時(shí)間限度則是根據(jù)被控制過程的實(shí)時(shí)性要求確定的。這樣，一方面可以隨時(shí)增加新的節(jié)點(diǎn)，另一方面也可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于較輕的通信負(fù)荷狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。這樣既可以避免由于一個(gè)站點(diǎn)失效造成整個(gè)系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性，也可以使各站點(diǎn)分擔(dān)數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。 DCS 具有以下特點(diǎn)： （ 1） 高可靠性。 DCS 采用開放式，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè) 計(jì)，系統(tǒng)中各臺計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的工作。在網(wǎng)絡(luò)安全上， PLC 沒有很好的保護(hù)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(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無擾的切換為工作單元，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。 ，對各種工藝控制方案更新是 DCS 的一項(xiàng)最基本的功能，當(dāng)某個(gè)方案發(fā)生 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)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(dòng)完成的，不影響原控制方案運(yùn)行。這就決定了為什么在大中型控制項(xiàng)目中（ 500 點(diǎn)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(yīng)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(jì)數(shù)功能是用中斷方式實(shí)現(xiàn)的 ,因此其計(jì)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(shí)時(shí)鐘 ,或可以選配實(shí)時(shí)鐘模塊。有的小型 PLC具有超高速的運(yùn)算速度 ,如 FX2N 執(zhí)行基本指令的時(shí)間僅 s,運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于某些大中 型 PLC 的運(yùn)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(yùn)行的可實(shí)現(xiàn) PLC 功能的軟件包 )幾乎都是按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)上運(yùn)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(yuǎn)程 I/O 鏈接系統(tǒng)主站模塊可組成遠(yuǎn)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