【正文】 ：使用方便，具有杰出的實時功能和強大的通訊能力。它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成確定的邏輯、順序、定時、計數(shù)、運算和一些確定的功能，來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 Application當(dāng)今制造業(yè)正在面臨一個快速變革的時代，在經(jīng)濟(jì)全球化的同時，減少資金投入，降低人力成本，提高勞動生產(chǎn)率，縮短訂單處理事件等成為用戶不斷追求的目標(biāo)，對于制造業(yè)系統(tǒng)處理速度，開放性等方面的要求也韶討從前川。隨著應(yīng)用范圍和領(lǐng)域的拓展，PLC的功能模塊還在不斷發(fā)展創(chuàng)新。其中，CPU是PLC的核心，存儲器是存放系統(tǒng)程序和用戶程序及數(shù)據(jù)的，1/O部分是連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU的接口電路，電源部分則為PLC內(nèi)部電路提供電源。現(xiàn)代 PLC除了以上1/O接口電路外，還配有各種和外圍設(shè)備連接的接口電路，通過相應(yīng)的接口電路的插座可連接編程器、計算機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備。中間層為主從式多點鏈路或Profibus現(xiàn)場總線IZ61前者采用主從式總線，輪詢方式通信，后者是一種新型現(xiàn)場總線，是可承擔(dān)現(xiàn)場、控制、監(jiān)控三級任務(wù)的以太網(wǎng)，傳送生產(chǎn)管理信息，配置以太網(wǎng)通信協(xié)議。并行通信和串行通信在PLC及其網(wǎng)絡(luò)中都存在。在主站中設(shè)立“遠(yuǎn)程I/0緩沖區(qū)”，采用郵箱結(jié)構(gòu)，劃分出幾個分箱分別與梅個從站相對應(yīng)，每個分箱再分為發(fā)送區(qū)和接收區(qū)。主站獲得總線使用權(quán)后，再按主從方式確定在自己的令牌環(huán)持有時間內(nèi)與其它從站的通信。采用CSMA/CD存取控制方式，網(wǎng)絡(luò)總線上各站無主從之分，地位平等，對總線使用權(quán)的獲得多采用“先聽后講，邊講邊聽”的方法。1．5 典型的PLC產(chǎn)品　　　　在我國應(yīng)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%。根據(jù)傳統(tǒng)PLC的組成結(jié)構(gòu)，軟PLC系統(tǒng)由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分組成。PC機(jī)可以容納數(shù)個插槽式的PLC，并把它們當(dāng)作集成模塊，在操作系統(tǒng)支持下既獨立又協(xié)調(diào)地工作。軟PLC不僅能加入到已存在的私有PLC網(wǎng)絡(luò)中，而且可以加入到標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。（2）基于嵌入式控制器或智能控制器的控制方案嵌入式控制器是一個超小型計算機(jī)系統(tǒng)，一般沒有顯示器，其軟件平臺是嵌入式操作系統(tǒng)（如WindowsCE）。其次，這是一種完全對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制（DOS）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。而單用PLC互相連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站（PLC與PLC）之間的聯(lián)系則是一種松散連接方式，是做不出協(xié)調(diào)控制的功能。如三菱公司的小型PLCFX系列先后推出了FXFX0S、FX0N、FX2C、FX2N、FX2NC、FX1S和FX1N等系列,它們的性能價格比越來越高。編程軟件對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài),在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序,并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。計算機(jī)鏈接協(xié)議基本上符合Modbus通信協(xié)議中的ASCII傳輸模式,PLC與PC通信時,PLC一側(cè)不需要用戶編程。過去個人計算機(jī)主要用作PLC的編程器、操作站或人/機(jī)接口終端,如果用于工業(yè)控制現(xiàn)場,必須使用工業(yè)控制計算機(jī)。只不過過去，特別是七十年代和八十年代初，由于當(dāng)初計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制，以及計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計人員理解的不充分，長期以來，把工廠的計算機(jī)系統(tǒng)按六層功能模型相對應(yīng)的分成六級計算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)。衷心感謝班主任導(dǎo)師施紅老師，感謝施老師一直以來對作者的關(guān)心和輔導(dǎo)。答 謝 辭本文的工作是在導(dǎo)師胡盤峰老師的悉心指導(dǎo)下完成的。這充分說明了，可以把開發(fā)生產(chǎn)過程自動化控制功能的工具軟件和專用的控制器硬件分開，不需要把開發(fā)自動化控制功能的工具軟件和硬件始終捆綁在一起，這就不僅給自動化系統(tǒng)軟件開發(fā)商一個更大的發(fā)展空間，也給用戶選擇硬件的靈活性。有的通信協(xié)議只需要編寫計算機(jī)一側(cè)的通信程序,PLC接收和發(fā)送通信幀是自動完成的。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,通信功能受到越來越高的重視,因此小型PLC的通信功能在不斷擴(kuò)展和增強。FX系列PLC的功能擴(kuò)展板體積小巧,價格便宜,可安裝在基本單元內(nèi)。而PLC模塊只是簡單電氣轉(zhuǎn)換單元，沒有智能芯片，故障后相應(yīng)單元全部癱瘓3. PLC在自動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 PLC控制系統(tǒng)概述PLC是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算電子系統(tǒng),它將計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,成為實現(xiàn)單機(jī)、車間、工廠自動化的核心設(shè)備,具有可靠性高、抗干擾能力強、組合靈活、編程簡單、維修方便等諸多優(yōu)點。系統(tǒng)可以實現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào),PLC裝置只實現(xiàn)本單元所具備的功能. 2. 在網(wǎng)絡(luò)方面,DCS網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，和利時公司的MACS系統(tǒng)中的系統(tǒng)網(wǎng)采用的是雙冗余的100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)，采用的國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還必須非?？煽?，無論在任何情況下，網(wǎng)絡(luò)通信都不能中斷，因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在實際開發(fā)中也可使用其他的操作系統(tǒng)作為平臺。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。該PC機(jī)上的操作系統(tǒng)是基于實時功能的，如：WindowsNT或WindowsCE或Linux等，在西門子開發(fā)的應(yīng)用軟件ProToolPro的支持下，實現(xiàn)控制和監(jiān)視，在編程軟件STEP7支持下，提供用戶編程環(huán)境。這些問題都成了制約傳統(tǒng)PLC發(fā)展的因素。1．6 PLC在我國的應(yīng)用同時由于各廠家PLC通信協(xié)議的專用特點，現(xiàn)代PLC系統(tǒng)將更多采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線，向MAP規(guī)約[1p靠攏，使不同機(jī)型的PLC系統(tǒng)間可自由聯(lián)網(wǎng)通信，實現(xiàn)資源共享，適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)無人、無線、遠(yuǎn)程、復(fù)雜的綜合控制管理的需要。在A站獲得令牌時，A站把待發(fā)送數(shù)據(jù)加載在傳送幀中，并繼續(xù)向下傳送令牌，經(jīng)B站到達(dá)C站后，C站將幀格式中的目的地址與本站地址比較，以確定此幀是否為傳送至C站的。 C通信網(wǎng)絡(luò)的浮動主站(N:M) 通信方式浮動主站通信方式適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)采用同步方式刷新時，山用戶程序中對鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動一次刷新，只有當(dāng)鏈接區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)變化時刁刷新。實際應(yīng)用中對PLC網(wǎng)絡(luò)并不做具體劃分。而底層主要傳送過程數(shù)據(jù)和控制指令，報文較短、通信量不大、通信距離較近，但對實時性和可靠性要求較高。3. 輸入輸出部分也稱為I/O單元，是PLC與被控設(shè)備的接口電路，是CPU與現(xiàn)場I/O裝置或設(shè)備間的連接部件，起著PLC與外部設(shè)備間傳送信息的作用。通過功能強大的通信處理模塊，可實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)和信息的交換，構(gòu)成分散控制、集中管理的分層式集散型復(fù)雜控制系統(tǒng)。1. 抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠PL C通常工作在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，并且要求有較高的平均無故障時間(510萬小時)，因此PLC的設(shè)計中，在硬件上選用優(yōu)質(zhì)元器件，并采用電源多級濾波和穩(wěn)壓措施，電磁屏蔽、輸入輸出濾波、光電隔離及通道間絕緣，輸入電4li與輸出電源外部封裝。PLC已成為自動控制領(lǐng)域中先頭軍，同時它還會將在以后的自動控制領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用和發(fā)展下去。（2）詳細(xì)闡述了集現(xiàn)代自動控制技術(shù)、計算機(jī)(網(wǎng)絡(luò))技術(shù)和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品可編程控制器PLC在自動控制領(lǐng)域的最新應(yīng)用。國際電工委員會(IEC)曾頒布PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)，并作了如下定義:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的高級電子系統(tǒng)，采用可編程的存儲器在其內(nèi)部存儲執(zhí)行順序控制、定時計數(shù)、邏輯運算和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。利用專用的運動控制模塊可實現(xiàn)對直線或軸運動的控制，這使PLC可廣泛應(yīng)用于運動機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)。現(xiàn)代 PL C按功能分散處理、聯(lián)網(wǎng)通信和容錯技術(shù)的要求往往包括多個 CPU，分別承擔(dān)一定的控制功能。1．3 PLC網(wǎng)絡(luò)及通信一、PLC網(wǎng)絡(luò)PL C網(wǎng)絡(luò)多采用類似ISO提出的OSI7 層模型[191， 也是分層結(jié)構(gòu)，由上至下，各層發(fā)揮不同的作用。每次傳送數(shù)量較少，例如，PLC的遠(yuǎn)程I/O鏈路、通過Link區(qū)交換數(shù)據(jù)的PLC同位系統(tǒng)?！叭? /O方式”。主從總線通信方式中有兩種基本的數(shù)據(jù)傳送方式。 C通信網(wǎng)絡(luò)的令牌壞通信方式在采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PLC通信網(wǎng)絡(luò)中，多采用令牌環(huán)法的存取控制方式，并且這種通信方式具有很好的實時性?，F(xiàn)代 PL C系列產(chǎn)品中的模塊正在向智能化、功能專一、.鉆種齊全的方向展。　　軟件PLC綜合了計算機(jī)和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算、數(shù)值處理、網(wǎng)絡(luò)通信、PID調(diào)節(jié)等功能，通過一個多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)的及網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。通過此接口使運行系統(tǒng)可以和開發(fā)系統(tǒng)或HMI（或MMI）軟件按照各種協(xié)議進(jìn)行通信，如下載PLC程序或進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；③系統(tǒng)管理器，處理不同任務(wù)和協(xié)調(diào)程序的執(zhí)行，而且從IO映像讀寫變量；④錯誤管理器，檢測和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的各種錯誤；⑤調(diào)試內(nèi)核，提供多個調(diào)試函數(shù)，如重寫、強制變量、設(shè)置斷點、設(shè)置變量和地址狀態(tài)；⑥編譯器，通常開發(fā)系統(tǒng)將編寫的PLC源程序編譯為中間代碼，然后運行系統(tǒng)的編譯器將中間代碼翻譯為與硬件平臺相關(guān)的機(jī)器可執(zhí)行代碼（即目標(biāo)碼）?，F(xiàn)在，我們可以通過一些方法將實時性能加入到NT系統(tǒng)中去。對于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說，它必須滿足實時性的要求，即在確定的時間限度內(nèi)完成信息的傳送。 （2） 開放性。在控制精度上相差甚遠(yuǎn)。(8)用EEPROM代替RAM和鋰電池,使PLC成為完全免維護(hù)的設(shè)備。使用這些編程向?qū)r,只需要輸入要求的數(shù)據(jù)或確定選項,編程軟件就可以自動地生成用戶程序。值得關(guān)注的是已進(jìn)入國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線,在PLC中使用得較多的現(xiàn)場總線有Profibus、DeviceNet和ASI(執(zhí)行器、傳感器接口)等。SCADAlram:一個基于Windows的通信軟件，用來連接工業(yè)自動化軟件，提供實時智能報警通知，數(shù)據(jù)采集，并可通過各種通信裝置遠(yuǎn)程控制。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。數(shù)載寒窗，作者永不忘父母和家人對此作出的犧牲和奉獻(xiàn)！他們的關(guān)懷是對我最大支持和鞭策，謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給他們！ 參考文獻(xiàn)：[1] 教科書：胡壽松主編 ，《自動控制原理》[M]，科學(xué)出版社， 北京，2001年第4版，65132頁。美國西屋過程控制的WDPF Ovation系統(tǒng)就是基于這種觀點開發(fā)的，可以預(yù)計今后更多的工業(yè)過程自動化系統(tǒng)將會朝著這個方向發(fā)展。GEFanuc公司推出了一種外形上類似于筆記本電腦的個人計算機(jī),它用液晶顯示器(LCD)做人機(jī)界面,以Windows CE為操作系統(tǒng),可實現(xiàn)PLC的CPU模塊的功能,可與以太網(wǎng)和I/O模塊通信,可以在工業(yè)現(xiàn)場使用,這可能是今后高檔PLC的發(fā)展方向。早期的PLC基本上采用廠家專用的通信協(xié)議,給不同廠家的產(chǎn)品互聯(lián)互通和用戶的使用帶來了很大的困難。(2)編程軟件功能提高:PLC的編程軟件升級更新非?？?如三菱先后推出了MEDOC、SWOPCFXGP/WIN、GPPW編程軟件和LLT模擬仿真軟件。三菱的FX1S和FX1N的計數(shù)頻率可達(dá)100kHz。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。DCS的操作員站是處理一切與運行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HMIHuman Machine Interface或operator interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。在這種方案中，傳統(tǒng)PLC將只作為一個硬件系統(tǒng)平臺，將軟PLC運行系統(tǒng)安裝到此傳統(tǒng)PLC硬件中，然后將開發(fā)系統(tǒng)編寫的PLC應(yīng)用程序下載到此硬件系統(tǒng)并運行，即可實現(xiàn)PLC的控制功能。軟PLC的技術(shù)是基于IEC611313標(biāo)準(zhǔn)的，因此在掌握標(biāo)準(zhǔn)語言后開發(fā)就比較容易。當(dāng)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(kuò)展子系統(tǒng)的軟件，提高實時控制性能。嵌入式系統(tǒng)通常由EPC或嵌入式控制器（也稱智能控制器）和嵌入式軟件組成，嵌入式軟件又分為嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用程序，嵌入式操作系統(tǒng)的特點是程序短小、所需內(nèi)存少，Microsoft公司推出的WindowsCE就是一個嵌入式操作系統(tǒng)，而軟PLC可以作為一個嵌入式應(yīng)用程序運行在嵌入式系統(tǒng)中。大中型集控系統(tǒng)采用歐美PLC居多，小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動化及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC居多。I/O　　羅克韋爾（AB公司），SLC、MicroLogix、Control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(wù)較高的優(yōu)先權(quán)，因而這種存取控制方式的實時性很差。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)。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。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)。③ PLC網(wǎng)絡(luò)的高層子網(wǎng)中常配置MAP規(guī)約(全MAP