【正文】 ⑤ 強大的網絡功能。歐美 PLC在網絡和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本 PLC在靈活性和價位方面占優(yōu)勢。隨著科學技術不斷發(fā)展，現(xiàn)代 PLC網絡系統(tǒng)中，在一些新的現(xiàn)場總線中常可集多種通信方式于一體，并能在 實際應用中自動在各通信方式間切換，調度各自的優(yōu)先級，從而更好的實現(xiàn)對多種總線資源的充分利用和實時準確的傳送數(shù)據(jù)。例如，若采用無應答數(shù)據(jù)傳 常州信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 15 of 27 送方式，獲得總線使用權的站可立即向目的站發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成則通信也就完成。輪詢表是一張從站號的排列順序表，配置在主站中，主站按照輪詢表中的排列順序對各從站進行訪問，查看從站是否有占用總線的請求，從而對總線使用權進行分配。 以下將詳細介紹 PLC 網絡中的典型通信方式 ： LC 控制網絡的“全局 1/O 方式”通信 “全局 1 /O 方式”是利用串行共享存儲區(qū)通信的方式，主要用于帶有 Link 鏈接區(qū)的PLC 間的通信。高層子網與普通網絡相近，加之要與異種網互聯(lián)，通信協(xié)議多為標準 7 層協(xié)議。 ③ CPU 對各輸入端掃描并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器，完成對現(xiàn)場信息的輸入采樣過程 。 ⑥ 按程序進行處理，根據(jù)運算結果更新相關標志的狀態(tài)和輸出的狀態(tài)或數(shù) 據(jù)寄存器的內容 。 PLC 在設計上的特點決定了 PLC 高性能和廣闊的應用范圍。在其小小的單元中，包含了強大的功能，使之能夠獨立地或通過網絡分布式系統(tǒng)輕而易舉地完成復雜的控制任務，很小的投入即能獲得最有效的自動化系統(tǒng)，在工業(yè)現(xiàn)場領域深受歡迎，特別是經過特殊模塊配置后，可以在保持簡單易用的特點的同時大大擴展其應用領域。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械設備或生產過程。 Application 當今制造業(yè)正在面臨一個快速變革的時代，在經濟全球化的同時，減少資金投入，降低人力成本，提高勞動生產率，縮短訂單處理事件等成為用戶不斷追求的目標，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。 ，應用范圍廣 現(xiàn)代 PL C 產品系列化和模塊化，而且不僅具有邏輯運算、定時計數(shù)、順序控制等功能，還具有 A/D, D/A 轉換、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理和通信等功能，這使得 PLC 的應用可根據(jù)實際情況方便靈活地組成功能不同的控制系統(tǒng)，既可是控制單機的簡單系統(tǒng)也可是控制多機的復雜系統(tǒng)，又司利用通信功能實現(xiàn)更復雜的遠程群控系統(tǒng)。 圖 1 .1 示意了 PLC 的原理圖 常州信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 8 of 27 圖 示意了 PLC 的結構圖 1. 中 央處 理單元 CPU 作為 PLC 控制器的核心，中央處理單元具有以下功能 : ① 接收輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)并送入存儲器 。 PL C 一般 配有專用的開關式穩(wěn)壓電源供內部電路使用，現(xiàn)代大多數(shù)機型可向外提供直流 24 V 穩(wěn)壓電源，以供外部設備 (如傳感器等 )使用，從而避免電源污染也減少了外部連線。 通過對 PLC 網絡及各級子網的上述分析，我們可以得出以下規(guī)律 : ① PLC 網絡通常是三級或四級子網構成的復合型拓撲結構，且為適應各級子網的通信特點而配置不同的子網通信協(xié)議 。其中，在 PLC 內部，多處理器的 PLC中的多個處理器間通過共享存儲區(qū)在協(xié) 處理器控制與管理之下的通信和 PLC 中 CPU與各智能模塊處理器間經背板總線的通信多為并行通信。主站中的通信處理器采用周期掃描方式按順序與各從站交換數(shù)據(jù)，把與其對應的分箱中的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)送往從站，從 從站區(qū)讀取數(shù)據(jù)存入相應的接收區(qū)，這樣使得主站中的遠程 I/0 緩沖區(qū)得以周期性地刷新。每個主站中都配置有一張輪詢表，按表上的排列順序獲得總線使用權的主站與其它主站或從站進行通信。先聽后講是指各站在發(fā)送數(shù)據(jù)前必須對總線進行監(jiān)聽，確認總線空閑后才能發(fā)送數(shù)據(jù)據(jù)的同時為了完全避免各站在使用總線傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，在發(fā)送數(shù)繼續(xù)對總線監(jiān)聽，若有沖突出現(xiàn)，則必須立即中出阻塞消息通知總線上各站，這就是后一句“邊訓邊聽”斷傳送，并發(fā)之后，沖突雙方要采用隨機數(shù)代入指數(shù)函數(shù)的避退算法來決定對總線使用權的的重新獲得。 2．國內 PLC生產廠約 30多家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產能力和名牌產品，還有一部分是以仿制、來件組裝或 “貼牌 ”方式生產。根據(jù)傳統(tǒng) PLC 的組成結構，軟 PLC 系統(tǒng)由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分組成。這種軟 PLC 對操作系統(tǒng)、控制軟件和編程軟件的要求 與第一種相同。 （ 2） 發(fā)展的制約因素 盡管軟 PLC技術具有很大的發(fā)展 潛力，但是這項技術的實現(xiàn)需要解決一些重要的問題。 軟 DCS 軟 DCS 定義 DCS是 分布式控制系統(tǒng) 的英文縮寫（ Distributed Control System），在國內自控行業(yè)又稱之為 集散控制系統(tǒng) 。 DCS 的特點 DCS,（ Distributed Control System）分散控制系統(tǒng)的簡稱，國內一般習慣稱之為集散控制系統(tǒng)。特別是當其某個 PLC 單元 發(fā)生故障時，不得不將整個系統(tǒng)停下來，才能進行更換維護并需重新編程。 (2)包括脈沖列輸出 (PTO)和脈寬調制 (PWM)的高速輸出功能 ,FX1S、 FX1N 的輸出脈沖頻率 可達 100kHz。大多數(shù)廠家的編程軟件都有漢化版 ,方便了英語水平較差的國內用戶?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢是盡可能地采用符合國際標準的通 信協(xié)議 ,如符合現(xiàn)場總線國際標準 IEC 61158 和 IEC 62026 中的某些總線標準。計算機鏈接協(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 一側不需要用戶編程。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 常州信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 23 of 27 語言的相互轉換。如三菱公司的小型 PLCFX 系列先后推出了 FX FX0S、 FX0N、 FX2C、 FX2N、 FX2NC、 FX1S 和 FX1N 等系列 ,它們的性能價格比越來越高。而單用 PLC 互相連接構成的 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)調控制的功能。 常州信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 21 of 27 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）功能的網絡節(jié)點。 （ 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）。 傳統(tǒng) PLC 限制在幾家廠商生產，具有私有性，因此很難適應現(xiàn)有標準計算機網絡，常常是 PLC與計算機處在不同類型的網絡中。該 PC 機上還集成了現(xiàn)場總線 ProfibusDP 的通信協(xié)議及 ProfibusDP 接口，用以實現(xiàn)與分布式 IO 及其他現(xiàn)場設備的連接。這些問題都成了制約傳統(tǒng) PLC 發(fā)展的因素。 5. 軟件的發(fā)展 現(xiàn)代 PL C系統(tǒng)的編程語言除了常用的梯形圖、語句表、專用語言指令外，還在不斷開拓利用普通高級語言，例如 C. Basic等的編程。之后 C 站對此幀作差錯校驗，并將校驗結果以肯定或否定 應答方式填在幀的 ACK 確認段中，同時將此幀信息復制下來，再把帶有應答信息的幀繼續(xù)向下傳送?？偩€上有 M 個站，其中 N 個為主站。鏈接區(qū)是從 PLC 的 I/O 區(qū)劃分出來的，經等值化通 信變成所有 PLC 的共享區(qū)，因此稱為“全局 I/O 方式”通信。 PLC 網絡的通信包括 PLC 之間、 PLC 與上下位計算機間和 PLC 與智能設備間的通信。中間層通信要求介于上、下層之間川 ]。 I/O 單元既可通過底板總線與主控模塊放在一起，也可通過連接器用電纜引出遠程放置，實現(xiàn)遠程聯(lián)網及控制。 1． 2 PLC的結構組成及工作方式 一、 PLC 的結構組成 可編程控制器實現(xiàn)控制，其實質是按一定算法進行 輸入和輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)，即輸入輸出和物理實現(xiàn)是 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本點 . PLC 對輸入和輸出的處理類似于現(xiàn)代微處理機的信息處理，但是針對復雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境顯得更加專業(yè)化。在軟件上采月 J 循環(huán)掃描工作方式，具有程序語法檢查、故障檢測與診斷和出錯后報警、保護數(shù)據(jù)、封閉數(shù)據(jù)以及恢復數(shù)據(jù)等措施。 PLC 已成為 自動控制領域中先頭軍，同時它還會將在以后的自動控制領域廣泛的應用和發(fā)展下去。 （ 2）詳細闡述了集現(xiàn)代自動控制技術、計算 機 (網絡 )技術和通信技術于一體的高科技產品可編程控制器 PLC 在自動控制領域的最新應用。由此 PL C 是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術 和通信技術，用面向對象的、面向控制過程的“自然語臺”，編程的，簡單易懂、操作方便、適應工業(yè)環(huán)境的，高可靠性的新一代工業(yè)控制裝置 PLC 發(fā)展經歷了四次換代，現(xiàn)代的 PLC 系列產品已成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能和聯(lián)網通信功能的多功能控制器，能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的不同需求，能適應更加復雜和惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境 。 現(xiàn)代 P LC 都具有數(shù)據(jù)運算 (定點、浮 點、函數(shù)運算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)排序和查表功能，并具有數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和建庫等功能，從而能夠實現(xiàn)大中型控制系統(tǒng)。 2. 存儲器 現(xiàn)代 PLC 均配有系統(tǒng)程序控制器，用于存放監(jiān)控程序、模塊化應用功 能的子程序、調用管理程序和各種系統(tǒng)參數(shù)。一般，上層負責生產管理，底層負責現(xiàn)場控制與監(jiān)測，中間層則負責生產過程的監(jiān)控及優(yōu)化。PLC 通信網絡則即可傳送開關量又可傳送數(shù)字量，且通信數(shù)據(jù)量較大，例如， SIEMENS 的 SIENECH l網、 AB 公司 DH+網等。 常州信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 13 of 27 鏈接區(qū)可采用異步方式刷新，也可采用同步方式刷新。一種只允許主站與從站間的通信，而禁止從站間的通信，從站間的通信必須經主站處理 。令牌環(huán)通信方式中，令牌在物理環(huán)中按箭頭指向順序傳送，獲得令牌的站才能發(fā)送數(shù)據(jù)。以微處理器為基礎的智能 I/O模塊可與 PLC的主 CPU模塊并行工作，提高 PLC掃描速度，又可實現(xiàn)模塊自適應、參數(shù)自整定等功能，從而使 I/O接功能、過程控制功能大大增強。軟件 PLC 綜合了計算機和 PLC 的開關量控制、模擬量控制、數(shù)學運算、數(shù)值處理、網絡通信、 PID 調節(jié)等功能，通過一個多任務控制內核，提供強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O 系統(tǒng)的及網絡的開放式結構。 常州信息職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）報告 論 PLC 在自動控制領域中的應用 機電工程系機電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 19 of 27 ＜ 2＞ 技術實現(xiàn) 以西門子公司開發(fā)的軟件 PLC 產品為例說明它的構成方式。 傳統(tǒng) PLC 的指令集是固定的，而實際工業(yè)應用中可能需要定義算法。 軟 PLC 技術應用控制方案 根據(jù)軟 PLC 運行的硬件平臺的不同，其控制功能的實現(xiàn)方案有以下三種。為了滿足系統(tǒng)擴充性的要求，系統(tǒng)網絡上可接入的最大節(jié)點數(shù)量應比實際使用的節(jié)點數(shù)量大若干倍。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網絡，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好 .而 PLC 因為基本上都為個體工作，其在與別的 PLC 或上位機進行通訊時，所采用的網絡形式基本都是單網結構，網絡協(xié)議也經常與國際標準不符。隨著技術的進步 ,其控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復雜的連續(xù)控制和過程控制 ,成為自動化領域的三大技術支柱 (PLC、機器人、 CAD/CAM)之一。 FX 系列有下述功能擴展板 :4 點開關量輸入板、 2 點開關量輸出板、 2 路模擬量輸入板、 1 路模擬量輸出板、 8 點模擬量調整板 ,RS232C、 RS485 和 RS422 通信板。以三菱的 FX 系列為例 ,它可以接入開放式通信網絡 ,為此提供了 CCLink 系統(tǒng)主站模塊、 CCLink 接口模塊、 ASI 主站模塊、 Deviceet 接口模塊和 Profibus 接 口模塊。 (3)PLC 緊密結合現(xiàn)場總線。隨著時間的推移 ,IEC 標準會得到越來越廣的使用。 (6)內置的 1 個或 2 個模擬量輸入電位器 ,可用于調節(jié)控制參數(shù) ,如修改定時器的設定值。系統(tǒng)各種控制軟件與算法可以將工藝要求控制對象控制精度提高。由于 DCS 將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結構采用容錯設計，因此某一