【文章內(nèi)容簡介】 海自儀公司的 SUPMAX 800，選用法國 CJ International 公 司的符合 IEC611313的 IsaGraf 和美國的強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks。 呂涌等開發(fā)的面向 DCS 控制組態(tài)軟件中包含一些軟 PLC 功能，它只是 DCS系統(tǒng)的一部分，不能獨(dú)立運(yùn)行。李左章等對(duì)軟 PLC 技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果，其開發(fā)的數(shù)控內(nèi)嵌式 PLC 具有軟 PLC 的特點(diǎn)，但功能單一，不能作為獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行，且無聯(lián)網(wǎng)通訊能力。 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 4 頁 共 20 頁 羅華麗等提出了一種基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的嵌入式軟件 PLC 子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，給出了一個(gè)軟件 PLC 的結(jié)構(gòu)模型，并對(duì) PLC 的梯形圖程序編程環(huán)境、梯形圖程序與語言程序的相互轉(zhuǎn)換、 PLC 程序執(zhí)行等軟件部件的設(shè)計(jì)和開發(fā)進(jìn)行了研究。游華云等研制了一種基于 RTLinux 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件 PLC，既可以作為一個(gè)獨(dú)立模塊和不同的 CNC 系統(tǒng)協(xié)同工作，也可以嵌入到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，其實(shí)時(shí)性和可靠性己經(jīng)得到了驗(yàn)證。 黃延延等采用軟件組建的設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)軟件劃分為幾個(gè)具有獨(dú)立功能的軟件模塊，模塊之間定義規(guī)范的接口，并基本實(shí)現(xiàn)了各模塊的功能，但整個(gè)系統(tǒng)的性能沒有介紹。 大連理工大學(xué)在數(shù)控系統(tǒng)的軟 PLC 技術(shù)方面進(jìn)行了研究和開發(fā)，由現(xiàn)代制造研究所研制的 DIGIT 03MC等系列數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi) 置 PLC模塊已經(jīng)在相關(guān)工程項(xiàng)目中得到了實(shí)際的應(yīng)用。 陳佳等在理解軟 PLC 系統(tǒng)的功能、組成和編程方法基礎(chǔ)上，基于 IEC611313國際標(biāo)準(zhǔn)的編程規(guī)則，采用面向?qū)ο蟮乃枷?，設(shè)計(jì)出了一套完整易用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，給出了一種基于工業(yè) PC 的軟 PLC 設(shè)計(jì)方案并在 VC 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。最后，通過實(shí)驗(yàn)室被控對(duì)象驗(yàn)證了方案的可行性。 朱兆斌等人詳述了軟 PLC 中梯形圖編輯界面的實(shí)現(xiàn)以及在梯形圖向指令表轉(zhuǎn)化過程中采用的方法：將梯形圖映射為 AOV 有向圖，通過 AOV的拓?fù)渑判騺韺?shí)現(xiàn)最終的轉(zhuǎn)化。其中使用了十字鏈表作為 AOV 有向圖的存儲(chǔ)結(jié) 構(gòu)。 王新華等配合在 PC 機(jī)上運(yùn)行的自行研制的軟 PLC編輯開發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)了軟 PLC 編譯系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，開發(fā)的軟 PLC編譯系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)軟 PLC梯形圖與指令表程序的相互轉(zhuǎn)換，完成軟 PLC 程序的文法設(shè)計(jì)和語法分析，并對(duì)軟 PLC程序的運(yùn)行指令做出正確解釋，使 PC 機(jī)完成相應(yīng)的控制功能。 白艷艷等基于 SERCOS 的開放式數(shù)控系統(tǒng)為硬件平臺(tái)，構(gòu)建了軟 PLC 的體系結(jié)構(gòu)，將 PLC 的掃描執(zhí)行轉(zhuǎn)化為編譯執(zhí)行，提高了 PLC 的速度。 此外陜西科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)、山東大學(xué)等學(xué)者也在 PLC 軟件技術(shù)上進(jìn)行了一些研究。從總的研究 情況來看，目前國內(nèi)軟 PLC 的技術(shù)與國外相比，技術(shù)水平相差很大。 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 5 頁 共 20 頁 3 電機(jī) 控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) PLC 的選擇及工作原理 3． 1． 1 PLC 的選擇 本系統(tǒng)采用歐姆龍公司 CP1H 系列 PLC。 PLC 使幾點(diǎn)一體化設(shè)備中的控制器，機(jī)電一體化理念強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)部分之間的配合與協(xié)調(diào)，其目標(biāo)是整體性能最佳CP1H 系列 PLC 正是為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而言之的一款小型一體機(jī)，并可擴(kuò)展 CPM1A系列 I/O 單元和 CJ1 系列高功能 I/O 單元及 CPU 總線單元。 CP1H 系列 PLC 的特點(diǎn)是其內(nèi)置有四軸高速計(jì)數(shù)功能，四路模擬量輸出功能以及串行通信功能。 PLC 專為工業(yè)場合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由 CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。圖 為一典型 PLC 結(jié)構(gòu) 簡圖。 圖 PLC 的結(jié)構(gòu)簡圖 1）中央處理單元 中央處理單元（ CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。 CPU 的主要功能： ① 從存儲(chǔ)器中讀取指令 ② 執(zhí)行指令 ③ 順序取指令 ④ 處理中斷 2）存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器 ROM 隨即存儲(chǔ)器 RAM 3）輸入輸出單元 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 6 頁 共 20 頁 輸出接口電路 通常 PLC 的輸入類型可以是交流、直流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由 PLC 內(nèi)部提供。圖 PLC 的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。 圖 描述了一 個(gè)輸入點(diǎn)的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時(shí)，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對(duì)外顯示，同時(shí)光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號(hào)進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位由 0 變?yōu)?1， 即輸入映像寄存器的對(duì)應(yīng)位由 0變?yōu)?1。 圖 直流輸入電路圖 圖 交流輸入電路圖 3． 1． 2 PLC 的 工作原理： PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖 所示。圖 中當(dāng) PLC 方式開關(guān)置于 RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于 STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后 3 個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對(duì)PLC 聯(lián)機(jī)或離線編程。 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 7 頁 共 20 頁 可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理的原理如圖 所示。 PLC 執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期， PLC 完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。 PLC 作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進(jìn)行“硬件軟化”的結(jié)果。但在運(yùn)行方式上， PLC的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本區(qū)別 。 繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)繼電器的線圈通電或者放電，該繼電器的所有觸點(diǎn)都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作；而 PLC的軟件邏輯是通過 CPU 逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，如果一個(gè)邏輯線圈被接通或者斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 為了消除兩者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的這種差異， PLC 在程序運(yùn)行方式、輸入輸出操作、特殊功能模板等方面做了特別的考慮。 1） 循環(huán)掃描 PLC 采用了一種不同于普通衛(wèi)星計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 ——— 循環(huán)掃描方式。因?yàn)槔^電器控制中各類觸點(diǎn)的動(dòng)作 時(shí)間一般超過 100ms，因此只要 PLC運(yùn)行整個(gè)用戶程序的時(shí)間“掃描周期”小于 100ms，其運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制就沒有什么差別。 2） 建立 I/O映像區(qū) PLC 在輸入輸出操作上采用定時(shí)采樣、定時(shí)輸出的方式。即在一個(gè)掃描周期的固定時(shí)刻采樣所有的輸入點(diǎn)，采樣結(jié)果存入 RAM 中一個(gè)區(qū)域（輸入映像區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時(shí)，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入映像中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。同樣控制訊息輸出也不是采取生成一個(gè)就輸出一個(gè)的方法，而是將它們存放在RAM 中的一個(gè)區(qū)域（輸出映像區(qū)），掃描周期結(jié)束時(shí)在輸出映像區(qū)中控制訊息集中輸出。通 過建立 I/O 映像區(qū)，是 PLC 成為一個(gè)真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然PLC 不可能想繼電器控制那樣隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場輸入實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期足夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該完全符合實(shí)際系統(tǒng)的需要。