【文章內(nèi)容簡介】 在系統(tǒng)中的作用，可分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。 系統(tǒng)程序是對(duì)整個(gè) PLC 系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度、管理監(jiān)視及服務(wù)的程序，控制和完成 PLC各種功能。這些程序有 PLC 制造廠家設(shè)計(jì)提供，固化在 ROM 中， 用戶不能直接存取及修改。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器容量的大小，決定系統(tǒng)程序的大小和復(fù)雜程度，也決定 PLC 的功能。用戶程序是用戶在各自控制系統(tǒng)中開發(fā)的程序，大都存放在 RAM 存儲(chǔ)器中。因此使用者可以對(duì)用戶程序進(jìn)行修改。為保證掉電時(shí)不會(huì)丟失存儲(chǔ)的信息，一般用鋰電池作為備用電源。用戶程序存儲(chǔ)器容量的大小，決定用戶控制系統(tǒng) ’的控制規(guī)模和復(fù)雜程度。 （ 3） 輸入、輸出接口電路 輸入、輸出接口電路是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I／ O 設(shè)備相連接的部件。 PLC 將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為 CPU 能夠接收和處理的信號(hào)。通過用戶程序的運(yùn)算，把結(jié)果用過輸出模塊 給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （ 4） 電源 PLC 的電源一般采用 AC～ 220V 電源 ， 經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后變換成供 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器等電路工作所需的直流電壓。為保證 PLC 工作可靠，大都采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。有的 PLC 還向外部提供 24V 直流電源。 （ 5） 外設(shè)接口 外設(shè)接口是在主機(jī)外殼上與外部設(shè)備配接的插座，通過電纜線可配接編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、 EPROM 寫入器等。 （ 6） I／ O 擴(kuò)展接口 I／ O 擴(kuò)展接口用來擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。當(dāng)用戶輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過主機(jī)的范圍時(shí)，可通過 I／ O 擴(kuò)展接口與 I／ O 擴(kuò)展單元相接，以擴(kuò)充 I／ O 點(diǎn)數(shù)。 A／ D 和 D／ A 6 單元及鏈接單元一般也通過該接口與主機(jī)連接 [7]。 PLC 的基本工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后 其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 （ 1） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶 程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （ 2） 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù) 邏輯運(yùn)算 的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該 梯形圖 所規(guī)定的 特殊功能 指令。 即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排 在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點(diǎn)。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 （ 3） 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 7 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正 輸出 [8]。 組態(tài)軟件 組態(tài)軟件的基本概念 組態(tài) 軟件 ，又稱組態(tài) 監(jiān)控 系統(tǒng)軟件。譯自英文 SCADA， 即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用 軟件 。它們處在 自動(dòng)控制系統(tǒng) 監(jiān)控層一級(jí)的 軟件 平臺(tái)和 開發(fā)環(huán)境 ，使用靈活的組態(tài)方式 （而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問題。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能 ，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和 I/O 產(chǎn)品，與高可靠的工控 計(jì)算機(jī) 和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和 管理層 提供軟硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。 組態(tài) 軟件 在國內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為 “組態(tài)式監(jiān)控軟件 ”。 “組態(tài)（ Configure） ”的含義是 “配置 ”、 “設(shè)定 ”、 “設(shè)置 ”等意思，是指用戶通過類似 “搭積木 ”的簡單方式來完成自己所需要的 軟件 功能，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的 “組態(tài) ”。它有時(shí)候也稱為 “二次開發(fā) ”，組態(tài) 軟件 就稱為 “二次開發(fā)平臺(tái) ”。 “監(jiān)控（ Supervisory Control） ”，即 “監(jiān)視和控制 ”，是指通過計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理 [9]。 組態(tài)軟件的功能 組態(tài)軟件通常有以下幾方面的功 能： （ 1）強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能。目前，工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于 Windows 環(huán)境下，充分利用 Windows 的圖形功能完善界面美觀的特點(diǎn)，可視化的 m 風(fēng)格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進(jìn)人開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時(shí)間。豐富的圖形控件和工況圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向?qū)АＬ峁┙o用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的界面設(shè)計(jì)中解放出來，豐富的動(dòng)畫連接方式，如隱含、閃爍、移動(dòng)等等，使界面生動(dòng)、直觀。 8 （ 2）良好的開放性。社會(huì)化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件 不可能出自一家公司的產(chǎn)品， “異構(gòu) ”是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開放性是衡量一個(gè)組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。 組態(tài)軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的雙向通信。 （ 3） 豐富的功能模塊。提供豐富的控潲功能庫，滿足用戶的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)要求。利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控 、產(chǎn)生功能報(bào)表、 顯示歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、提醒報(bào)警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作，系統(tǒng)既適用于單機(jī)集中式控制、DCS 分布式控制，也可以 是帶遠(yuǎn)程遇信能力的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。 （ 4）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫。配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，可存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 （ 5）可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據(jù)自己的需要編寫程序，增強(qiáng)圖形界面 （ 6）周密的系統(tǒng)安全防范，對(duì)不同的操作者，賦予不同的操作權(quán)眼，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 （ 7）仿真功能．捉供強(qiáng)大的仿真功能使系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)，從而縮短開發(fā)周期。 國內(nèi)外組態(tài)軟件品牌 （ 1） InTouch： Wonderware（萬維公司）是 Invensys plc“生 產(chǎn)管理 ”部的一個(gè)運(yùn)營單位，是全球工業(yè)自動(dòng)化 軟件 的領(lǐng)先供應(yīng)商。 Wonderware 的 InTouch 軟件 是最早進(jìn)入中國的組態(tài)軟件。在 80 年代末、 90 年代初，基于 的 InTouch 軟件 曾讓我們耳目一新，并且 InTouch 提供了豐富的圖庫。但是，早期的 InTouch 軟件 采用 DDE 方式與 驅(qū)動(dòng)程序 通信，性能較差，最新的 版已經(jīng)完全基于 32 位的 Windows 平臺(tái)，并且提供了 OPC 支持。 （ 2） IFix： GE Fanuc 智能設(shè)備公司由美國通用電氣公司（ GE）和日本 Fanuc 公司合資組建，提供自動(dòng)化硬件和 軟件 解決方案，幫助用戶降低成本，提高效率并增強(qiáng)其盈利能力。 Intellution 公司以 Fix 組態(tài) 軟件 起家， 1995 年被艾默生收購，現(xiàn)在是愛默生集團(tuán)的全資子公司， 軟件提供 工控 人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的 驅(qū)動(dòng)程序（需單獨(dú)購買）。上世紀(jì) 90 年代末， Intellution 公司重新開發(fā)內(nèi)核，并將重新開發(fā)新的 9 產(chǎn)品系列命名為 iFiX。在 iFiX 中， Intellution提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能，將 FIX 原有的 Script語言改為 VBA（ Visual Basic For Application），并且在內(nèi)部集成了 微軟 的 VBA 開發(fā)環(huán)境 。為了解決兼容問題， iFIX 里面提供了程序叫 FIX Desktop，可以 直接在 FIX Desktop中運(yùn)行 FIX 程序。 Intellution 的產(chǎn)品與 Microsoft 的 操作系統(tǒng) 、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了緊密的集成。Intellution 也是 OPC（ OLE for Process Control）組織的發(fā)起成員之一。 iFiX 的 OPC 組件和 驅(qū)動(dòng)程序 同樣需要單獨(dú)購買。 2021 年， GE Fanuc 公司又從 愛默生 集團(tuán)手中，將 intellution 公司收購。 2021 年 12 月 11 日 ，通用電氣公司（ 紐約證券交易所 ： GE）和 FANUC 公司宣布，兩家公司完成了 GE Fanuc 自動(dòng)化公司合資公司的解散協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，合資公司業(yè)務(wù)將按照其起初來源和比例各自歸還給其母公司，該協(xié)議并使股東雙方得以將重點(diǎn)放在其各自現(xiàn)有業(yè)務(wù)，謀求在其各自專長的核心業(yè)內(nèi)的發(fā)展。目前， iFIX 等原 intellution 公司產(chǎn)品均歸 GE 智能平臺(tái)（ GEIP)。 （ 3） Citech： 悉雅特集團(tuán)（ Citect）是世界領(lǐng)先的提供工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)施自動(dòng)化系 統(tǒng)、實(shí)時(shí)智能信息和新一代 MES 的獨(dú)立供應(yīng)商。 CiT 公司的 Citech 也是較早進(jìn)入 中國市場(chǎng) 的產(chǎn)品。 Citech 具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是 工控 用戶。 Citech 提供了類似 C 語言的 腳本語言 進(jìn)行二次開發(fā)，但與 iFix 不同的是， Citech 的腳本語言并非是 面向?qū)ο?的，而是類 似于 C 語言，這無疑為用戶進(jìn)行二次開發(fā)增加了難度。 （ 4） WinCC： 西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán) (Aamp。D）是西門子股份公司中最大的集團(tuán)之一，是西門子工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分。 Siemens 的 WinCC 也是一套完備的組態(tài) 開發(fā)環(huán)境 ， Simens 提供 類 C 語言 的 腳本 ，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。 WinCC 內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對(duì) 分布 式系統(tǒng) 進(jìn)行組態(tài)。 通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用 ； 可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進(jìn)行 組態(tài) ；可基于 Web 持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便；集成的 Historian 系統(tǒng)作為 IT 和商務(wù)集成的平臺(tái)；可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展 ； “全集成自動(dòng)化 ” 的組成部分，適用 于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。 WinCC 的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶最好經(jīng)過 Siemens 的培訓(xùn)以掌握 WinCC 的應(yīng)用。 10 （ 5） Movicon： 是意大利自動(dòng)化 軟件 供應(yīng)商 PROGEA 公司開發(fā)。該公司自 1990 年開始開發(fā)基于 Windows 平臺(tái)的自動(dòng)化監(jiān)控 軟件 ，可在同一開發(fā)平臺(tái)完成不同運(yùn)行環(huán)境的需要。特色之處在于完全基于 XML，又集成了 VBA 兼容的 腳本語言 及類似 STEP7指令表的軟邏輯功能。 （ 6） GENESIS 64： 美國著名獨(dú)立組態(tài)軟件供應(yīng)商，創(chuàng)立于 1986 年。在 HMI/SCADA產(chǎn)品和管理可視化開發(fā)領(lǐng)域 一直處于世界領(lǐng)先水平 ， ICONICS 同時(shí)也是微軟的金牌合作伙伴，其產(chǎn)品是建立在開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之上的。 2021 年推出了業(yè)內(nèi)首款集傳統(tǒng) SCADA、3D、 GIS 于一體的組態(tài)軟件 GENESIS 64。 GENESIS64 作為基于 .NET 64bit 平臺(tái)全新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，為客戶提供一個(gè) 360 三維操作視景。