【導(dǎo)讀】convenienttarget.Second，programmingvisual,simple;Third,adaptabilitygood;

　　

【正文】 ndividual automation cell and to the automated factory as a whole. We39。ve heard a lot about MAP in the last few years, and a lot of panies have jumped on the band wagon. Many, however were disappointed when a fullydefined and pleted MAP specification didn’t appear immediately. Says Larry Kumara:” Right now, MAP is still a moving target for the manufacturers specification that is not final. Presently, for example, people are introducing products to meet the MAP products will be obsolete when the new standard for MAP, introduced.” Because of this, many PLC vendors are holding off on full MAP implementations. Omron, for example, has an ongoing MAPpatibility program, but Frank Newborn, vice president of Omron’s Industrial Division, reports that because of the lack of a firm definition, Omron39。s PLCs don39。t yet talk to MAP. Since it’s unlikely that an individual PLC would talk to broadband MAP anyway, makers are concentrating n proprietary works. According to Sal Provanzano, users fear that if they do get on board and vendors withdraw from MAP, they all pulse width modulation control system be the ones left holding a munications structure that’s not supported. 15 PLC 的發(fā)展 一、 PLC 概述 可編程控制器是 60 年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器 PLC（ Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出 PLC 概念的是美國(guó)通用汽車公司。 PLC 的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi) ,使控制器和被控對(duì)象連接方便 。 70 年代中期以后， PLC 已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的 PLC 已不再是僅有邏輯 (Logic)判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模 擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的設(shè)計(jì)。 可編程控制器對(duì)用戶來說，是一種無觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng) 用。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)。 ①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； ②編程直觀、簡(jiǎn)單； ③適應(yīng)性好； 16 ④功能完善，接口功能強(qiáng) 二、 PLC 的歷史 1968 年， Richard E. Morley 創(chuàng)造出了新一代工業(yè)控制裝置可編程邏輯控制器 (PLC),現(xiàn)在， PLC 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，包括機(jī)械制造也、運(yùn)輸系統(tǒng)、化學(xué)過程設(shè)備、等許多其他領(lǐng)域。初期可編程控制器只是用一種類似于語言的軟件邏輯于代替繼電器硬件邏輯，并且使開發(fā)時(shí)間由 6 個(gè)月縮短到 6 天。 雖然計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生，但是 PLC 控制因?yàn)樗母咝阅堋⒊杀镜?、并且?duì)惡劣的環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力而在工業(yè)控制的廣泛應(yīng)用中保持優(yōu)勢(shì)。而且，盡管硬件的價(jià)格在逐漸下跌，據(jù)估計(jì)，根據(jù) Frost 和 Sullivan 對(duì) PLC 市場(chǎng)的調(diào)查研究表明， 每年銷售硬件的價(jià)格要比銷售 PLC 的價(jià)格（一千五百萬）至少多出八十億美元。 PLC 的創(chuàng)造者 Richard E. Morley 十分肯定的認(rèn)為目前 PLC 市場(chǎng)是一個(gè)價(jià)值五十億的工業(yè) 。 雖然 PLC 廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中， PLC 控制系統(tǒng)的程序依然和語法有關(guān)。和軟件過程一樣， PLC 的軟件設(shè)計(jì)也以同樣的方式會(huì)遇到軟件錯(cuò)誤或危機(jī)。 Morley 在演講中著重強(qiáng)調(diào)了這個(gè)方面。 如果房子建造的像軟件過程一樣，那么僅僅一只啄木鳥就可以摧毀文明。特別的， PLC 程序要解決的實(shí)際問題是消除軟件錯(cuò)誤和減少老式梯形邏輯語言的花費(fèi)。盡管 PLC 的硬件成本在繼續(xù)下降，但是在工業(yè)控制上減少梯形邏輯的掃描時(shí)間仍然是一個(gè)問題，以至于可以用到低耗時(shí)的 PLC。 一般來說，和其他領(lǐng)域相比生產(chǎn) PLC 的周期要短很多。例如，在實(shí)踐中， VISI 設(shè)計(jì)是一種有效的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 PLC 不需要使用目前的以軟件設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)軟件工程方法論，因?yàn)? PLC 程序要求對(duì)軟件和硬件搜都要考慮到。因此，軟件設(shè)計(jì)越來越成為花費(fèi)動(dòng)力。在許多的工業(yè)設(shè)計(jì)工程中，多數(shù)人力分配給了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝，并且他們被要求對(duì) PLC 進(jìn)行程序測(cè)試和錯(cuò)誤排除。 再者， PLC 控制系統(tǒng)不適合設(shè)計(jì)對(duì)適應(yīng) 性和重構(gòu)有越來越多要求的生產(chǎn)系統(tǒng)。一個(gè)更深入的問題是在大規(guī)模的工程中軟件越來越復(fù)雜，促使要 17 有一個(gè)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法論。 主題的客觀性是為 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)建立一個(gè)系統(tǒng)化的軟件設(shè)計(jì)方法論。這個(gè)設(shè)計(jì)方法論包括以狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型為基礎(chǔ)的精確的描述，這個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)換模型是自動(dòng)控制系統(tǒng)的抽象系統(tǒng)。方法論還包括一個(gè)逐步的設(shè)計(jì)過程，并且要設(shè)置一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則，這樣才能為一個(gè)成功的設(shè)計(jì)提供導(dǎo)向和方法。這項(xiàng)研究的真正目的是找到一個(gè)減少控制軟件發(fā)展過程的不穩(wěn)定性的方法，也就是說，減少程序和調(diào)試時(shí)間以及他們的變化，以增強(qiáng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的適應(yīng) 性，并且通過調(diào)整軟件使得軟件可以再度使用。這樣的目的是為了克服目前程序策略的不足之處，而目前的程序策略是以個(gè)人軟件開發(fā)者的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。 三、現(xiàn)今的 PLC 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和模塊式兩種。固定式 PLC 包括 CPU板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。 CPU 的控制 器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限 制著控制規(guī)模。 中央處理器 (CPU)是 PLC 控制器的大腦。通常 CPU 本身就是一個(gè)微控制器。起先是 8 位微控制器例如 8051,現(xiàn)在發(fā)展為 16 位和 32 位微控制器。你會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分由日本制造商制造的 PLC 中是日立 和 Fujicu 的微控制器 ,西門子的微控制器多應(yīng)用在歐洲的 PLC 中 ,摩托羅拉生產(chǎn)的微控制器則獨(dú)占美國(guó)市場(chǎng)。 CPU 同樣關(guān)注通信 , PLC 控制器 ,操作程序的執(zhí)行 ,監(jiān)督記憶設(shè)置的輸入和輸出等部分的關(guān)聯(lián)性。 18 PLC 使用系統(tǒng)存儲(chǔ)器（現(xiàn)在大部分采用閃存技術(shù)了）用于過程控制系統(tǒng)。除了這個(gè)操作系統(tǒng)之外，它還包括一個(gè)由梯形圖翻譯成而進(jìn)制形式的用戶程序?？觳列痛鎯?chǔ)器（ FLASH memory）的內(nèi)容只有在改變用戶程序的時(shí)候可以被改變。 PLC 控制器比快擦型存儲(chǔ)器使用得更早， EPROM 存儲(chǔ)器比快擦型存儲(chǔ)器也更早，快擦型存儲(chǔ)器必 須用紫外線（ UV， UltraViolet Ray）燈擦除，并在編程器上進(jìn)行編程。由于快擦型存儲(chǔ)器技術(shù)的應(yīng)用，使得這個(gè)過程大大縮短了。在應(yīng)用程序開發(fā)中，通過一個(gè)串行電纜可以對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行重新編程。 用戶存儲(chǔ)器被分成具有特殊功能的塊。一部分存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)輸入和輸出狀態(tài)。一個(gè)輸入的實(shí)際狀態(tài)存儲(chǔ)狀態(tài)存儲(chǔ)在專用存儲(chǔ)器位上，為“ 1”或者“ 0”。每一個(gè)輸入和輸出在存儲(chǔ)器中都有一個(gè)相應(yīng)的位。另外一部分存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)用戶程序中的變量的內(nèi)容。例如，定時(shí)器值，或者記數(shù)器值存放在存儲(chǔ)器的這個(gè)部分。 PLC 控 制器可以通過計(jì)算機(jī)（通常方式）重新編程，但是也可以通過人工編程器 （ 控制臺(tái)）編程。實(shí)際上，這意味著，如果你有編程所需要的軟件，早期 PLC 控制器可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程。今天的傳輸計(jì)算機(jī)是工廠自己對(duì) PLC 控制器進(jìn)行重新編程的理想設(shè)備。這對(duì)于工業(yè)企業(yè)來說是非常重要的。一旦系統(tǒng)修改結(jié)束，將正確的程序重新讀入 PLC 控制器也是非常重要的。定期檢查 PLC 中的程序是否改變是非常好的事情。這有助于避免車間發(fā)生危險(xiǎn)情況（一些汽車制造商已經(jīng)建立了通信網(wǎng)絡(luò)，可以定期檢查 PLC 中的程序，以保證運(yùn)行的程序都是正確的）。 幾乎所有用于為 PLC 控制器編程的程序都擁有各種不同的選項(xiàng)，例如系統(tǒng)輸入 /輸出（ I/O 線）的強(qiáng)制開關(guān)，程序?qū)崟r(shí)跟蹤以及圖表驗(yàn)證。圖表驗(yàn)證對(duì)于理解、定義失敗和故障非常必要。程序員可以添加標(biāo)記， 說明和輸出設(shè)備名稱，以及對(duì)于查找錯(cuò)誤或者對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)很有用的注釋。添加注釋和標(biāo)記可以使技術(shù)人員（不僅僅是開發(fā)人員）很快理解梯形圖。注釋和標(biāo)記甚至還可以準(zhǔn)確地引用零件號(hào)，如果需要更換零件的話。這將加快由于損壞零件而引起的任何問題的修理速度。響應(yīng)的舊方法是這樣的， 19 開發(fā)系統(tǒng)的人必須保護(hù)這個(gè)程序，他旁邊再?zèng)]有人知道系統(tǒng)是怎 樣完成的。正確的、備有證明文件的梯形圖使任何技術(shù)人員都能徹底理解系統(tǒng)的功能。 電源是為中央處理單元提供電源的。大部分 PLC 控制器的工作電壓為 24VDC 或者 220VAC。在有些 PLC 控制器上，你可以看見作為獨(dú)立模塊的電源。用戶必須確定從 I/O 模塊取出多大電流來保證電源提供適當(dāng)?shù)碾娏?。不同的模塊使用不同的電流量。 該電源一般不用于啟動(dòng)外部輸入或輸出。用戶必須提供獨(dú)立的電源來啟動(dòng) PLC 控制器的輸入和輸出，因?yàn)檫@樣可以保證 PLC 控制器的所謂“純電源”。使用純電源意味著工業(yè)環(huán)境中的電源不會(huì)嚴(yán)重影響它。有些較小的 PLC 控制器從與 PLC 控制器集成在一起的小電源為它們的輸入提供電壓源。 四、 PLC 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 一個(gè)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì) PLC 程序的方法可以克服傳統(tǒng)程序生產(chǎn)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，并且在一些工業(yè)應(yīng)用總有很大的不同。自動(dòng)控制系統(tǒng)是狀態(tài)模型用公式語言或等價(jià)的語言描述的。公式描述對(duì)被控制的系統(tǒng)的行為提供一個(gè)精確的描述?？梢酝ㄟ^分析估計(jì)看狀態(tài)模型是否達(dá)到想要的目標(biāo)。第二，為狀態(tài)模型的描述提供結(jié)構(gòu)描述，這個(gè)結(jié)構(gòu)描述可以說明邏輯要求和如細(xì)節(jié)安全規(guī)則的限制。第三，好的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)自動(dòng)控制代碼生成有益的 —— 一種能夠產(chǎn)生可執(zhí) 行的控制軟件的能力，不同的邏輯控制器可以減少程序掃描時(shí)間和執(zhí)行那個(gè)時(shí)間。特別的，這個(gè)主題與隨后的部分的是有關(guān)的。 在現(xiàn)代制造業(yè)中，系統(tǒng)是用過程和結(jié)果的革新來描述的，并且因此不得不改變系統(tǒng)性能以快速做出反應(yīng)。因此，一個(gè)大的挑戰(zhàn)是提供技術(shù)以限制自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)變化需要和新機(jī)會(huì)的反應(yīng)，所以，設(shè)計(jì)和操作知識(shí)可以實(shí)時(shí)的被再次利用，在工業(yè)實(shí)踐中提供了一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)面。 研究表明，在自動(dòng)化系統(tǒng)中，程序?qū)崿F(xiàn)的方法已經(jīng)與計(jì)算機(jī)資源應(yīng)用的急速增長(zhǎng)不能匹配。例如，可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）程序仍然依靠 20 一種方便的有邏輯梯形圖的程 序?qū)崿F(xiàn)模式。結(jié)果，程序上的延遲和資源成了生產(chǎn)工業(yè)過程的主要絆腳石。在可編程邏輯控制器程序設(shè)計(jì)過程中，測(cè)試和調(diào)試可能會(huì)占用超過百分之五十的人力。在發(fā)展和傳播“ＳＴＡＴＥ－ＯＦ－ＴＨＥ－ＡＲＴ”已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn) [IEC 60848, 1999。 IEC611313, 1993。 IE