【導(dǎo)讀】題目PLC的發(fā)展和未來。系（院）自動(dòng)化系。專業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)。濱州學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)

　　

【正文】 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)行指濱州學(xué)院 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì) (外文翻譯 ) 12 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。 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。快擦型存儲(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 9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，書日和輸出設(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)，如果需要濱州學(xué)院 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì) (外文翻譯 ) 13 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，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)碾娏鳌２煌哪K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)用的急速增長不能匹配。例如，可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）程序仍然依靠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。 IEC 61499, 1998。 ISO 157451, 1999]，但是，基本上這些標(biāo)準(zhǔn)都不能參與有效的程序和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面知識(shí)的革新。 濱州學(xué)院 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì) (外文翻譯 ) 14 系統(tǒng)的方法通過使用原有的軟件模塊，有助于增加設(shè)計(jì)自動(dòng)化的水平，同時(shí)也將提供一種可管理的大規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。同樣的，它也將改善軟 件的質(zhì)量的可靠性，以及關(guān)系到系統(tǒng)的較高安全標(biāo)準(zhǔn)，尤其是這些對(duì)環(huán)境有危害影響的，比如：機(jī)場(chǎng)控制、公共鐵路運(yùn)輸。 軟件工業(yè)被認(rèn)為是系統(tǒng)性能的破壞者和系統(tǒng)復(fù)雜性的產(chǎn)生者。逐漸下降的硬件價(jià)格，破壞了對(duì)通過優(yōu)化程序獲得的軟件性能的需要。其結(jié)果是，一方面造成了大量而低效率的程序代碼，另一方面并沒有獲得高的硬件性能。其次，軟件變得難以掌握其程度的復(fù)雜；在現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)和保持系統(tǒng)本質(zhì)幾乎變得不可能。尤其是，可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）程序設(shè)計(jì)從二十五年前的兩條主線，發(fā)展到現(xiàn)在的成千上萬條?，F(xiàn)在安全性增加了，例如， 關(guān)于防火的新措施，以及現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)的柔韌性增加了程序設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性。因此，軟件的使用周期花費(fèi)是總共花費(fèi)的一個(gè)固定不變的增長部分。百分之八十到九十的花費(fèi)用于軟件維護(hù)、調(diào)試、優(yōu)化（改進(jìn)）、和擴(kuò)展以滿足不斷變換的需求。 目前，大部分設(shè)計(jì)研究的主要焦點(diǎn)都集中在機(jī)械和電子產(chǎn)品上。這種有目的性的研究產(chǎn)生了一個(gè)副產(chǎn)品，就是通過推廣這中研究到系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，從而加固了我們對(duì)設(shè)計(jì)理論和技巧的基本理解。針對(duì)大規(guī)模和復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論并沒有成熟。尤其是，對(duì)如何簡化一個(gè)繁冗而復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)這一問題，仍然沒有被科學(xué)的處理。 而且，正在設(shè)計(jì)理論和代表計(jì)算機(jī)科學(xué)及運(yùn)籌學(xué)研究的認(rèn)識(shí)論結(jié)果之間構(gòu)建一條橋梁，這樣的具體應(yīng)該是邏輯硬件電路設(shè)計(jì)。 從邏輯學(xué)的角度來看，可編程邏輯控制器（ PLC）的軟件設(shè)計(jì)類似與集成電路的硬件設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)（ Very Large Scale IntegrationVLSI）是及其復(fù)雜的，一個(gè)集成電路一般有幾百萬個(gè)晶體管，而且產(chǎn)品開發(fā)周期大都三年左右。設(shè)計(jì)過程一般都分成局部功能塊設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。在局部功能塊設(shè)計(jì)階段，單個(gè)功能將被設(shè)計(jì)出來，并予以驗(yàn)證。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，所有功能塊都將被整合 起來，整個(gè)系統(tǒng)行為特性和功能將會(huì)通過仿真形式加以測(cè)試。一般來說，所有部分都完全的驗(yàn)證是不可能的。因此，統(tǒng)計(jì)學(xué)可以作為可編程邏輯控制器（ PLC）設(shè)計(jì)的一個(gè)例子，并有可能影響邏輯硬件設(shè)計(jì)。 五、 AK 1703 ACP AK 1703 ACP憑借著一貫創(chuàng)新的精神與穩(wěn)定的技術(shù)，在以穩(wěn)定為基礎(chǔ)的產(chǎn)品平臺(tái)中，擁有高級(jí)的功能性和適應(yīng)性。 ACP（自動(dòng)化，控制和保護(hù)）系統(tǒng)概念保證了 AK 1703 ACP功能的實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定濱州學(xué)院 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì) (外文翻譯 ) 15 的功能性使得自動(dòng)化控制，遠(yuǎn)程控制和通信協(xié)議三者完美結(jié)合?？缮?jí)的性能與多種冗余結(jié)構(gòu)，使得 AK1703 ACP可以完美處理各種功能要求。 AK 1703 ACP擁有適合現(xiàn)代化自動(dòng)控制的綜合的遠(yuǎn)程控制技術(shù)： ? 水電站遠(yuǎn)程控制與中控設(shè)備 ? 擁有自治功能的自動(dòng)控制單元 ? 數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn) , 設(shè)備控制站 , 尖端科技 ? 擁有現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程外圍設(shè)備 ? 為后面板安裝而設(shè)計(jì)的 19英寸設(shè)備 ? 專為多種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和高產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)的中間產(chǎn)品 ? 多種通信手段 ? 簡潔的編程 ? 唯一的設(shè)備插座 ? 開放型系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ? 可升級(jí)的冗余 ? 智能終端 TM 1703 AK 1703 ACP基本外部設(shè)備原件擁有兩個(gè)基本系統(tǒng)原件 CP2020/CPC25（主控原件）和 CP2020/PCCE25（處理和通信原件），一個(gè)總線最多可以連接 16個(gè)外圍設(shè)備原件。 CP2020/CPC25 特征與功能 系統(tǒng)功能： ? 核心元件，協(xié)調(diào)所有系統(tǒng)功能 連接所有基本功能原件的中心站點(diǎn) ? 時(shí)間管理 自動(dòng)控制單元的中控時(shí)鐘 設(shè)定并保持自身時(shí)鐘的時(shí)間，分辨率為 10ms 通過互聯(lián)網(wǎng)或當(dāng)?shù)氐姆?wù)通信進(jìn)行同步 ? 冗余 在處理與通信中為自動(dòng)控制單元選擇并轉(zhuǎn)變?nèi)哂鄦卧? 通過 SCARS外部冗余開關(guān)支持選擇與轉(zhuǎn)變功能 通過外接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)選擇與支持 ,例如控制系統(tǒng) ? 與 SAT TOLLBOX||連接 在閃存卡里存儲(chǔ)固件和參數(shù) 通信： 濱州學(xué)院 專 科畢業(yè)設(shè)計(jì) (外文翻譯 ) 16 ? 通過相應(yīng)的協(xié)議原件與高級(jí)或附屬自動(dòng)控制單元進(jìn)行通信 ? 為數(shù)據(jù)流自動(dòng)選擇路徑 ? 優(yōu)先基本數(shù)據(jù)的傳輸 (優(yōu)先級(jí)控制 ) ? 為每個(gè)聯(lián)檢站設(shè)立自己的循環(huán)緩沖器和處理信息 (數(shù)據(jù)保持 ) ? 為冗余通信提供路徑 與對(duì)方站的冗余進(jìn)行通信 ? 通過撥號(hào)上網(wǎng)方式對(duì)特殊應(yīng)用實(shí)施特殊功能 為可進(jìn)行冗余的站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試 具有處理功能的外圍設(shè)備： ? 通過 Ax 1703外圍設(shè)備串口總線自發(fā)地將信息傳輸?shù)酵鈬O(shè)備單元 自動(dòng)控制功能： ? 通過 CAEX+按照 IEC 611313協(xié)議創(chuàng)建的可自由定義的擁有開閉環(huán)控制功能的用戶程序 512KB的用戶程序空間 大約 50000個(gè)可變信號(hào)源 ,2020個(gè)常用信號(hào)源 10ms的循環(huán)時(shí)間 網(wǎng)上測(cè)試 可隨時(shí)下載 ? 冗余的開閉環(huán)功能控制 通過冗余線路進(jìn)行同步 通過 Ax 1703外圍設(shè)備串口總線在開閉環(huán)控制功能與外圍接口單元之間不斷傳輸處理信息 。