【正文】 年銷(xiāo)售硬件的價(jià)格要比銷(xiāo)售PLC的價(jià)格（一千五百萬(wàn)）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(yǔ)法有關(guān)。和軟件過(guò)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(guò)程一樣，那么僅僅一只啄木鳥(niǎo)就可以摧毀文明。特別的，PLC程序要解決的實(shí)際問(wèn)題是消除軟件錯(cuò)誤和減少老式梯形邏輯語(yǔ)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(wèn)題，以至于可以用到低耗時(shí)的PLC。一般來(lái)說(shuō)，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)镻LC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(lái)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(lái)越多要求的生產(chǎn)系統(tǒng)。一個(gè)更深入的問(wèn)題是在大規(guī)模的工程中軟件越來(lái)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(guò)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(guò)程的不穩(wěn)定性的方法，也就是說(shuō)，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(guò)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(kāi)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(lái)，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(mén)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。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(guò)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(hù)程序?？觳列痛鎯?chǔ)器（FLASH memory）的內(nèi)容只有在改變用戶(hù)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(xiàn)（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(guò)程大大縮短了。在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中，通過(guò)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(hù)存儲(chǔ)器被分成具有特殊功能的塊。一部分存儲(chǔ)器用來(lái)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(zhuān)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(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)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(guò)計(jì)算機(jī)（通常方式）重新編程，但是也可以通過(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)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(chē)間發(fā)生危險(xiǎn)情況（一些汽車(chē)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(xiàn)）的強(qiáng)制開(kāi)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(shū)日和輸出設(shè)備名稱(chēng)，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(kāi)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(huà)。這將加快由于損壞零件而引起的任何問(wèn)題的修理速度。響應(yīng)的舊方法是這樣的，開(kāi)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(jiàn)作為獨(dú)立模塊的電源。用戶(hù)必須確定從I/O模塊取出多大電流來(lái)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(hù)必須提供獨(dú)立的電源來(lái)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(yǔ)言或等價(jià)的語(yǔ)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^(guò)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(shuō)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(guò)程和結(jié)果的革新來(lái)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(guò)程的主要絆腳石。在可編程邏輯控制器程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，測(cè)試和調(diào)試可能會(huì)占用超過(guò)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。系統(tǒng)的方法通過(guò)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(guò)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(méi)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(xiàn)，發(fā)展到現(xiàn)在的成千上萬(wàn)條。現(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(guò)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(zhǎng)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(mǎn)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(guò)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(méi)有成熟。尤其是，對(duì)如何簡(jiǎn)化一個(gè)繁冗而復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)這一問(wèn)題，仍然沒(méi)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(lái)看，可編程邏輯控制器（PLC）的軟件設(shè)計(jì)類(lèi)似與集成電路的硬件設(shè)計(jì)。現(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(wàn)個(gè)晶體管，而且產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期大都三年左右。設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)，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(lái)，整個(gè)系統(tǒng)行為特性和功能將會(huì)通過(guò)仿真形式加以測(cè)試。一般來(lái)說(shuō)，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 ACPAK 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。可升級(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(zhuān)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(jiǎn)潔的編程? 唯一的設(shè)備插座? 開(kāi)放型系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)? 可升級(jí)的冗余? 智能終端 TM 1703AK 1703 ACP基本外部設(shè)備原件擁有兩個(gè)基本系統(tǒng)原件CP2010/CPC25（主控原件）和CP2012/PCCE25（處理和通信原件），一個(gè)總線(xiàn)最多可以連接16個(gè)外圍設(shè)備原件。CP2010/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(guò)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ㄟ^(guò)SCARS外部冗余開(kāi)關(guān)支持選擇與轉(zhuǎn)變功能通過(guò)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：? 通過(guò)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(guò)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(guò)Ax 1703外圍設(shè)備串口總線(xiàn)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(guò)CAEX+按照IEC 611313協(xié)議創(chuàng)建的可自由定義的擁有開(kāi)閉環(huán)控制功能的用戶(hù)程序 512KB的用戶(hù)程序空間 大約50000個(gè)可變信號(hào)源,2000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(kāi)閉環(huán)功能控制 通過(guò)冗余線(xiàn)路進(jìn)行同步 通過(guò)Ax 1703外圍設(shè)備串口總線(xiàn)在開(kāi)閉環(huán)控制功能與外圍接口單元之間不斷傳輸處理信息。16