【正文】 統(tǒng)投資，同時也為用戶解決了實際問題。 組態(tài)軟件發(fā)展方向 前景展望監(jiān)控組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約，歸根結(jié)底，用戶的需求對其發(fā)展起著最為關(guān)鍵的推動作用。對項目來說是費時費力、得不償失的，同時，MIS（ 管理信息系統(tǒng)， ManagementInformationSystem）和 CIMS（ 計算機(jī) 集成制造系統(tǒng)，ComputerIntegratedManufacturingSystem）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的各個環(huán)節(jié)。 （ 3） 當(dāng)時國內(nèi)的工業(yè)自動化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理并可以將處理的結(jié)果生成管理所 需的數(shù)據(jù)， 這些需求并未完全形成。但在 90 年代中期之前，組態(tài)軟件在我國的應(yīng)用并不普及。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、 SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫 HMI 應(yīng)用， 開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。在 PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且 重要的地位。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中， PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖，如圖 32 所示： 圖 311 水塔水位上限指示程序梯形圖 第 4 章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計 組態(tài)軟件概述 是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟 件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能 的、通用層次的軟件工具 。 但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈 A3 滅 。 當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈 A3 亮 ， 水 閥就關(guān)閉 。當(dāng)執(zhí)行程序時，掃描到水池為液位低于水池下限液位時， 水 閥打開，開始往水池 里進(jìn)水 ； 如果進(jìn)水超過 4 秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警 ，水池報警燈A2 亮 。當(dāng) PLC 運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。 （ 6） PLC 在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設(shè)計梯形圖時，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計大大簡化。 （ 4） 梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。 （ 3） 梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“ 1態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“ O 態(tài)”。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流 。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用 PLC 的有效范圍內(nèi)。 梯形圖編程的一般規(guī)則有： （ 1） 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。 梯形圖程序設(shè)計及工作過程分析 梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿 用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始。 第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 軟件設(shè)計 程序流程圖 水塔水位控制系統(tǒng)的 PLC 控制流程圖，根據(jù)設(shè)計要求，控制流程圖，如圖 31 所示： 開 始 水 池 水 位 低 于 下限 嗎 ？電 磁 閥 打 開4 S 后 水 池 水 位 高于 下 限 嗎 ？報 警水 池 繼 續(xù) 進(jìn) 水水 塔 水 位 低 于下 限 嗎 ？水 池 水 位 高 于 上 限電 磁 閥 關(guān) 閉水 泵 起 動 ， 給 水 塔 供 水水 塔 水 位 高 于 下 限水 塔 水 位 高 于 上 限水 泵 停 止水 池 水 位 低 于 下 限結(jié) 束否是否是是否 圖 31 水塔水位控制系統(tǒng)的 PLC 控制流程圖 這種分時操作的過程稱為 CPU 對程序的掃描。 水塔水位系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出接口分配表 輸入 繼電器 輸入變量名 輸出 繼電器 輸出變量名 X0 控制開關(guān) Y0 電磁閥 X1 水塔上限液位開關(guān) Y1 電機(jī) M X2 水塔下限液位開關(guān) Y2 水池下限指示燈 a1 X3 水池下限液位開關(guān) Y3 水池上限指示燈 a2 X4 水池上限液位開關(guān) Y4 水塔下限指示燈 a3 Y5 水塔上限指示燈 a4 Y6 報警指示燈 a5 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備 這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有 5 個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點數(shù)有 8 個，輸入、輸出觸點數(shù)共有 13 個，只需選用一般中小型控制器即可 。 當(dāng)水塔水位低于下限水位時，同時水池水位也低于下限水位時，電機(jī) M 不能啟動。當(dāng) S2 為 OFF 時， 表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)頁面高于上限水位 S4 時，則 S4 為 ON，電磁閥關(guān)閉。 PLC 是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強(qiáng)制和仿真 的功能，故程序的設(shè)計、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設(shè)計和投運周期 。而采用 PLC 控制，由于其靠軟件實現(xiàn)控制，硬件線路非常簡潔，并為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量（輸入輸出點數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進(jìn)行。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。大多數(shù) PLC 的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式。 PLC 的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I/O 點 狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。有的 PLC 甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機(jī)停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復(fù)時間。如一般 PLC 能抗 1000V、 1ms 脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為 0～ 60℃ ，無需強(qiáng)迫風(fēng)冷。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的 電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高，從實際使用情況來看， PLC 控制系統(tǒng)的平均無故障時間一般可達(dá) 4～ 5 萬小時。在 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC 的端子上接入相應(yīng)的輸入輸出信號線。 一般來說， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(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)動相應(yīng)的外設(shè)。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(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)果會對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)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在這兩個階段中， 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)也不會改變。 6．由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 /輸出響 應(yīng)延遲 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 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)得單元內(nèi)。 5．掃描周期的長短由三條決定。 3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 2．輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。智能 1/0 接口模塊種類很多，例如高速技術(shù)模塊、 PLCA 控制模塊、數(shù)字位基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計置譯碼模塊、閥門控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 1/0 模塊等。 五 、擴(kuò)展模塊 當(dāng)一個 PLC 中心單元的 1/0 點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。當(dāng)己運行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時， PLC 可以隨時進(jìn)行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。主要有數(shù)字輸入 /輸出模板，模擬輸入 /輸出模板，熱電阻、電偶擴(kuò)展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅固，外形小巧， CPU 本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。因此編程器的監(jiān) 控方式對控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運行是非常有用和方便的。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在 PLC 機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。但它的價格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求 。使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。便于 攜帶的特點，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。圖形編程器 。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入 PLC。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一 somV， o 一 IV、一 5 一 +SV、一 10 一 +10V， o 一 10mA 等?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn) 量程的模擬電壓主要是 0一 5伏和 O一 10伏兩種，模擬電流主要是 0一 ZomA和 4一 ZomA兩種。模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與 PLC 的 1/0 總線掛接。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。數(shù)字量輸入模塊帶有光電禍合電路，其目的是把 PLC 與外部電路隔離開來，以提高 PLC 的抗千擾能力?？删幊炭刂破饔?多種 輸入 /輸出模塊 ，它的 類型有 模擬量輸入 /輸出模塊和 數(shù)字量輸入 /輸出模塊和。由于這些信號電平 形式都不同 ，而可編程控制器 的 CPU 處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 PLC 的輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成 PLC 可以 接受和處理的數(shù)字信號。 I/O 點比較少的 PLC，且不超過 PLC 本身電源的帶載能力（查資料），可以用其自身的24V 輸出供電；