【正文】 模塊以及現(xiàn)場總線等物理設(shè)備完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集以及信號的輸出。近年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，一項打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來了，這就是軟PLC技術(shù)。 軟PLC控制技術(shù)綜述軟件PLC技術(shù)的形成背景 20世紀(jì)90年代后期，人們逐漸認識到，傳統(tǒng)PLC（本文簡稱硬PLC）自身存在著這樣那樣的缺點：難以構(gòu)建開放的硬件體系結(jié)構(gòu)；工作人員必須經(jīng)過較長時間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成PLC的性價比增長很緩慢。軟件PLC綜合了計算機和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算、數(shù)值處理、網(wǎng)絡(luò)通信、PID調(diào)節(jié)等功能，通過一個多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)的及網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。其中，大部分PLC是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達到最終用戶的。大中型集控系統(tǒng)采用歐美PLC居多，小型控制系統(tǒng)、機床、設(shè)備單體自動化及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC居多。I/O　　I/O　　I/O　　I/O微型：32　　在我國，一般按I/O點數(shù)將PLC分為以下級別（但不絕對，國外分類有些區(qū)別）：　　雖然我國在PLC生產(chǎn)方面比較弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售額30多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣?！　LC生產(chǎn)廠約30多家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。　　GE公司；　　西門子公司，SIMATIC　　羅克韋爾（AB公司），SLC、MicroLogix、Control　1．國外總之，現(xiàn)代PLC系統(tǒng)將向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低、控制與管理一體化和完善的通信聯(lián)網(wǎng)功能方向發(fā)展。5. 軟件的發(fā)展現(xiàn)代PL C系統(tǒng)的編程語言除了常用的梯形圖、語句表、專用語言指令外，還在不斷開拓利用普通高級語言，例如C. Basic等的編程。根據(jù)實際控制對象的具體要求，現(xiàn)代PLC將會研制出更多的功能模塊和更完整的系列產(chǎn)現(xiàn)代 PL C系統(tǒng)采用了更強的微處理器、容量更大的存儲器，并將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算及通信功能等有機結(jié)合了起來，性能不斷提高，同時PLC與工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)(DCS ), 嵌入式計算機等系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透、相互結(jié)合，拓寬了更廣闊的控制應(yīng)用領(lǐng)域PL C 系 統(tǒng)己具有了很強的通信能力，可在PLC間、PLC與計算機間近距離或遠距離聯(lián)網(wǎng)通信，形成統(tǒng)一的、分散式集中控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代 PL C系列產(chǎn)品中的模塊正在向智能化、功能專一、.鉆種齊全的方向展。1．4 PLC的發(fā)展趨勢信息技術(shù)的發(fā)展對現(xiàn)代控制技術(shù)提出了更高的要求，作為現(xiàn)代工業(yè)支柱之一， PLC面向未來的信息時代也在不斷完善、增強和拓展自身功能，以更好地適應(yīng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展要求。以上詳細地介紹了幾種典型的PLC網(wǎng)絡(luò)通信方式。原因在于這種通信方式不能保證總線上各個站在一定時間周期內(nèi)都能獲得總線使用權(quán)，也不能靜態(tài)方式地賦予某些站較高的優(yōu)先權(quán)，更不能動態(tài)方式地賦予緊急通信任務(wù)較高的優(yōu)先權(quán)，因而這種存取控制方式的實時性很差。先聽后講是指各站在發(fā)送數(shù)據(jù)前必須對總線進行監(jiān)聽，確認總線空閑后才能發(fā)送數(shù)據(jù)據(jù)的同時為了完全避免各站在使用總線傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，在發(fā)送數(shù)繼續(xù)對總線監(jiān)聽，若有沖突出現(xiàn)，則必須立即中出阻塞消息通知總線上各站，這就是后一句“邊訓(xùn)邊聽”斷傳送，并發(fā)之后，沖突雙方要采用隨機數(shù)代入指數(shù)函數(shù)的避退算法來決定對總線使用權(quán)的的重新獲得。 SMA/CD( CarriersenseM ultipleA ccessW ithC ollisionD etection)CS MA /C D通信方式是一種隨機通信方式，適用于總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)。之后C站對此幀作差錯校驗，并將校驗結(jié)果以肯定或否定應(yīng)答方式填在幀的ACK確認段中，同時將此幀信息復(fù)制下來，再把帶有應(yīng)答信息的幀繼續(xù)向下傳送。:A站要向C站發(fā)送數(shù)據(jù)。 C通信網(wǎng)絡(luò)的令牌壞通信方式在采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)的PLC通信網(wǎng)絡(luò)中，多采用令牌環(huán)法的存取控制方式，并且這種通信方式具有很好的實時性。但如果是應(yīng)答方式的數(shù)據(jù)傳送，待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后還必須等待目的站在獲得令牌占用總線發(fā)回應(yīng)答1防后，整個通信能結(jié)束。令牌總線通信方式中的數(shù)據(jù)傳送方式對實時性影響明顯。5. PLC通信網(wǎng)絡(luò)的令牌總線(N:N )通信方式令牌總線通信方式采用典型的令牌總線存取控制技術(shù):總線結(jié)構(gòu)的PLC網(wǎng)絡(luò)中N個站地位平等沒有主從站之分，總線上N個站組成一個邏輯環(huán)，令牌在邏輯環(huán)中按一定方向流動，獲得令牌的站就取得了總線的使用權(quán)。每個主站中都配置有一張輪詢表，按表上的排列順序獲得總線使用權(quán)的主站與其它主站或從站進行通信。N個主站首先組成邏輯環(huán)，通過令牌方式在邏輯環(huán)上分配總線使用權(quán)，因而主站是浮動的，是不固定的?？偩€上有M 個站，其中N個為主站。另一種是兩種通信都允許，從站獲得總線使用權(quán)后先與主站通信，再直接與從站通信。主從總線通信方式中有兩種基本的數(shù)據(jù)傳送方式。為保證實時性，輪詢表中各從站號至少出現(xiàn)一次，這樣可保證每個從站在周期輪詢時的侮個周期內(nèi)至少有一次總線使用權(quán)。 C通信網(wǎng)絡(luò)的主從總線(U:N )通信方式主從總線通信方式是采用集中式存取控制方式分配總線使用權(quán)，通常采用輪詢表的方法。PLC的CPU對用戶程序的周期性循環(huán)掃描與通信處理器對各遠程I/0單元的周期性掃描是異步進行的，PLC的CPU單元實際并沒有直接操作遠程I/0緩沖區(qū)的周期性刷新，使得CPU單元相對直接訪問了遠程I/0單元。主站中的通信處理器采用周期掃描方式按順序與各從站交換數(shù)據(jù)，把與其對應(yīng)的分箱中的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)送往從站，從從站區(qū)讀取數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的接收區(qū)，這樣使得主站中的遠程I/0緩沖區(qū)得以周期性地刷新。工作原理:遠程I/O鏈路按主從方式工作，PLC自帶的I/O主單元在遠程UO鏈路中擔(dān)任主站，其它遠程I/0鏈路作為從站。鏈接區(qū)是從PLC的I/O區(qū)劃分出來的，經(jīng)等值化通信變成所有PLC的共享區(qū)，因此稱為“全局I/O方式”通信。當(dāng)采用異步方式刷新時，與PLC中用戶程序無關(guān)，山各PLC月矛帶通信處理器按順序進行廣播通信，并使所有鏈接區(qū)保持等值。“全局1 /O方式”。工作原理是在PLC網(wǎng)絡(luò)中的各臺PLC的1/O區(qū)劃出一塊鏈接區(qū)，每個鏈接區(qū)都采用相同的郵箱結(jié)構(gòu)，相同編號的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)的大小相同，占用相同的地址段，一個為發(fā)送區(qū)，其余皆為接收區(qū)，通過廣播式通信，使各PLC鏈接區(qū)11’的數(shù)據(jù)保持一致，即鏈接區(qū)中既有自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，也有其它PLC送來的數(shù)據(jù)，每臺PLC只要訪問自己的鏈接區(qū)，就等于訪問了其它PLC，就相當(dāng)于與其它PLC交換了數(shù)據(jù)。即通過本段內(nèi)容我們可以明確，PLC網(wǎng)絡(luò)中各級子網(wǎng)的通信方法包括存取控制和數(shù)據(jù)傳送方式兩部分。PLC網(wǎng)絡(luò)中的各級子網(wǎng)無論是環(huán)形結(jié)構(gòu)還是總線結(jié)構(gòu)，通信介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)的共享資源，網(wǎng)絡(luò)中的PLC建立通信，就必須取得共享通信介質(zhì)的使用權(quán)，即要有一個存取控制方式來分配共享通信介質(zhì)的使用權(quán)。其中，在PLC內(nèi)部，多處理器的PLC中的多個處理器間通過共享存儲區(qū)在協(xié)處理器控制與管理之下的通信和PLC中CPU與各智能模塊處理器間經(jīng)背板總線的通信多為并行通信。也可利用PLC的專用通信模塊，用雙絞線、同軸電纜或光纜連接組成網(wǎng)絡(luò)從而實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的信息交換，構(gòu)成集中管理、分散控制的集散型、分層式控制系統(tǒng)。PLC網(wǎng)絡(luò)的通信包括PLC之間、PLC與上下位計算機間和PLC與智能設(shè)備間的通信。PLC通信網(wǎng)絡(luò)類似于普通的局域網(wǎng)。每次傳送數(shù)量較少，例如，PLC的遠程I/O鏈路、通過Link區(qū)交換數(shù)據(jù)的PLC同位系統(tǒng)。二、PLC網(wǎng)絡(luò)中的通信PL C網(wǎng)絡(luò) 可分為PLC控制網(wǎng)絡(luò)和PLC通信網(wǎng)絡(luò)兩種，它們在功能上和工作方式上有很大的差別。⑤ PC (個人電腦)加入不同級別的子網(wǎng)，必須按所聯(lián)入的子網(wǎng)配置通信模板，并按該級子網(wǎng)配置的通信協(xié)議編制用戶程序:⑥ PLC網(wǎng)絡(luò)底層子網(wǎng)對實時性要求較高，采用協(xié)議多只有物理層、層和應(yīng)用層三層。③ PLC網(wǎng)絡(luò)的高層子網(wǎng)中常配置MAP規(guī)約(全MAP )或Ethernet協(xié)議，使得PLC 網(wǎng)絡(luò)更加標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，也使得PLC 網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、PLC網(wǎng)絡(luò)與其它局域網(wǎng)的互聯(lián)更加容易。通過對PLC網(wǎng)絡(luò)及各級子網(wǎng)的上述分析，我們可以得出以下規(guī)律:① PLC網(wǎng)絡(luò)通常是三級或四級子網(wǎng)構(gòu)成的復(fù)合型拓撲結(jié)構(gòu)，且為適應(yīng)各級子網(wǎng)的通信特點而配置不同的子網(wǎng)通信協(xié)議。 S7系列PLC典型網(wǎng)絡(luò)西門子S7系列PLC網(wǎng)絡(luò)通常采用三級總線復(fù)合型結(jié)構(gòu):最下層是遠程UO鏈路層，直接與現(xiàn)場設(shè)備連接通信，配置周期I/O通信機制。中間層通信要求介于上、下層之間川]。PL C網(wǎng)絡(luò) 通常采用多級通信子網(wǎng)以構(gòu)成復(fù)合型拓撲結(jié)構(gòu)，夯在不同級別的子網(wǎng)中配置不同的通信協(xié)議，這是根據(jù)PLC網(wǎng)絡(luò)中的實際通信要求，即上層主要傳遞管理信息，通信報文較長、傳輸信息量大、通信范圍廣，但對實時性要求不高。1．3 PLC網(wǎng)絡(luò)及通信一、PLC網(wǎng)絡(luò)PL C網(wǎng)絡(luò)多采用類似ISO提出的OSI7 層模型[191， 也是分層結(jié)構(gòu)，由上至下，各層發(fā)揮不同的作用。 ④CPU逐條調(diào)出并執(zhí)行用戶程序的指令，按照指令對數(shù)據(jù)進行運算，并將結(jié)果送至輸出寄存器，實現(xiàn)PLC的程序執(zhí)行過程。②與編程器或計算機通信是指PLC檢查編程器或計算機等是否有通信的請求，并接收發(fā)送來的程序、指令和各種數(shù)據(jù)，將相應(yīng)的狀態(tài)、數(shù)據(jù)和信息顯示出來。二、工作方式PL C采用對1/O操作、數(shù)據(jù)處理等的循環(huán)掃描工作方式。PL C一般 配有專用的開關(guān)式穩(wěn)壓電源供內(nèi)部電路使用，現(xiàn)代大多數(shù)機型可向外提供直流24 V穩(wěn)壓電源，以供外部設(shè)備(如傳感器等)使用，從而避免電源污染也減少了外部連線。輸入接口電路一般山光電禍合電路和微電腦輸入接口電路組成，而輸出接口電路一般由微電腦輸出接口和功率放大器組成。I/O單元既可通過底板總線與主控模塊放在一起，也可通過連接器用電纜引出遠程放置，實現(xiàn)遠程聯(lián)網(wǎng)及控制。用戶程序存儲器存放用戶編制的程序及隨機參數(shù)等。現(xiàn)代 PL C按功能分散處理、聯(lián)網(wǎng)通信和容錯技術(shù)的要求往往包括多個 CPU，分別承擔(dān)一定的控制功能。⑦ 傳送狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的相關(guān)內(nèi)容到輸出接口。⑤ 采集輸入部分送來的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器。③ 診斷用戶程序和系統(tǒng)程序的語法錯誤，并對用戶程序指令進行編譯。圖1 .1示意了PLC的原理圖圖 1. 中 央處 理單元CPU作為PLC控制器的核心，中央處理單元具有以下功能:① 接收輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)并送入存儲器。PL C 的 基本組成仍采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，一般都是由中央處理單元(CPU)、存儲器(memory),輸入部分(input),輸出部分(output)和電源部分(supply)五部分組成。1．2 PLC的結(jié)構(gòu)組成及工作方式一、PLC的結(jié)構(gòu)組成可編程控制器實現(xiàn)控制，其實質(zhì)是按一定算法進行輸入和輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)，即輸入輸出和物理實現(xiàn)是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本點. PLC對輸入和輸出的處理類似于現(xiàn)代微處理機的信息處理，但是針對復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境顯得更加專業(yè)化。現(xiàn)代 PL C除了主控CPU模塊上的MPI接口連接通信外，還可通過擴展的一系列通信模塊實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信，如通過專用通信處理器CP和專用遠程通信控制模塊TIM等。利用專用的運動控制模塊可實現(xiàn)對直線或軸運動的控制，這使PLC可廣泛應(yīng)用于運動機械設(shè)備控制系統(tǒng)。PLC替代繼電器控制系統(tǒng)實現(xiàn)邏輯控制和順序控制是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用。重720g，功耗小于8w121，而且這些主控模塊具有很好的抗震性，并能適應(yīng)環(huán)境溫度的劇烈變化。、結(jié)構(gòu)緊湊，功能強大作為微電子的高科技產(chǎn)品，PLC不僅結(jié)構(gòu)緊湊、堅固、體積小、重量輕，而且功耗很低。，應(yīng)用范圍廣現(xiàn)代 PL C產(chǎn)品系列化和模塊化，而且不僅具有邏輯運算、定時計數(shù)、順序控制等功能，還具有A/D, D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理和通信等功能，這使得PLC的應(yīng)用可根據(jù)實際情況方便靈活地組成功能不同的控制系統(tǒng)，既可是控制單機的簡單系統(tǒng)也可是控制多機的復(fù)雜系統(tǒng)，又司利用通信功能實現(xiàn)更復(fù)雜的遠程群控系統(tǒng)?，F(xiàn)代 PL C模塊化能力大大增強，不僅具有電源模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊，還具有專用的模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和各種連接模塊，更重要的是在聯(lián)網(wǎng)通信方面推出功能強大通信模塊、modem模塊、天線模塊和遠程通信控制模塊等。在軟件上采月J循環(huán)掃描工作方式，具有程序語法檢查、故障檢測與診斷和出錯后報警、保護數(shù)據(jù)、封閉數(shù)據(jù)以及恢復(fù)數(shù)據(jù)等措施。由于 PL C控制對象的復(fù)雜性和多樣性，應(yīng)用環(huán)境的特殊性和工作運行的連續(xù)性、實時性，使其在設(shè)計上有更高要求。國際電工委員會(IEC)曾頒布PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)，并作了如下定義:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的高級電子系統(tǒng)，采用可編程的存儲器在其內(nèi)部存儲執(zhí)行順序控制、定時計數(shù)、邏輯運算和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。PLC的體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，編程方便，梯形圖編程方式面向一般電氣技術(shù)人員，操作簡單，維修方便，易于實現(xiàn)機電一體化。其突出的優(yōu)點是：使用方便，具有杰出的實時功能和強大的通訊能力。自動控制系統(tǒng)所包含的內(nèi)容也從對一些操作量的簡單調(diào)節(jié)發(fā)展成為集實時控制、運動控制、故障診斷、數(shù)據(jù)綜合分析、信息管理、質(zhì)量跟蹤等一系列復(fù)雜控制任務(wù)于一體統(tǒng)一的軟硬件系統(tǒng)平臺，這些任務(wù)的復(fù)雜性與控制的難度急劇增加，就需要采用新的技術(shù)，不斷改進軟件和硬件系統(tǒng)，如采用基于PC的控制，就可以將