DCS和PLC 的區(qū)別

DCS,（Distributed Control System）分散控制系統(tǒng)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS具有以下特點：

　?。?） 高可靠性。由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其他功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。 " }3 D5 N, _8 q

　　（2） 開放性。DCS采用開放式，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。

　　DCS的定義 . }2 }) c6 Q9 ]

　　DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。

　　它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。）

　　進入九十年代以后，計算機技術(shù)突飛猛進，更多新的技術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設(shè)備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯。現(xiàn)場總線技術(shù)在進入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛，以至于有些人已做出預(yù)測：基于現(xiàn)場總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。

　　DCS是 Data Communication Subsystem （數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)）的簡稱。

　　以軌道交通行業(yè)為例，DCS是一個純透明的非安全性系統(tǒng)，他是控制中心和列車之間發(fā)送報文的載體。

　　DCS第二層涵義：Dorsal Column Stimulator[醫(yī)]脊柱刺激器7 g; s& X6 B7 Q& T7 z9 x& H( ]

　　在特殊控制領(lǐng)域，如核電站控制系統(tǒng)，DCS的含義為數(shù)字化控制系統(tǒng)（Digital control system）。) t* ^* I8 M* K2 ], K% r

　　國內(nèi)DCS主要廠家有：浙大中控，和利時（北京，杭州），上海新華。國外的有 橫河公司，霍尼韋爾公司，F(xiàn)OXBORO公司，山武－霍尼韋爾公司，F(xiàn)ISHER-ROSEMOUNT公司1 n4 j) e# N, M. w% y

　　DCS特點和發(fā)展概述

　　　DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。) j  j/ O3 Y( L! H& G. Q

　　　DCS具有以下特點：　

　　(1)高可靠性 由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。5 M, w4 P" X

　　(2)開放性 DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。' R2 E3 Q# R8 h7 A' |  F

　　(3)靈活性 通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

　　(4)易于維護 功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

　　(5)協(xié)調(diào)性 各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

　　(6)控制功能齊全 控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。 處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。: a. B. X' ~. ]+ V6 R" o+ N

　　DCS 在國內(nèi)外的發(fā)展與應(yīng)用狀態(tài)

　　1975 年美國最大的儀表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的綜合分散控制系統(tǒng)TDC—2000 ( Toal D ist ribu ted Con t ro l -2000) , 這一系統(tǒng)的發(fā)表, 立即引起美國工業(yè)控制界高度評價, 稱之為“最鼓舞人心的事件”。世界各國的各大公司也紛紛仿效, 推出了一個又一個集散系統(tǒng), 從此過程控制進入了集散系統(tǒng)的新時期。$ M7 h% `; v. K# k$ ^1 M8 f

　　在此期間有日本橫河公司推出的CEN TUM , 美國泰勒儀表公司的MO S? , 費雪爾公司的DCé —400, 貝利公司的N —90, ?？怂共_公司的Cpect rum 和德國西門子公司的Telepermm。, K  V. n$ p( t  n! 

　　隨著計算機特別是微型計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展, 加上各制造商的激烈競爭, 使DCS 很快從70 年代的第一代發(fā)展到90 年代初的第三代DCS。盡管在這之前的集散系統(tǒng)的技術(shù)水平已經(jīng)很高, 但其中存在著一個最主要的弊病是: 各大公司推出的幾十種型號的系統(tǒng), 幾乎都是本公司的專利產(chǎn)品, 每個公司為了保護自身的利益, 采用的都是專利網(wǎng)絡(luò), 這就為全廠、全企業(yè)的管理帶來問題。3 B" A8 w: l( S, v, g

　　隨著計算機的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)開發(fā)使各控制廠商更多地采用商業(yè)計算機的技術(shù), 80年代末許多公司推出新一代的集散系統(tǒng), 其主要特征是新系統(tǒng)的局部網(wǎng)絡(luò)采用MA P 協(xié)議; 引用智能變送器與現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu); 在控制軟件上引入PLC 的順序控制與批量控制, 使DCS 也具有PLC 的功能。7 s# K6 N4 g4 V- ^" A3 a6 l+ K

　　至90 年代初各國知名的DCS 有:3000, Bailey 的IN F I—90,Ro semoun t 的RS—3, W est Hoo se 的WDPF, L eeds &Non th rup 的MAX—1000,Foxbo ro 的I?A S,日本橫河的CEN TUM。這里所提到的均為大型的DCS, 為了適應(yīng)市場的需要各廠商也開發(fā)了不少中小型的DCS 系統(tǒng)如S—9000,MAX—2, LXL ,A 2 PACS 等等。1、PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：+ ]9 w  L0 n  p# e. @

　　PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC; |6 Y, d/ `' ^: k* O8 Q4 ?

　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。# W: Z, V/ U- D. v: ]

　　國際電工委員會(IEC)在其標(biāo)準(zhǔn)中將PLC定義為:+ M6 x; Y, Q0 D3 A

　　「可程式邏輯控制器是一種數(shù)位運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。

　　它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等

　　面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？沙淌竭壿嬁刂破骷?#39; o$ M7 V& {( G: q

　　其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！?/p>

　　PLC的特點* x, V" n" |& j' o

　　2.1可靠性高，抗干擾能力強# V9 I4 a8 z1 D9 b$ h

　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。. w' ^. t6 Y$ f7 s1 {

　　2.2配套齊全，功能完善，適用性強' v/ ?$ ~* Z/ O; K6 c* Z8 V! N

　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。& Q! ]; Q4 d  u" A% `4 U  }

　　2.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

　　PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4 u! K6 W3 d$ j- T

　　2.4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造

　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

　　2.5體積小，重量輕，能耗低

　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。& W0 e$ M' D* ]# }0 }6 q

　　3。PLC基礎(chǔ)知識# r0 S7 P$ b) [1 H* K

　　1.1 PLC的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。

　　4. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域2 |3 f  B; a7 g+ A1 Y5 L

　　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。7 e- x$ |/ `: @. u$ l" P2 R

　　4.1開關(guān)量的邏輯控制6 g7 e' F  b& _2 q" ]

　　這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。+ z- z1 j/ L/ h1 j: t  |5 s

　　4.2模擬量控制

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。  m6 J- E9 z/ P7 k  s; n

　　4.3運動控制

　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

　　4.4過程控制, c" o2 N8 z# ( i' b$ E: o( e* q

　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。, p* v4 W' _. j4 @% T! W

　　4.5數(shù)據(jù)處理

　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)**算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。8 n" ]# y. e# c, l5 X9 B4 V5 Z

　　4.6通信及聯(lián)網(wǎng)

　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。; i* s& ?# i3 W0 O$ g

　　5. PLC的國內(nèi)外狀況2 I7 ]+ n0 [: p+ ?

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認的第一臺PLC.

　　限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。

　　20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。

　　上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

　　20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。6 C1 z  }* Z6 y9 v+ a+ w

　　我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。7 E& s8 T3 f6 Q6 ]2 ?" H, b: K6 Y

　　6. PLC未來展望9 T* ?& v" a% b2 t9 [  W

　　21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。: z  ~" T+ o/ u0 ~, k3 5 g8 w5 N/ V

　　1.2 PLC的構(gòu)成

　　從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（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、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

　　1.3 CPU的構(gòu)成/ I8 l9 H: R; ~' b3 d. l

　　CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。. l3 [" i4 a# j5 s+ E( ' @

　　CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。$ J8 h; t. `$ w; y4 v9 [9 r' i

　　在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(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)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(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。2 a" O+ T0 ^. B

　　1.4 I/O模塊

　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。. |. T/ u4 B- w9 A/ w5 p

　　常用的I/O分類如下：( n  v) u9 f, v  l$ L; }/ C

　　開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

　　模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。! |, L8 q& D7 Q" o7 l3 Q" p; K

　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。9 E4 E) s6 m# A. q, _( p

　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。! i; ]  I% z4 Y% ~& E6 z: C3 }

　　1.5 電源模塊8 _3 f! N. V9 k2 `0 X* D# k( l

　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。- N3 x- d+ q3 k* ?" ^

　　1.6 底板或機架

　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。

　　1.7 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備

　　1.7.1 0 f9 9 y% w# B. j( B

　　編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。5 R2 y" v  n& D$ u4 D( H/ {- A

　　1.7.2 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。6 ~6 g, B% N5 @8 u8 g9 D+ k

　　1.8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

　　依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點說法。5 w. O6 `9 a& T! c+ ~( x: V9 `

　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC

　　之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS

　　或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。

　　2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則

　　2.1 最大限度的滿足被控對象的控制要求。

　　2.2 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護方便。% ^* i- [5 d/ m$ ]

　　2.3 保證控制系統(tǒng)安全可靠。3 D% j" C+ q, m  T

　　2.4 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇PLC容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。

　　3 PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言9 L7 w. j( E6 E7 ?' k

　　3.1 PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。

　　3.2 PLC提供的編程語言

　　3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點

　　3.2.1.1 它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。# {# _; J3 ]. u  U. _  `

　　3.2.1.2 梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。

　　3.2.1.3 梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。  o) l- T% Y- U" @$ e2 p7 Y1 R0 ~

　　3.2.1.4 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。

　　3.2.1.5 PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。

　　3.2.2 語句表語言，類似于匯編語言。1 t, ~: w+ l! F" b6 a# S

　　3.2.3 邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。4 z3 G, X+ ]& Q/ Q: p

　　4 STEP7程序的使用5 s/ C1 D* N9 i

　　4.1 創(chuàng)建一個項目結(jié)構(gòu)，項目就象一個文件夾，所有數(shù)據(jù)都以分層的結(jié)構(gòu)存在于其中，任何時候你都可以使用。在創(chuàng)建一個項目之后，所有其他任務(wù)都在這個項目下執(zhí)行。

　　4.2 組態(tài)一個站，組態(tài)一個站就是指定你要使用的可編程控制器，例如S7300、S7400等。

　　4.3 組態(tài)硬件，組態(tài)硬件就是在組態(tài)表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什么樣的地址來訪問這些模板，地址一般不用修改由程序自動生成。模板的特性也可以用參數(shù)進行賦值。  P5 q1 w5 L* |4 a& C2 l8 }! X3 d

　　4.4 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接，通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，也就是要創(chuàng)建一個滿足你的控制方案的子網(wǎng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)特性、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接特性以及任何聯(lián)網(wǎng)的站所需要的連接。網(wǎng)絡(luò)地址也是程序自動生成如果沒有更改經(jīng)驗一定不要修改。

　　4.5 定義符號，可以在符號表中定義局部或共享符號，在你的用戶程序中用這些更具描述性的符號名替代絕對地址。符號的命名一般用字母編寫不超過8個字節(jié)，最好不要使用很長的漢字進行描述，否則對程序的執(zhí)行有很大的影響。' ^6 I$ X- X9 s0 a8 M, Z; R" u

　　4.6 創(chuàng)建程序，用梯形圖編程語言創(chuàng)建一個與模板相連結(jié)或與模板無關(guān)的程序并存儲。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以采用線形編程（基于一個塊內(nèi)，OB1）、分布編程（編寫功能塊FB,OB1組織調(diào)用）、結(jié)構(gòu)化編程（編寫通用塊）。我們最常采用的是結(jié)構(gòu)化編程和分布編程配合使用，很少采用線形編程。

　　4.7 下載程序到可編程控制器，完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務(wù)之后，可以下載整個用戶程序到可編程控制器。在下載程序時可編程控制器必須在允許下載的工作模式下（STOP或RUN-P）,

　　RUN-P模式表示，這個程序?qū)⒁淮蜗螺d一個塊，如果重寫一個舊的CPU程序就可能出現(xiàn)沖突，所以一般在下載前將CPU切換到STOP模式。

　　5 WINCC程序的使用

　　5.1 簡介，WINCC是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)。具有控制自動化過程的強大功能，是基于個人計算機的操作監(jiān)視系統(tǒng)，它很容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機界面精確的滿足生產(chǎn)實際要求。WINCC有兩個版本RC版（具有組態(tài)和開發(fā)環(huán)境）、RT版（只有運行環(huán)境），我們一般使用的是RC版。

　　5.2 WINCC簡單使用步驟

　　5.2.1 變量管理，首先確定通訊方式安裝驅(qū)動程序，然后定義內(nèi)部變量和外部變量，外部變量是受你買的WINCC軟件授權(quán)限制的最大授權(quán)64K字節(jié)，內(nèi)部變量沒有限制。

　　5.2.2 畫面生成，進入圖形編輯器，圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以使用包含在對象和樣式庫中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建復(fù)雜的過程畫面?？梢酝ㄟ^動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上。

　　5.2.3 報警記錄設(shè)置，報警記錄提供了顯示和操作選項來獲取和歸檔結(jié)果?？梢匀我獾剡x擇消息塊、消息級別、消息類型、消息顯示以及報表。為了在運行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器中的對象庫中的報警控件。

　　5.2.4 變量記錄，變量記錄是用來從運行過程中采集數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備將它們顯示和歸檔。. e+ H' U1 L" s

　　5.2.5 報表組態(tài)，報表組態(tài)是通過報表編輯器來實現(xiàn)的。是為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當(dāng)前或已歸檔的數(shù)據(jù)定時器或事件控制文檔的集成的報表系統(tǒng)，可以自由選擇用戶報表的形式。. B, m2 U1 N3 P2 r/ L

　　5.2.6 全局腳本的應(yīng)用，全局腳本就是C語言函數(shù)和動作的通稱，根據(jù)不同的類型腳本被用于給對象組態(tài)動作并通過系統(tǒng)內(nèi)部C語言編譯器來處理。全局腳本動作用于過程執(zhí)行的運行中。一個觸發(fā)可以開始這些動作的執(zhí)行。

　　5.2.7 用戶管理器設(shè)置，用戶管理器用于分配和控制用戶的單個組態(tài)和運行系統(tǒng)編輯器的訪問權(quán)限。每建立一個用戶，就設(shè)置了WINCC功能的訪問權(quán)利并獨立的分配給此用戶。至多可分配999個不同的授權(quán)。

　　5.2.8 交叉表索引，交叉索引用于為對象尋找和顯示所有使用處，例如變量、畫面和函數(shù)等。使用“鏈接”功能可以改變變量名稱而不會導(dǎo)致組態(tài)不一致。

　　參考文獻

　　[1] 林小峰.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1994

　　[2] 田瑞庭.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，1994% I, y. U+ P4 S" z; }& n! ?

　　[3] 張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.12

　　[4] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社.2004

　　PLC，俗稱“電力線上網(wǎng)”，英文全名為Power Line Communication，主要是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式

　　1、主要特點

　?、?結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與WLAN媲美。

　?、?傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，可以很平順的在線觀賞DVD影片，它所提供的14Mbps帶寬可以為很多應(yīng)用平臺提供保證。最新的電力線標(biāo)準(zhǔn)HomePlug AV傳輸速度已經(jīng)達到了200Mbps；為了確保QoS，HomePlug AV采用了時分多路訪問（TDMA）與帶有沖突檢測機能的載體偵聽多路訪問（CSMA）協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。

　?、?范圍廣，無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。雖然無線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對于高層建筑來說，其必需布設(shè)N多個AP才能滿足需求，而且同樣不能避面信號盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。由此，運營商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一處有電力線的地方。這一技術(shù)一旦全面進入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。0 [) k* |# M% d4 j

　　④ 低成本。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時也節(jié)省了人力。相對傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，PLC成本更低，工期短，可擴展性和可管理性更強。目前國內(nèi)已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費用一般為50-80元/月左右，這樣的價格和很多地方的ADSL包月相持平。2 u3 F! w9 n. d7 K

　　⑤ 適用面廣。PLC作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號，就立即可享受4.5~45Mbps的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來瀏覽網(wǎng)頁﹑撥打電話，和觀看在線電影，從而實現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。

　　PLC 還有一種說法是:產(chǎn)品生命周期（product life cycle）觀念，簡稱PLC，是把一個產(chǎn)品的銷售歷史比作象人的生命周期一樣，要經(jīng)歷出生、成長、成熟、老化、死亡等階段。就產(chǎn)品而言，也就是要經(jīng)歷一個開發(fā)、引進、成長、成熟、衰退的階段。

　　1、產(chǎn)品開發(fā)期：從開發(fā)產(chǎn)品的設(shè)想到產(chǎn)品制造成功的時期。此期間該產(chǎn)品銷售額為零，公司投資不斷增加。 6 S. B' U. f, E3 S& }7 }

　　2、引進期：新產(chǎn)品新上市，銷售緩慢。由于引進產(chǎn)品的費用太高，初期通常利潤偏低或為負數(shù)，但此時沒有或只有極少的競爭者。 # T1 n1 R3 $ i5 {' U! K

　　3、成長期：產(chǎn)品經(jīng)過一段時間已有相當(dāng)知名度，銷售快速增長，利潤也顯著增加。但由于市場及利潤成長較快，容易吸引更多的競爭者。 2 d( B+ [$ @! W5 L( O/ h" U

　　4、成熟期：此時市場成長趨勢減緩或飽和，產(chǎn)品已被大多數(shù)潛在購買者所接受，利潤在達到頂點后逐漸走下坡路。此時市場競爭激烈，公司為保持產(chǎn)品地位需投入大量的營銷費用。 , L- D3 _% n- M, i: s$ @

　　5、衰退期：這期間產(chǎn)品銷售量顯著衰退，利潤也大幅度滑落。優(yōu)勝劣汰，市場競爭者也越來越少。 , I  U" F) j/ y$ y8 y- s+ U( K

　　　7。PLC的基本結(jié)構(gòu) 3 a% S" p' J# l! Q9 e6 u

　　PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同．$ X) C- z9 T# l) a

　　a. 中央處理單元(CPU)

　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

　　為了進一步提高PLC的可*性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

　　b、存儲器* q9 Q% B* X5 P1 Y% z% Y) y

　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

　　存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

　　C、電源

　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可*得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。/ e5 s5 N$ z/ e- k. a, j( c( |: ~

　　3、PLC的工作原理0 p* _7 V- I9 M  I+ g0 H

　　一. 掃描技術(shù)

　　當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。6 s- i8 b' A' k! H% v

　　(一) 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)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。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。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。9 ?$ o) U6 z5 l4 [: V7 r" m

　　(二) 用戶程序執(zhí)行階段, U: v  I0 x+ U8 F8 T0 Y

　　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)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

　　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。8 q8 B9 X- Y/ e* ]

　　(三) 輸出刷新階段

　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。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)。這時，才是PLC的真正輸出。5 A/ A9 L8 k& ?. }

　　同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。; B: t- U, h9 X& i" ?: h

　　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。, i. E( A7 Z4 C/ V' J9 m* |1 * j

　　當(dāng)代PLC 的發(fā)展! @& S% T8 t7 j' [) A) D# F

　　隨著個人計算(PC機)和通訊技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在PLC和DCS的設(shè)計結(jié)構(gòu)越來越接近.基本構(gòu)架都是操作站通過以太網(wǎng)接主站，主站通過現(xiàn)場總線接從站。出于安全性的考慮，冗余技術(shù)也不斷發(fā)展，雙冗余（如：GTCON2000）、三冗余(如：TRICON)、七冗余（航空領(lǐng)域）。從PLC主站CPU的運行方式上又分為冷備、熱備和同步熱備。冗余技術(shù)的發(fā)展使得PLC可以沖破低級芯片的限制，而大量應(yīng)用尖端的電子技術(shù)，與PC機發(fā)展同步。由于個人計算機的飛速發(fā)展，PC機變得穩(wěn)定而可靠。其接口的開放性，通訊和cpu的速度都使得它比原始設(shè)計思想下的PLC更適用于工控的要求。因此出現(xiàn)了軟PLC的概念，又稱為軟邏輯。其構(gòu)架是：在PC機上安裝如Linux、WinCE等操作系統(tǒng)，而在操作系統(tǒng)中運行IEC1131的邏輯執(zhí)行程序，作為PLC系統(tǒng)的主站（如：GTCON2000就是如此）。這種嵌入式的PLC使得工業(yè)控制可以應(yīng)用各個領(lǐng)域的先進技術(shù)，突破了禁錮瓶頸，典型的軟邏輯PLC結(jié)構(gòu)為 ARM嵌入Linux然后安裝PLC解釋程序（www.LinuxPLC.cn）。軟PLC的另外一個發(fā)展分支是，直接在微軟的個人計算機操作系統(tǒng)上運行類似PLC的軟件，而用計算機取代PLC系統(tǒng)中的主站。運行軟件PLC的計算機可以充分應(yīng)用計算機的開放性接口和通訊速度，兼容性好?？梢話旖影蹇?、USB設(shè)備、以太網(wǎng)設(shè)備、串行通訊設(shè)備。比較典型的應(yīng)用方案是：組態(tài)王軟邏輯通過串行通訊（現(xiàn)在也可用以太網(wǎng)）掛接研華的亞當(dāng)模塊。隨著電子技術(shù)、通訊技術(shù)和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展。這種構(gòu)架將完全取代PLC 和 DCS 成為主流形式。但目前PC機技術(shù)、操作系統(tǒng)和以太網(wǎng)還不能滿足可靠性要求。* C& l$ P2 [( {* e3 Z

　　PLC的控制技術(shù)

　　PLC實現(xiàn)控制的過程一般是：

　　圖1.1 PLC典型開機流程' L/ T1 C0 t- P( ?& E

　　輸入刷新--再運行用戶程序--再輸出刷新--再輸入刷新--再運行用戶程序--再輸出刷新……永不停止地循環(huán)反復(fù)地進行著。

　　圖1.1所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時間關(guān)系。

　　有了上述過程，用PLC實現(xiàn)控制顯然是可能的。因為：有了輸入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經(jīng)運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環(huán)反復(fù)地進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應(yīng)的時間上，略有滯后。當(dāng)然，這個滯后不宜太大，否則，所實現(xiàn)的控制不那么及時，也就失去控制的意義。

　　為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時間短，是PLC實現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。事實上，它的速度是很快的，執(zhí)行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點幾，或零點零幾微秒。而且這個速度還在不斷提高中。2 e: h' J: W' m. }" x6 M

　　圖1.1所示的過程是簡化的過程，實際的PLC工作過程還要復(fù)雜些。除了I/O刷新及運行用戶程序，還要做些公共處理工作。* i3 y6 B( E  [  J  G7 w; t

　　公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)控、外設(shè)服務(wù)及通訊處理等。, @1 j) J( H) b

　　監(jiān)控循環(huán)時間的目的是避免"死循環(huán)"，避免程序不能反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行。辦法是用"看門狗"（Watchingdog）。只要循環(huán)超時，它可報警，或作相應(yīng)處理. % d3 s& p9 i. k2 q

　　外設(shè)服務(wù)是讓PLC可接受編程器對它的操作，或通過接口向輸出設(shè)備如打印機輸出數(shù)據(jù).

　　通訊處理是實現(xiàn)PLC與PLC，或PLC與計算機，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強PLC控制能力的需要。   `3 X6 S9 _) c; v7 u

　　也就是說，實際的PLC工作過程總是：公共處理--I/O刷新--運行用戶程序--再公共處理--……反復(fù)不停地重復(fù)著。9 ]# x- y& u5 d1 x' o  S, }

　　1.3可編程控制器實現(xiàn)控制的方式

　　用這種不斷地重復(fù)運行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。是用計算機進行實時控制的一種方式。此外，計算機用于控制還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應(yīng)后正運行的程序停止運行，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運行有關(guān)中斷服務(wù)程序）。待處理完中斷，又返回運行原來程序。哪個控制需要處理，哪個就去申請中斷。哪個不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。 5 y) Z: H$ Z9 u4 g: _9 z2 h

　　在中斷方式下，計算機能得到充分利用，緊急的任務(wù)也能得到及時處理。但是，如果同時來了幾個都要處理的任務(wù)該怎么辦呢？優(yōu)先級高的還好辦，低的呢？可能會出現(xiàn)照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現(xiàn)場的日常使用。 7 H6 v- q. _8 M- Y+ l

　　但是，PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即，大量控制都用掃描方式，個別急需的處理，允許中斷這個掃描運行的程序，轉(zhuǎn)而去處理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個別應(yīng)急的也能進行處理。 8 Y( G6 b$ _; s# p. j. u4 d( H

　　PLC的實際工作過程比這里講的還要復(fù)雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關(guān)人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實現(xiàn)--信息處理、I/O電路--空間、時間關(guān)系--掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎樣去實現(xiàn)控制的，也就好把握住PLC基本原理的要點了。+ z7 ~( G* _/ q

　　光通信技術(shù)! l: s: [# ~  R# s* W$ g

　　PLC （Planar lightwave circuits）：平面光波導(dǎo)技術(shù)，就是在基片上面利用集成電路工藝制作能夠?qū)Ч獾墓饴贰Ｈ缤娮蛹?，它是光通信集成的基礎(chǔ)。目前的PLC技術(shù)是在硅襯底上制備二氧化硅、鈮酸鋰、聚合物和磷化銦等。相應(yīng)的制備工藝為PECVD、FHD、離子擴散、質(zhì)子交換、旋涂等。1 y/ |8 S# e8 E& n6 `

　　PLC的特點# t0 [2 i, b( U( I4 o

　　2.1可靠性高，抗干擾能力強, P$ u! o+ v- U; K0 n4 D3 K" n

　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。

　　2.2配套齊全，功能完善，適用性強

　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。6 `) H! l% n' x8 9 @" u

　　2.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

　　PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。

　　2.4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造

　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

　　2.5體積小，重量輕，能耗低3 n1 i% h" a: M2 A) E/ p/ D

　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。2 D! L0 `: V$ k+ T" a: |' a

　　在PLC日益成為工廠自動化基本技術(shù)平臺的時代，如何選用一部適用的PLC以達到真正需要，而又能符合經(jīng)濟效益，是一項重要課題。PLC本身強調(diào)的特色是：體積小、功能高、性能強、操作簡便、程序設(shè)計簡易、模塊擴充有彈性、聯(lián)機容易等。針對上述特色說明，選擇符合功能需求與經(jīng)濟效益的PLC系統(tǒng)。本文雖然基于臺達系列PLC論述，但是引用原則適合一般的選購選型設(shè)計。