軟PLC控制技術(shù)背景

運(yùn)行系統(tǒng)

這一部分是軟PLC的核心，完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理等工作。通常由IO接口、通信接口，系統(tǒng)管理器、錯(cuò)誤管理器、調(diào)試內(nèi)核和編譯器組成:①I(mǎi)O接口，可與任何IO系統(tǒng)通信，包括本地IO系統(tǒng)和遠(yuǎn)程IO系統(tǒng)，遠(yuǎn)程IO主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線InterBus，ProfiBus，CAN等實(shí)現(xiàn);②通信接口。通過(guò)此接口使運(yùn)行系統(tǒng)可以和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)或HMI(或MMI)軟件按照各種協(xié)議進(jìn)行通信，如下載PLC程序或進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;③系統(tǒng)管理器，處理不同任務(wù)和協(xié)調(diào)程序的執(zhí)行，而且從IO映像讀寫(xiě)變量;④錯(cuò)誤管理器，檢測(cè)和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的各種錯(cuò)誤;⑤調(diào)試內(nèi)核，提供多個(gè)調(diào)試函數(shù)，如重寫(xiě)、強(qiáng)制變量、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置變量和地址狀態(tài);⑥編譯器，通常開(kāi)發(fā)系統(tǒng)將編寫(xiě)的PLC源程序編譯為中間代碼，然后運(yùn)行系統(tǒng)的編譯器將中間代碼翻譯為與硬件平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器可執(zhí)行代碼(即目標(biāo)碼)。

應(yīng)用特點(diǎn)

應(yīng)用特點(diǎn)為:①體現(xiàn)了IPC，PLC和DOC先進(jìn)技術(shù)的集成?？沙浞掷肞C平臺(tái)上的硬件和軟件資源，使控制系統(tǒng)更具特色;②系統(tǒng)更開(kāi)放，應(yīng)用更方便。軟件PLC通過(guò)自己開(kāi)發(fā)工具提供的OPC功能和Active控件，既可連接Office軟件，也可連接用VB，VC開(kāi)發(fā)的軟件;③基于PC+現(xiàn)場(chǎng)總線+分布式IO的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化了復(fù)雜控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了通信效率和速度，降低了投資成本。

軟PLC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展制約因素

1、軟PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)

軟PLC的硬件體系結(jié)構(gòu)不再封閉，用戶(hù)可以自己選擇合適的硬件組成滿足要求的軟PLC。

傳統(tǒng)PLC的指令集是固定的，而實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中可能需要定義算法。軟PLC指令集可以更加豐富，用戶(hù)可以使用符合標(biāo)準(zhǔn)的操作指令。

PC機(jī)廠家的激烈競(jìng)爭(zhēng)使得基于PC機(jī)的軟PLC的性?xún)r(jià)比得以提高。

傳統(tǒng)PLC限制在幾家廠商生產(chǎn)，具有私有性，因此很難適應(yīng)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，常常是PLC與計(jì)算機(jī)處在不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)中。軟PLC不僅能加入到已存在的私有PLC網(wǎng)絡(luò)中，而且可以加入到標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。這使得現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的很多研究成果很容易地應(yīng)用到PLC控制技術(shù)中。

軟PLC的技術(shù)是基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的，因此在掌握標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言后開(kāi)發(fā)就比較容易。

2、制約軟PLC發(fā)展的因素

盡管軟PLC技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但是這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要解決一些重要的問(wèn)題。其中主要是以PC為基礎(chǔ)的控制引擎的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。軟PLC首選的操作系統(tǒng)是WindowsNT，但是它并不是一個(gè)硬實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)。傳統(tǒng)PLC具有硬實(shí)時(shí)性，正因?yàn)槿绱怂拍芴峁┛焖?、確定而且可重復(fù)的響應(yīng)。而要讓W(xué)indowsNT具有硬實(shí)時(shí)性，必須對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，使得PC的控制任務(wù)具有最高的優(yōu)先級(jí)，不因?yàn)镹T的系統(tǒng)功能和用戶(hù)程序的調(diào)用而被搶占?，F(xiàn)在，我們可以通過(guò)一些方法將實(shí)時(shí)性能加入到NT系統(tǒng)中去。比如，修改NT的硬件抽象層，或者NT與一種經(jīng)過(guò)實(shí)用驗(yàn)證的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組合。另外，WindowsCE等操作系統(tǒng)具有了NT在硬實(shí)時(shí)性方面所不具備的特性。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中也可使用其他的操作系統(tǒng)作為平臺(tái)。

20世紀(jì)90年代后期，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)PLC(本文簡(jiǎn)稱(chēng)硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點(diǎn):難以構(gòu)建開(kāi)放的硬件體系結(jié)構(gòu);工作人員必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法。軟PLC的特征是:在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開(kāi)放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等;采用各種相關(guān)的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn);全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能。

近年來(lái)，隨著工業(yè)控制領(lǐng)域IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，一項(xiàng)新的控制技術(shù)--軟件PLC 迅速發(fā)展。所謂軟件PLC，即以通用操作系統(tǒng)和 PC為軟硬件平臺(tái)，用軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)硬件PLC 的控制功能，即，將PLC 的控制功能封裝在軟件內(nèi)，運(yùn)行于PC環(huán)境中。這樣的控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)硬件PLC 相同功能的同時(shí)，也具備了PC機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)。

軟件PLC 系統(tǒng)是由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)兩部分組成，軟件PLC 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)際上就是集編輯、調(diào)試和編譯與一體的PLC編程器，其中編譯部分是開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的核心。

軟PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)際上就是帶有調(diào)試和編譯功能的PLC編程器，此部分具備如下功能:①編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化，遵循IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持多語(yǔ)言編程(共有5種編程方式:IL，ST，LD，F(xiàn)BD和SFC)，編程語(yǔ)言之間可以相互轉(zhuǎn)換;②豐富的控制模塊，支持多種PID算法(如常規(guī)PID控制算法、自適應(yīng)PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等)，還包括目前流行的一些控制算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制;③開(kāi)放的控制算法接口，支持用戶(hù)嵌入自己的控制算法模塊;④仿真運(yùn)行，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，在線修改程序和編譯;⑤強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。支持基于TCPIP網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程程序修改。