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 一、開放和基于工業(yè)PC控制

    PLC制造商已經(jīng)開始注視基于工業(yè)PC控制技術(shù)所帶來的強大沖擊。有專家甚至認為，新商務(wù)活動所帶來的新技術(shù)和開放技術(shù)規(guī)范將會埋葬傳統(tǒng)PLC。PLC制造商認為，雖然在工業(yè)現(xiàn)場安裝有大量的PLC控制設(shè)備，但他們?nèi)匀恍枰?lián)合工控軟件公司，以便開發(fā)他們自己的基于工業(yè)PC的過程控制軟件。

    誠然，幾年前在工業(yè)現(xiàn)場明顯存在著新舊PLC混合使用的情況，工業(yè)用戶不得不同時學(xué)習(xí)相關(guān)的新舊知識，甚至彼此借鑒學(xué)習(xí)。大多數(shù)PLC制造商為工業(yè)用戶僅僅提供了軟邏輯和一種操作平臺。

    在應(yīng)用方面，很難進一步區(qū)分PLC控制系統(tǒng)和工業(yè)PC控制系統(tǒng)之間的差異，因為這兩者均采用了同樣類型的微處理器和內(nèi)存芯片。形象地打個比喻，如果你忘掉工業(yè)PC和PLC這些詞語字面上的含義，那么在箱子里所能夠觀察到的恰恰是一些基本計算機硬件技術(shù)，我們更多觀察到的卻是那些基本技術(shù)的復(fù)雜化和混合體，這些技術(shù)被有效地組合到控制系統(tǒng)中去。

    另外，采用開放控制的原因一方面是系統(tǒng)功能集成的需要，另一方面也是由于一些工業(yè)用 戶對功能過分苛求所致。如果能夠給予高度的重視，就能夠獲得更多的基本技術(shù)知識。PLC制造商專注于系統(tǒng)功能化，而工業(yè)用戶則專注于系統(tǒng)應(yīng)用。人們可以看到，將來的發(fā)展趨勢是將更多的功能進一步集成到一個控制箱內(nèi)。因而像順序控制和過程控制這樣的事件將會采用功能化方式進行處理，其他像運動控制等也能夠共享到相同的控制結(jié)構(gòu)體系中。

    可以相信，PLC技術(shù)將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。后者除了在靈活性方面比傳統(tǒng)PLC具有截然不同的優(yōu)勢外，還具有其他優(yōu)點，如能夠縮短系統(tǒng)投放到市場的周期，降低系統(tǒng)投資費用，提高從工廠底層到企業(yè)辦公自動化的數(shù)據(jù)信息流動效率等。

    關(guān)于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的實時響應(yīng)問題已經(jīng)得到很好的解決，也許其主要的東西仍然隱藏在技術(shù)背后，但缺乏相應(yīng)的跟蹤記錄。對于PLC來講，堅固性是其主要特點之一，這已經(jīng)有相當(dāng)多的跟蹤記錄來驗證。工業(yè)用戶仍然非常小心地對待PLC，他們正在對PLC作不同的技術(shù)測試工作。在利用一種新技術(shù)時，工業(yè)用戶需要考慮的問題是要冒多大的風(fēng)險，同時需要考慮對其商務(wù)活動能夠帶來多少機會和收益。

    但工業(yè)用戶不*相信開放式控制系統(tǒng)所帶來的好處。隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，他們開始逐漸淡化這些思想觀念。工業(yè)用戶正在平衡采用新技術(shù)所存在的風(fēng)險和給他們的商務(wù)活動所帶來的收益，以便為今后的決策提供有效的保障。

    工業(yè)PC技術(shù)提供了許多功能，能夠增強PLC的功能特性，包括內(nèi)藏視頻和高速浮點數(shù)字協(xié)處理器。盡管Microsoft公司沒有進一步提升該項功能特性的計劃，但新的Windows CE 3.0完*夠更好地滿足過程控制的需要。

    不久前，Siemens公司公布了一套新的基于開放式控制系統(tǒng)的軟件產(chǎn)品，即3.0版本的SIMATIC WinAC(Windows自動化中心)。WinAC是基于Windows NT，與SIMATIC S7 PLC兼容的適合于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)解決方案。WinAC 3.0提供了具有較高集成度的Profibus現(xiàn)場總線局域網(wǎng)的連接性能，以及遠程程序設(shè)計。此外，它還為現(xiàn)場控制設(shè)備本地化集成提供了一種新的DeviceNet I/O設(shè)備驅(qū)動程序，用于連接所安裝的DeviceNet I/O設(shè)備。

    Steeplechase軟件公司也已推出了一套支持硬實時過程控制的嵌入式Windows NT操作系統(tǒng)接口部件。該部件進一步結(jié)合了Steeplechase公司采用SBS技術(shù)并運行于Windows NT環(huán)境的工業(yè)Compact PCI的硬實時控制軟件。現(xiàn)在，Steeplechase公司的可視化邏輯控制器已經(jīng)升級到5.0版。該控制器適合于Windows NT 4.0和Windows 2000兩種操作系統(tǒng)，它的實時引擎能夠直接與普通的Ethernet和TCP/IP集成在一起。5.0版本的控制器利用了一種增強型OPC服務(wù)器驅(qū)動程序，因而比以前的版本具有更快的運行速度。其他一些特點還包括新OI網(wǎng)絡(luò)特性，以及能夠讓工業(yè)用戶自己設(shè)計出豐富多彩的動態(tài)圖形畫面等。

    Transysoft公司近推出了新版本的ISaGRAF系列工業(yè)控制組態(tài)軟件包，即ISaGRAF PRO，它是基于IEC 61131-3*標(biāo)準(zhǔn)，并獨立于任何硬件平臺的軟邏輯自動化控制軟件包。在一個網(wǎng)絡(luò)化過程控制系統(tǒng)環(huán)境中，該軟件包能夠應(yīng)用于多種組態(tài)和分布式控制系統(tǒng)的開發(fā)，它包含了一套開發(fā)工具、應(yīng)用程序工作平臺，以及相應(yīng)的“虛擬機器”運行時目標(biāo)。該運行時目標(biāo)能夠運行于各種各樣的硬件平臺。

    CTC自動化工程公司已經(jīng)發(fā)布了一套新的控制軟件包MachineLogic PCLC（工業(yè)PC邏輯控制器），該軟件可以讓工業(yè)PC扮演PLC的角色，且仍然保持著工業(yè)PC的功能特性。該軟件能夠完成一臺PLC所確定的控制任務(wù)，并且與程序執(zhí)行時間一樣快，均在1 ms以內(nèi)；還能夠同時處理多任務(wù)工作，但不能同時超過16個控制任務(wù)。一種具有優(yōu)先級和多任務(wù)處理內(nèi)核的機制保持著對每一件控制任務(wù)的跟蹤，確?？刂迫蝿?wù)能夠取得的優(yōu)先權(quán)。該軟件能夠運行全部5種IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)程序設(shè)計語言和PID控制程序，支持兩種類型的I/O控制設(shè)備。一種是像Profibus和DeviceNet等這樣的現(xiàn)場總線I/O設(shè)備；另一種是像ISA和PC/104這樣的工業(yè)PC I/O模板。另外，該軟件還提供了對控制系統(tǒng)的在線編輯組態(tài)功能。程序可以在Windows 95/98和Windows NT下開發(fā)并運行，但也能夠在RTXDOS下執(zhí)行。

    SoftPLC公司也提供了一種工控軟件產(chǎn)品Tealware，有人非常形象地把這種軟件產(chǎn)品稱作穿著工業(yè)PC衣服的PLC。那些安裝在支架上的控制系統(tǒng)已經(jīng)有了小型PLC的形狀系數(shù)，但SoftPLC公司的控制軟件已經(jīng)被嵌入到CPU中。Tealware軟件能夠滿足各種類型工業(yè)用戶的需要，從小型、單機系統(tǒng)到大型、分散多控制工作站應(yīng)用。其特點包括全系列I/O模件、內(nèi)藏Ethernet和工業(yè)串行通信接口。

    近，Tealware軟件已經(jīng)升級到2.3版本。其中，控制軟件提供了事實上無限的梯形圖邏輯控制步序，同時允許有超過百萬字的數(shù)據(jù)表；許多OI/SCADA應(yīng)用接口；內(nèi)藏Java引擎和FTP服務(wù)器用于遠程維護與管理；支持用戶自己編寫的C、C++、Java程序和設(shè)備驅(qū)動程序；適合于嵌入式Web服務(wù)器用；程序設(shè)計的在線運行模式；堅固的I/O模件支持能力和許多其他標(biāo)準(zhǔn)PLC功能；可以運行所輸入的，或者是經(jīng)過轉(zhuǎn)換的A-B公司的PLC-5、PLC-2/PLC、PLC-3和SLC-500程序。

    二、Ethernet的擴展與進一步容納Web技術(shù)

    當(dāng)前，在所有過程控制領(lǐng)域，大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴展。PLC也例外，現(xiàn)在，越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口部件。在近的幾年間，我們已經(jīng)看到，發(fā)展比現(xiàn)有普通小快靈PLC更加強大的PLC是種趨勢。Ethernet將會成為PLC的通信標(biāo)準(zhǔn)嗎？也許終結(jié)果是這樣的，但現(xiàn)在還為時尚早。對于在PLC上提供Ethernet接口將能夠解決所有通信問題，人們普遍存在著誤解。Ethernet僅僅定義了OSI參考模型底部的幾層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如果上層協(xié)議相互之間不能兼容，那么仍然不可能進行相互之間的通信處理。打個比方，這如同一個不懂英語的中國人與一個不懂漢語的美國人之間是不能夠通進行對話一樣。因此，協(xié)議就是設(shè)備之間相互通信的語言。

    另一方面，前進的步伐已經(jīng)邁出，我們只有迎著困難而上，為了將Ethernet技術(shù)應(yīng)用到工廠底層的現(xiàn)場過程控制設(shè)備中去，ODVA協(xié)會為此建立了一套*性標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，即Ethernet/IP標(biāo)準(zhǔn)，以便能夠解決在實際工作中所遇到的困難。

    向Ethernet靠近的一個目的在于通過Internet能夠連接到所希望的任何地方。實際上，在一些意想不到的地方，Web服務(wù)器正在顯露出其應(yīng)有的威力。幾年前，有一些PLC系統(tǒng)已經(jīng)內(nèi)藏了Web服務(wù)器，這無疑又為PLC系統(tǒng)增加了更多的特點。其他類型的控制設(shè)備也正在準(zhǔn)備進一步集成Web服務(wù)器。例如，Square D公司已經(jīng)有一個具備Ethernet連接接口的發(fā)動機控制中心，并正在準(zhǔn)備開發(fā)一種內(nèi)藏Web服務(wù)器連接接口的變速裝置。

    內(nèi)藏Web服務(wù)器所體一風(fēng)的益處包括開放網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)工具的影響、客戶機/服務(wù)器關(guān)系。在過去，工業(yè)用戶可能會有代表性地詢問一些有關(guān)PLC方面的信息，但在現(xiàn)在，由于新技術(shù)的不斷誕生和發(fā)展，工業(yè)用戶很容易就可以得到有關(guān)這方面的信息。另一方面，隨著芯片和處理器大規(guī)模的生產(chǎn)，PLC生產(chǎn)制造商能夠生產(chǎn)并提供開放網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，讓工業(yè)用戶花較少的費用就能夠購買到功能非常完善的PLC產(chǎn)品。

    在為將PLC連接到Ethernet和Web上提供技術(shù)支持方面，Schneider公司已經(jīng)成了者之一。近，該公司推出了一種運行于Premium PLC平臺的新型快速Ethernet(100 Mb/s)模件。該模件為PLC能夠連接到TCP/IP的Ethernet提供了全雙工自適應(yīng)10/100Mb/s的連接速度，現(xiàn)場過程控制器之間可以共享實時數(shù)據(jù)信息，自動掃描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信協(xié)議的現(xiàn)場控制設(shè)備，采用一個嵌入式Web服務(wù)器提供HTML通信服務(wù)，同時提供了SNMP用于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信管理。在一次展覽會上，Schneider公司還向工業(yè)用戶展示了他們有關(guān)透明工廠的觀念。

    另外，Schneider公司近還推出了基于Modicon公司的Momentum MIE系列處理器的適配器，該適配器提供了標(biāo)準(zhǔn)IEC程序控制性能，進一步為e-制造提供了*的解決方案。該適配器還提供了將智能化I/O系統(tǒng)和其他現(xiàn)場過程控制設(shè)備連接到Internet和Ethernet的能力，現(xiàn)場過程控制設(shè)備包括所有功能化實時過程控制器。

    幾年前，Rockwell自動化公司也在其PLC產(chǎn)品中提供了Ethernet接口，而且正在堅定不移地穩(wěn)步提高Ethernet的功能特性。該公司近已經(jīng)公布了一種柔性I/O模件解決方案，這種柔性I/O模件利用非版本的Ethernet技術(shù)能夠提供實時過程控制性能。A-B公司提供的1756型ControlLogix I/O也是基于標(biāo)準(zhǔn)Ethernet TCP/IP和UDP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的組件，其應(yīng)用層使用了一種開放式、面向?qū)ο蟆⒒谏a(chǎn)者/ 消費者的技術(shù)。這種技術(shù)在ControlNet、DeviceNet和FF現(xiàn)場總線H1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中也能夠找到。

三、置位/復(fù)位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計法

    1．步進階梯設(shè)計圖5a為用置位/復(fù)位指令設(shè)計的順序控制系統(tǒng)步進階梯。其設(shè)計依據(jù)也是圖1所示的控制流程。該步進階梯結(jié)構(gòu)的特點是每步的輔助繼電器都有一個置位線圈和一個復(fù)位線圈，二者編號相同。步1利用置位指令S使輔助繼電器M1置位（即M1線圈得電后內(nèi)部自鎖），建立步1程序，并為步2提供步進條件信號。當(dāng)步2的轉(zhuǎn)步主令信號發(fā)出（X2閉合），指令S使M2置位，建立步2程序，同時復(fù)位指令R使M1復(fù)位，撤銷步1程序。同理可畫出后續(xù)各步繼電器置位/復(fù)位梯形圖。當(dāng)后一步完成并回到原位（X1閉合）時，指令R使M4復(fù)位，系統(tǒng)的工作循環(huán)結(jié)束。

    2．輸出階梯設(shè)計圖5b為輸出階梯結(jié)構(gòu)，與圖4b*相同，不再贅述。

四、移位指令型順序控制系統(tǒng)設(shè)計

    1．步進階梯設(shè)計設(shè)計依據(jù)如圖6所示。圖7a為按圖6所示要求采用移位指令設(shè)計法設(shè)計的順序控制系統(tǒng)步進階梯，這種步進階梯由一個8位移位寄存器（由移位指令定義輔助繼電器M20～M27而成）作為控制元件。該移位寄存器中的IN為移位數(shù)據(jù)輸入端，CP為移位脈沖輸入端，R為復(fù)位端。這三個輸入端的輸入信號均為脈沖上升沿有效。對順序控制系統(tǒng)來說，輸入IN的信號必須是一個單脈沖信號，即移位數(shù)據(jù)為“1”。起動步1時，IN和CP同時輸入按鈕信號X0的脈沖上升沿后，在IN端生成的移位數(shù)據(jù)“1”便移入移位寄存器的M20位，此時該位有輸出（即輸出M20的常開觸點閉合信號），建立步1程序，并為步2提供步進條件信號；M20的常閉觸點即時斷開IN輸入端和CP的步1輸入端，完成數(shù)據(jù)“1”輸入和移位脈沖輸入。從步2起，本步的轉(zhuǎn)步主令信號一發(fā)出（X2接通），便輸入一個移位脈沖上升沿，使原來移入M20位的數(shù)據(jù)“1”移入M21位，建立步2程序，并為步3提供步進條件信號。移位后，M20位的狀態(tài)變?yōu)?/span>0，即其相應(yīng)的步1被撤銷，輸出為0。依此類推便可實現(xiàn)整個步進階梯逐步得電和逐步失電。后一步完成并回到原位（X1接通）時，接通移位寄存器的復(fù)位端R，使移位寄存器復(fù)位清零，整個控制系統(tǒng)失電停止。

設(shè)計這種步進階梯時要注意以下問題：（1）在一個自動工作循環(huán)內(nèi)，移位寄存器的移位數(shù)據(jù)輸入端IN只允許起動時輸入一個單脈沖信號。也就是說起動時只能輸入移位數(shù)據(jù)“1”。步進階梯的工作原理就是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)“1”，在移位寄存器中逐步向高位移位來實現(xiàn)逐步得電和逐步失電。所以輸入端IN要串聯(lián)每個移位輸出位的常閉觸點；（2）移位寄存器對移位脈沖輸入端開關(guān)的抖動非常敏感。若開關(guān)抖動一次，相當(dāng)于多輸入了一個移位脈沖，移位數(shù)據(jù)“1”隨之多移了一位。由于接點式開關(guān)被觸發(fā)時難免產(chǎn)生抖動。為消除這種影響，在移位脈沖輸入端的步1輸入回路，必須串聯(lián)移位寄存器0位（本例為M20）的常閉觸點，一旦移位數(shù)據(jù)移入M20位，便斷開步1的輸入回路；而從步2開始，每步的輸入回路也要串聯(lián)上一位的常開觸點。例如步2的輸入回路要串聯(lián)上一位M20的常開觸點。這樣，當(dāng)移位到步2轉(zhuǎn)步主令信號對應(yīng)的M21位時，便立即斷開步2的輸入回路。采用這樣的移位脈沖輸入回路結(jié)構(gòu)，可確保每步的轉(zhuǎn)步輸入信號持續(xù)時間只有PLC的一個掃描周期（一般只有幾Mｓ），因開關(guān)的抖動時間遠大于PLC的一個掃描周期。所以可有效地消除開關(guān)抖動的影響。

    2．輸出階梯設(shè)計圖7b為輸出階梯，其結(jié)構(gòu)與圖4b相同，只是輔助繼電器編號不同而已。

    結(jié)束語

    上述4種PLC順序控制系統(tǒng)設(shè)計方法的共同特點是：

    （1）由輸入繼電器控制輔助繼電器（包括由置位/復(fù)位指令和移位指令定義的輔助繼電器），按此構(gòu)成步進階梯；

    （2）由輔助繼電器控制輸出繼電器，以此構(gòu)成輸出階梯；

    （3）無論步進階梯還是輸出階梯，都是很有規(guī)律的回路結(jié)構(gòu)。不管要設(shè)計的順序控制系統(tǒng)有多少步，也不管其輸入輸出點數(shù)有多少，只要弄清各種設(shè)計方法所設(shè)計的步進階梯和輸出階梯的回路結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，根據(jù)設(shè)計依據(jù)，套用其中任一種設(shè)計方法的回路結(jié)構(gòu)，就能快速地一次成功設(shè)計出較復(fù)雜的PLC順序控制系統(tǒng)。

怎樣才能更好解決PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用抗干擾問題?

 1.概述

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行，系統(tǒng)的抗*力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設(shè)備上，它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，設(shè)計人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運行。

　　2.電磁干擾源及對系統(tǒng)的干擾是什么？

　　影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源于一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。

　　干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲的干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按聲音干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地面的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓送加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的原因），這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指用于信號兩極間得干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種讓直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

　　3.PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源有哪些呢？

　　(1)來自空間的輻射干擾

　　空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復(fù)雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑；一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。