PLC在自动控制领域中的应用 精品.doc

（）任务书专业 班级 姓名 一、课题名称： PLC在自动控制领域中的应用 二、主要技术指标： (1)生产过程自动化系统和生产管理系统的融合 (2)软PLC和软DCS (3)生产过程控制和管理软件的融合 三、工作内容和要求： （1)控制器(PLC)实现生产过程自动控制中的应用研究，理论与实践相结合 （2)了集现代自动控制技术、计算机(网络)技术和通信技术于一体的高科技产品可编程控制器 PLC在自动控制领域的最新应用 四、主要参考文献： 1 教科书：胡寿松主编 ，自动控制原理，科学出版社， 北京，20XX年第4版，65-132页。 2 参考书：Katsuhiko Ogata 著，卢伯英、于海勋等译 ，现代控制工程，电子工业 出版社，北京，20XX年7月，第4版，102-156 3 王卫星编著.可编程控制器原理及应用M，北京：中国水利水电出版社 20XX年 ，137-185 4 林小峰.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，1994.52-85 5 田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京：机械工业出版社，1994.85-93 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日（）开题报告设计（题目）PLC在自动控制领域中的应用一、选题的背景和意义：可编程序控制器简称PLC，是20世纪60年代以来发展极为迅速、应用面极为广泛的工业控制装置，是现代工业自动化的三大支柱之首。它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成确定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和一些确定的功能，来控制各种类型的机械设备或生产过程。 当今PLC吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，以单机自动化到整条生产线的自动化乃至整个工厂的自动化；从柔性制造系统、工业机器人到大型分散控制系统，PLC均承担着重要角色。二、课题研究的主要内容：本从PLC发展到在自动控制领域中的广泛应用，以及成为现代工业自动化的三大支柱之首。本阐述的主要内容如下：（1）可编程控制器(PLC)实现生产过程自动控制中的应用和研究以及理论与实践相结合。（2）详细阐述了集现代自动控制技术、计算机(网络)技术和通信技术于一体的高科技产品可编程控制器PLC在自动控制领域的最新应用。（3）PLC在未来的发展前景及走向。三、主要研究（设计）方法论述：本主要从可编程序控制器简称（PLC）从无到有，从有到成为现代工业自动化的三大支柱之首。PLC已成为自动控制领域中先头军，同时它还会将在以后的自动控制领域广泛的应用和发展下去。 资料主要由指导老师提供及查阅参考书整理而成。四、设计（）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容8.18.2选题，查找、分析资料8.38.4完成开题报告8.58.6列出提纲，并完善提纲8.78.8提炼中心论点8.98.14查找资料，写8.158.17提炼要点，完善8.188.19总结中心要点，完成8.208.21完成摘要8.228.24完成初稿，交指导老师审阅8.258.27完善初稿8.288.30完成设计并定稿，答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日PLC在自动控制领域中的应用目 录0.引言-61. 可编程控制器PLC-61.1 PLC概述-61.2 PLC的结构组成及工作-81.3 PLC网络及通信-101.4 PLC的发展趋势-161.5典型的PLC产品-161.6 PLC在我国的应用-172.软PLC和软DCS-172.1 软PLC-172.1.1软PLC 定义-172.1.2软PLC控制技术综述-172.2 软DCS-202.3 DCS控制系统与PLC控制区别-213. PLC在自动控制领域中的应用-223.1 PLC控制系统的概述-223.2 PLC编程软件-223.3 PLC的通信功能-233.4 PLC PC化-244. 生产过程控制和管理软件的融合-245. 生产过程自动化系统和生产管理系统的融合-256. 结束语答谢辞参考文献论PLC在自动控制领域中的应用0.引言当今制造业正在面临一个快速变革的时代，在经济全球化的同时，减少资金投入，降低人力成本，提高劳动生产率，缩短订单处理事件等成为用户不断追求的目标，对于制造业系统处理速度，开放性等方面的要求也韶讨从前川。自动控制系统所包含的内容也从对一些操作量的简单调节发展成为集实时控制、运动控制、故障诊断、数据综合分析、信息管理、质量跟踪等一系列复杂控制任务于一体统一的软硬件系统平台，这些任务的复杂性与控制的难度急剧增加，对自动控制系统的功能提出了更高的要求.而要实现这些目标，就需要采用新的技术，不断改进软件和硬件系统，如采用基于PC的控制，就可以将CPU高速的处理性能和良好的开放性引入到控制领域。早在20世纪70年代，PLC的出现逐步替代原有的继电器控制系统以来，PLC被广泛适用于各种控制系统中，但是随着PC在控制系统中的出现，其功能在不断发生变化，由初期的人机界面功能逐步增加报普，报表，连接数据库，连接办公网络等，现在在许多应用场合，可以用PC实现PLC的功能，即基于PC的PLC自动化控制，而且传统的PLC控制系统难以实现或无法实现的功能，采用基于PC的控制将变得非常简单，如开环/闭环控制、运动控制、视频信号处理、连接办公网络、复杂控制算法等。可编程逻辑控制器（PLC）作为新一化的工业控制装置，结构简单、性能全面、可靠性高。其突出的优点是：使用方便，具有杰出的实时功能和强大的通讯能力。在其小小的单元中，包含了强大的功能，使之能够独立地或通过网络分布式系统轻而易举地完成复杂的控制任务，很小的投入即能获得最有效的自动化系统，在工业现场领域深受欢迎，特别是经过特殊模块配置后，可以在保持简单易用的特点的同时大大扩展其应用领域。PLC的体积小，结构紧凑，编程方便，梯形图编程方式面向一般电气技术人员，操作简单，维修方便，易于实现机电一体化。1可编程控制器PLC11 PLC概述可编程控制器PLC及其组成的多级分布式网络是构成CIMS系统的基础，是现代工业自动化三大支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。国际电工委员会(IEC)曾颁布PLC的国际标准，并作了如下定义:可编程控制器是一种数字运算操作的高级电子系统，采用可编程的存储器在其内部存储执行顺序控制、定时计数、逻辑运算和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。由此 PL C是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向对象的、面向控制过程的“自然语台”，编程的，简单易懂、操作方便、适应工业环境的，高可靠性的新一代工业控制装置PLC发展经历了四次换代，现代的PLC系列产品已成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能和联网通信功能的多功能控制器，能满足现代工业发展的不同需求，能适应更加复杂和恶劣的工业现场环境。由于 PL C控制对象的复杂性和多样性，应用环境的特殊性和工作运行的连续性、实时性，使其在设计上有更高要求。1. 抗干扰能力强，运行稳定可靠PL C通常工作在环境恶劣的工业现场，并且要求有较高的平均无故障时间(5-10万小时)，因此PLC的设计中，在硬件上选用优质元器件，并采用电源多级滤波和稳压措施，电磁屏蔽、输入输出滤波、光电隔离及通道间绝缘，输入电4li与输出电源外部封装;在软件上采月J循环扫描工作方式，具有程序语法检查、故障检测与诊断和出错后报警、保护数据、封闭数据以及恢复数据等措施。2.接口模块功能强、类型多。现代 PL C模块化能力大大增强，不仅具有电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块，还具有专用的模拟量输入模块、模拟量输出模块和各种连接模块，更重要的是在联网通信方面推出功能强大通信模块、modem模块、天线模块和远程通信控制模块等。随着应用范围和领域的拓展，PLC的功能模块还在不断发展创新。3.适应能力强，应用范围广现代 PL C产品系列化和模块化，而且不仅具有逻辑运算、定时计数、顺序控制等功能，还具有A/D, D/A转换、数字运算、数据处理和通信等功能，这使得PLC的应用可根据实际情况方便灵活地组成功能不同的控制系统，既可是控制单机的简单系统也可是控制多机的复杂系统，又司利用通信功能实现更复杂的远程群控系统。4.编程方法简单实用PL C虽然由内部微处理器控制，但并没有采用微机控制中常用的汇编语言或其他专用高级语言，而是结合实际提出了梯形图(LAD)、语句表(STL)和逻辑符号图(FBD)等编程方法，这些编程语台都是面向对象、面向控制过程的，易于编写、易于调试，这也大大增进了PLC的广泛应用。5.体积小、结构紧凑，功能强大作为微电子的高科技产品，PLC不仅结构紧凑、坚固、体积小、重量轻，而且功耗很低。例如SIEMENS S7-400系列的主控模块CPU 412-1,尺寸仅为25*290*210 (W*H*D) mm，重720g，功耗小于8w121，而且这些主控模块具有很好的抗震性，并能适应环境温度的剧烈变化。PLC在设计上的特点决定了PLC高性能和广阔的应用范围。1.开关量的逻辑控制PLC替代继电器控制系统实现逻辑控制和顺序控制是PLC最基本、最广泛的应用。2.过程的闭环控制PLC利用专用的模拟量I/O模块实现了对模拟量(如温度、压力、流量、液体等连续变化量)的闭环控制。3.运动控制利用专用的运动控制模块可实现对直线或轴运动的控制，这使PLC可广泛应用于运动机械设备控制系统。4.数据的分析和处理现代P LC都具有数据运算(定点、浮点、函数运算)、数据传送、数据转换、数据排序和查表功能，并具有数据的采集、分析、处理和建库等功能，从而能够实现大中型控制系统。5.通信联网现代 PL C除了主控CPU模块上的MPI接口连接通信外，还可通过扩展的一系列通信模块实现联网通信，如通过专用通信处理器CP和专用远程通信控制模块TIM等。通过功能强大的通信处理模块，可实现系统间的数据和信息的交换，构成分散控制、集中管理的分层式集散型复杂控制系统。12 PLC的结构组成及工作方式一、PLC的结构组成可编程控制器实现控制，其实质是按一定算法进行输入和输出变换，并将这个变换予以物理实现，即输入输出和物理实现是PLC实现控制的两个基本点. PLC对输入和输出的处理类似于现代微处理机的信息处理，但是针对复杂恶劣的工业现场环境显得更加专业化。PLC的物理实现要考虑实际控制的需要，例如，要求输入应排除干扰信号，输出应放大到工业控制的水平，并能为实际控制系统方便的使用，这点使PLC有别于普通微机信号只针对信号本身，而不考虑实际现场的需要。PL C 的 基本组成仍采用了典型的计算机结构，一般都是由中央处理单元(CPU)、存储器(memory),输入部分(input),输出部分(output)和电源部分(supply)五部分组成。其中，CPU是PLC的核心，存储器是存放系统程序和用户程序及数据的，1/O部分是连接现场设备与CPU的接口电路，电源部分则为PLC内部电路提供电源。图1 .1示意了PLC的原理图图 1.2示意了PLC的结构图1. 中 央处 理单元CPU作为PLC控制器的核心，中央处理单元具有以下功能: 接收输入的用户程序和数据并送入存储器; 监视电源和PLC内部电路的工作状态; 诊断用户程序和系统程序的语法错误，并对用户程序指令进行编译; PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并执行; 采集输入部分送来的状态和数据，并存入指定的寄存器; 按程序进行处理，根据运算结果更新相关标志的状态和输出的状态或数 据寄存器的内容; 传送状态或数据寄存器的相关内容到输出接口; 响应各种外围设备(编程器、键盘、显示器、打印机等)的请求;现代 PL C按功能分散处理、联网通信和容错技术的要求往往包括多个 CPU，分别承担一定的控制功能。2. 存储器现代PLC均配有系统程序控制器，用于存放监控程序、模块化应用功能的子程序、调用管理程序和各种系统参数。用户程序存储器存放用户编制的程序及随机参数等。3. 输入输出部分也称为I/O单元，是PLC与被控设备的接口电路，是CPU与现场I/O装置或设备间的连接部件，起着PLC与外部设备间传送信息的作用。I/O单元既可通过底板总线与主控模块放在一起，也可通过连接器用电缆引出远程放置，实现远程联网及控制。一般1/O模块上有状态显示和UO接线端子排，方便监视与连接。输入接口电路一般山光电祸合电路和微电脑输入接口电路组成，而输出接口电路一般由微电脑输出接口和功率放大器组成。现代 PLC除了以上1/O接口电路外，还配有各种和外围设备连接的接口电路，通过相应的接口电路的插座可连接编程器、计算机、打印机等设备。4.电源部分PL C一般 配有专用的开关式稳压电源供内部电路使用，现代大多数机型可向外提供直流24 V稳压电源，以供外部设备(如传感器等)使用，从而避免电源污染也减少了外部连线。PLC常配有高能的后备电源(铿电池)以备外部电源正常或非正常断电情况下内部程序和数据丢失。二、工作方式PL C采用对1/O操作、数据处理等的循环扫描工作方式。这种工作方式在系统软件控制下，顺序扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号整个工作过程如图1.3所示自诊断是指在PLC扫描用户程序之前先执行故障自诊断程序，主要诊断I/O部分、存储器和CPU等，自诊断正常则继续向下扫描;与编程器或计算机通信是指PLC检查编程器或计算机等是否有通信的请求，并接收发送来的程序、指令和各种数据，将相应的状态、数据和信息显示出来; CPU对各输入端扫描并将输入端的状态送到输入状态寄存器，完成对现场信息的输入采样过程; CPU逐条调出并执行用户程序的指令，按照指令对数据进行运算，并将结果送至输出寄存器，实现PLC的程序执行过程;当所有指令执行完毕后，PLC集中将输出状态寄存器中的状态通过输出模块单元转换成控制设备的电压或电流信号，以驱动控制设备，实现对输出状态的刷新。13 PLC网络及通信一、PLC网络PL C网络多采用类似ISO提出的OSI7 层模型191， 也是分层结构，由上至下，各层发挥不同的作用。一般，上层负责生产管理，底层负责现场控制与监测，中间层则负责生产过程的监控及优化。PL C网络 通常采用多级通信子网以构成复合型拓扑结构，夯在不同级别的子网中配置不同的通信协议，这是根据PLC网络中的实际通信要求，即上层主要传递管理信息，通信报文较长、传输信息量大、通信范围广，但对实时性要求不高;而底层主要传送过程数据和控制指令，报文较短、通信量不大、通信距离较近，但对实时性和可靠性要求较高;中间层通信要求介于上、下层之间川。PLC网络采用多级复合型结构通信网，可根据PLC网络分层情况，对相邻且通信要求相近的几层进行合并，由级子网实现，因而这种结构具有很强的适应性和扩展性。图1.4示意了SIEMENS S7系列PLC典型网络西门子S7系列PLC网络通常采用三级总线复合型结构:最下层是远程UO链路层，直接与现场设备连接通信，配置周期I/O通信机制;中间层为主从式多点链路或Profibus现场总线IZ61前者采用主从式总线，轮询方式通信，后者是一种新型现场总线，是可承担现场、控制、监控三级任务的以太网，传送生产管理信息，配置以太网通信协议。通过对PLC网络及各级子网的上述分析，我们可以得出以下规律: PLC网络通常是三级或四级子网构成的复合型拓扑结构，且为适应各级子网的通信特点而配置不同的子网通信协议; PLC网络中的通信协议一般有通用协议和专用协议两种; PLC网络的高层子网中常配置MAP规约(全MAP 3.0)或Ethernet协议，使得PLC 网络更加标准化和通用化，也使得PLC 网络的互联、PLC网络与其它局域网的互联更加容易; PLC网络的中间层和底层多采用专用协议，最底层常采用周期I/O方式通信，以适应对实时性要求高但信息较短的过程数据和控制命令的传送，中间层多采用令牌方式或主从方式控制通信; PC (个人电脑)加入不同级别的子网，必须按所联入的子网配置通信模板，并按该级子网配置的通信协议编制用户程序: PLC网络底层子网对实时性要求较高，采用协议多只有物理层、层和应用层三层。高层子网与普通网络相近，加之要与异种网互联，通信协议多为标准7层协议。二、PLC网络中的通信PL C网络 可分为PLC控制网络和PLC通信网络两种，它们在功能上和工作方式上有很大的差别。PLC控制网络只传运。每次传送数量较少，例如，PLC的远程I/O链路、通过Link区交换数据的PLC同位系统;PLC通信网络则即可传送开关量又可传送数字量，且通信数据量较大，例如，SIEMENS的SIENEC-H l网、A-B公司DH+网等。PLC通信网络类似于普通的局域网。实际应用中对PLC网络并不做具体划分。PLC网络的通信包括PLC之间、PLC与上下位计算机间和PLC与智能设备间的通信。常规的联网通信方法是利用PLC主控模块上的RS232或RS 422/423接口和专用电缆组成较简单的多机系统;也可利用PLC的专用通信模块，用双绞线、同轴电缆或光缆连接组成网络从而实现不同系统间的信息交换，构成集中管理、分散控制的集散型、分层式控制系统。并行通信和串行通信在PLC及其网络中都存在。其中，在PLC内部，多处理器的PLC中的多个处理器间通过共享存储区在协处理器控制与管理之下的通信和PLC中CPU与各智能模块处理器间经背板总线的通信多为并行通信。我们研究的重点是PLC网络中的串行通信。PLC网络中的各级子网无论是环形结构还是总线结构，通信介质是网络的共享资源，网络中的PLC建立通信，就必须取得共享通信介质的使用权，即要有一个存取控制方式来分配共享通信介质的使用权。另外，PLC建立通信通道后，要将数据传送出去，这又要考虑数据传送方式是有连接的还是无连接的，是有应答的还是无应答的，或是广播通信。即通过本段内容我们可以明确，PLC网络中各级子网的通信方法包括存取控制和数据传送方式两部分。以下将详细介绍PLC网络中的典型通信方式：1.P LC控制网络的“全局1/O方式”通信“全局1 /O方式”是利用串行共享存储区通信的方式，主要用于带有Link链接区的PLC间的通信。工作原理是在PLC网络中的各台PLC的1/O区划出一块链接区，每个链接区都采用相同的邮箱结构，相同编号的发送区与接收区的大小相同，占用相同的地址段，一个为发送区，其余皆为接收区，通过广播式通信，使各PLC链接区11的数据保持一致，即链接区中既有自己发送的数据，也有其它PLC送来的数据，每台PLC只要访问自己的链接区，就等于访问了其它PLC，就相当于与其它PLC交换了数据。实际上链接区成为网络的共享存储区，也成为PLC交换数据的中介区。“全局1 /O方式”的通信方法如图I.5所示。链接区可采用异步方式刷新，也可采用同步方式刷新。当采用异步方式刷新时，与PLC中用户程序无关，山各PLC月矛带通信处理器按顺序进行广播通信，并使所有链接区保持等值;当采用同步方式刷新时，山用户程序中对链接区的发送指令启动一次刷新，只有当链接区的发送区数据变化时刁刷新。链接区是从PLC的I/O区划分出来的，经等值化通信变成所有PLC的共享区，因此称为“全局I/O方式”通信。2.PL C控制网络的“周期I/O方式”通信“周 期 U O方式”通信主要用于PLC的远程I/O链路的控制网络的通信。工作原理:远程I/O链路按主从方式工作，PLC自带的I/O主单元在远程UO链路中担任主站，其它远程I/0链路作为从站。在主站中设立“远程I/0缓冲区”，采用邮箱结构，划分出几个分箱分别与梅个从站相对应，每个分箱再分为发送区和接收区。主站中的通信处理器采用周期扫描方式按顺序与各从站交换数据，把与其对应的分箱中的发送区数据送往从站，从从站区读取数据存入相应的接收区，这样使得主站中的远程I/0缓冲区得以周期性地刷新。此过程中PLC的CPU单元只负责对用户程序扫描，按循环方式进行处理，每周期都会集中进行I/0处理，既对本地UO单元也对远程I/0缓冲区进行读写操作。PLC的CPU对用户程序的周期性循环扫描与通信处理器对各远程I/0单元的周期性扫描是异步进行的，PLC的CPU单元实际并没有直接操作远程I/0缓冲区的周期性刷新，使得CPU单元相对直接访问了远程I/0单元。主站 中 的 通信处理器采用周期扫描方式与各从站交换数据，从而周期性的刷新“远程I/0缓冲区”，这种通信方式既有周期性又涉及远程I/0单元，因而被称为“周期I/0方式”。3.PL C通信网络的主从总线(U:N )通信方式主从总线通信方式是采用集中式存取控制方式分配总线使用权，通常采用轮询表的方法。轮询表是一张从站号的排列顺序表，配置在主站中，主站按照轮询表中的排列顺序对各从站进行访问，查看从站是否有占用总线的请求，从而对总线使用权进行分配。为保证实时性，轮询表中各从站号至少出现一次，这样可保证每个从站在周期轮询时的侮个周期内至少有一次总线使用权。而对实时性要求较高的从站，则可采用静态方式在轮询表中让该从站号多出现几次，从而获得较高的通信优先权，同时也可采用中断法的动态方式打断正常的轮询周期，随时插入获得总线使用权，从而更好的实现对实时性的要求。主从总线通信方式中有两种基本的数据传送方式。一种只允许主站与从站间的通信，而禁止从站间的通信，从站间的通信必须经主站处理;另一种是两种通信都允许，从站获得总线使用权后先与主站通信，再直接与从站通信。4.PL C通信网络的浮动主站(N:M) 通信方式浮动主站通信方式适用于总线结构的PLC网络。总线上有M 个站，其中N个为主站。N:M通信方式采用主从总线与令牌总线相结合的存取控制方式。N个主站首先组成逻辑环，通过令牌方式在逻辑环上分配总线使用权，因而主站是浮动的，是不固定的。主站获得总线使用权后，再按主从方式确定在自己的令牌环持有时间内与其它从站的通信。每个主站中都配置有一张轮询表，按表上的排列顺序获得总线使用权的主站与其它主站或从站进行通信。浮动主站通信方式采用多种数据传送方式与目的站通信，其中以无应答无连接方式的传送方式速度最快。5. PLC通信网络的令牌总线(N:N )通信方式令牌总线通信方式采用典型的令牌总线存取控制技术:总线结构的PLC网络中N个站地位平等没有主从站之分，总线上N个站组成一个逻辑环，令牌在逻辑环中按一定方向流动，获得令牌的站就取得了总线的使用权。为保证实时性，令牌总线通信方式中严格良定每个站的令牌持有时间，并保证每个站在令牌循环过程中都有机会获得总线使用权。令牌总线通信方式中的数据传送方式对实时性影响明显。例如，若采用无应答数据传送方式，获得总线使用权的站可立即向目的站发送数据，数据发送完成则通信也就完成。但如果是应答方式的数据传送，待数据发送完毕后还必须等待目的站在获得令牌占用总线发回应答1防后，整个通信能结束。很明显后者通信时间长，导致实时性下降。6.PL C通信网络的令牌坏通信方式在采用环形拓扑结构的PLC通信网络中，多采用令牌环法的存取控制方式，并且这种通信方式具有很好的实时性。令牌环通信方式中，令牌在物理环中按箭头指向顺序传送，获得令牌的站才能发送数据。如图1.7所示:A站要向C站发送数据。在A站获得令牌时，A站把待发送数据加载在传送帧中，并继续向下传送令牌，经B站到达C站后，C站将帧格式中的目的地址与本站地址比较，以确定此帧是否为传送至C站的。之后C站对此帧作差错校验，并将校验结果以肯定或否定应答方式填在帧的ACK确认段中，同时将此帧信息复制下来，再把带有应答信息的帧继续向下传送。当A站接收到此帧后，将帧的源地址与本站的地址作比较，确定此帧是A站发出的，再检查ACK段信息，以便在否定应答下对数据组织重发，而在肯定应答下将把此帧从环上去掉，只剩令牌继续在环中循环传送。7.C SMA/CD( Carrier-senseM ultipleA ccessW ithC ollisionD etection)CS MA /C D通信方式是一种随机通信方式，适用于总线结构的PLC网络。采用CSMA/CD存取控制方式，网络总线上各站无主从之分，地位平等，对总线使用权的获得多采用“先听后讲，边讲边听”的方法。先听后讲是指各站在发送数据前必须对总线进行监听，确认总线空闲后才能发送数据据的同时为了完全避免各站在使用总线传输数据时发生冲突，在发送数继续对总线监听，若有冲突出现，则必须立即中出阻塞消息通知总线上各站，这就是后一句“边训边听”断传送，并发之后，冲突双方要采用随机数代入指数函数的避退算法来决定对总线使用权的的重新获得。CSMA/CD通信方式作为一种随机通信方式，方法简单，对通信资源利用高，但不能保证存取控制方式的实时性。原因在于这种通信方式不能保证总线上各个站在一定时间周期内都能获得总线使用权，也不能静态方式地赋予某些站较高的优先权，更不能动态方式地赋予紧急通信任务较高的优先权，因而这种存取控制方式的实时性很差。CS MA /C D通信方式可根据实际情况对通信速度及可靠性的要求随机选择有连接、无连接、有应答、无应答或是广播通信中的任一种数据传送方式，灵活性较大。以上详细地介绍了几种典型的PLC网络通信方式。随着科学技术不断发展，现代PLC网络系统中，在一些新的现场总线中常可集多种通信方式于一体，并能在实际应用中自动在各通信方式间切换，调度各自的优先级，从而更好的实现对多种总线资源的充分利用和实时准确的传送数据。14 PLC的发展趋势信息技术的发展对现代控制技术提出了更高的要求，作为现代工业支柱之一， PLC面向未来的信息时代也在不断完善、增强和拓展自身功能，以更好地适应现代控制系统的发展要求。1.功能更强，速度更快PL C是计算机技术、通信技术和自动控制技术三者有机结合的高科技产品因而随着微电子技术、计算机技术、通信技术和现代自控技术的飞速发展PLC的功能也在不断增强，并将推出速度更快、功能更强的PLC系列产品。2.模块更丰富现代 PL C系列产品中的模块正在向智能化、功能专一、.钻种齐全的方向展。以微处理器为基础的智能I/O模块可与PLC的主CPU模块并行工作，提高PLC扫描速度，又可实现模块自适应、参数自整定等功能，从而使I/O接功能、过程控制功能大大增强。根据实际控制对象的具体要求，现代PLC将会研制出更多的功能模块和更完整的系列产3.与其它智能控制系统的融合现代 PL C系统采用了更强的微处理器、容量更大的存储器，并将逻辑控制、模拟量控制、数学运算及通信功能等有机结合了起来，性能不断提高，同时PLC与工业控制计算机、集散控制系统(DCS ), 嵌入式计算机等系统在功能和应用方面相互渗透、相互结合，拓宽了更广阔的控制应用领域4.通信功能增强PL C 系 统己具有了很强的通信能力，可在PLC间、PLC与计算机间近距离或远距离联网通信，形成统一的、分散式集中控制系统。同时由于各厂家PLC通信协议的专用特点，现代PLC系统将更多采用标准工业总线，向MAP规约1p靠拢，使不同机型的PLC系统间可自由联网通信，实现资源共享，适应现代工业无人、无线、远程、复杂的综合控制管理的需要。5. 软件的发展现代PL C系统的编程语言除了常用的梯形图、语句表、专用语言指令外，还在不断开拓利用普通高级语言，例如C. Basic等的编程。发展新的PLC通用编程语言，同时开发功能更强的组态软件，提高开发效率是现代PLC的发展趋势。总之，现代PLC系统将向体积更小、速度更快、功能更强、价格更低、控制与管理一体化和完善的通信联网功能方向发展。15 典型的PLC产品1国外施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum等；罗克韦尔（A-B公司），SLC、MicroLogix、ControlLogix等；西门子公司，SIMATICS7-400/300/200系列；GE公司；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。2国内PLC生产厂约30多家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。16 PLC在我国的应用虽然我国在PLC生产方面比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：微型：32I/O小型：256I/O中型：1024I/O大型：4096I/O巨型：8192I/O在我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现百花齐放的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。2. 软PLC和软DCS2.1 软PLC2.1.1 软PLC定义软件PLC（SoftPLC，也称为软逻辑SoftLogic）是一种基于基于PC机开发结构的控制系统，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软件PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统的及网络的开放式结构。所以，软件PLC提供了与硬PLC同样的功能，同时又提供了PC环境的各种优点。2.1.2 软PLC控制技术综述1、软件PLC技术的形成背景 20世纪90年代后期，人们逐渐认识到，传统PLC（本文简称硬PLC）自身存在着这样那样的缺点：难以构建开放的硬件体系结构；工作人员必须经过较长时间的专业培训才能掌握某一种产品的编程方法；传统PLC的生产被几家厂商所垄断，造成PLC的性价比增长很缓慢。这些问题都成了制约传统PLC发展的因素。近年来，随着计算机技术的迅猛发展以及PLC方面国际标准的制定，一项打破传统PLC局限性的新兴技术发展起来了，这就是软PLC技术。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用放的通信接口，如以太网、高速串口等；采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准；全部用软件来实现传统PLC的功能。2、系统结构和应用特点1系统结构软PLC基于PC机，建立在一定操作系统平台之上，通过软件方法实现传统PLC的计算、控制、存储以及编程等功能，通过IO模块以及现场总线等物理设备完成现场数据的采集以及信号的输出。根据传统PLC的组成结构，软PLC系统由开发系统和运行系统两部分组成。也可分为编辑环境和运行环境两部分。编辑环境与运行环境是客户服务器模式，二者之间采用D通信机制，运行环境作为服务器，提供标准的通信接口；编辑环境作为客户端应用，本地或远程访问存取这些接口，进行下载代码、读取运行环境的运行信息等操作。嵌入式系统通常由EPC或嵌入式控制器（也称智能控制器）和嵌入式软件组成，嵌入式软件又分为嵌入式操作系统和嵌入式应用程序，嵌入式操作系统的特点是程序短小、所需内存少，Mi-crosoft公司推出的WindowsCE就是一个嵌入式操作系统，而软PLC可以作为一个嵌入式应用程序运行在嵌入式系统中。软PLC开发系统和运行系统是相互独立而又密不可分的两个应用程序，可以分别单独运行。（1）软PLC开发系统软PLC开发系统实际上就是带有调试和编译功能的PLC编程器，此部分具备如下功能：编程语言标准化，遵循IEC61131-3标准，支持多语言编程（共有5种编程方式：IL，ST，LD，FBD和SFC），编程语言之间可以相互转换；丰富的控制模块，支持多种PID算法（如常规PID控制算法、自适应PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等），还包括目前流行的一些控制算法，如神经网络控制；开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块；仿真运行，实时在线监控，在线修改程序和编译；强大的网络功能。支持基于TCPIP网络，通过网络实现PLC远程监控，远程程序修改（2）软PLC运行系统这一部分是软PLC的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。通常由IO接口、通信接口，系统管理器、错误管理器、调试内核和编译器组成：IO接口，可与任何IO系统通信，包括本地IO系统和远程IO系统，远程IO主要通过现场总线InterBus，ProfiBus，CAN等实现；通信接口。通过此接口使运行系统可以和开发系统或HMI（或MMI）软件按照各种协议进行通信，如下载PLC程序或进行数据交换；系统管理器，处理不同任务和协调程序的执行，而且从IO映像读写变量；错误管理器，检测和处理程序执行期间发生的各种错误；调试内核，提供多个调试函数，如重写、强制变量、设置断点、设置变量和地址状态；编译器，通常开发系统将编写的PLC源程序编译为中间代码，然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的机器可执行代码（即目标码）。 2技术实现以西门子公司开发的软件PLC产品为例说明它的构成方式。第一种，在PC机上安装专用程序，使PC机用作为可编程控制器。该PC机上的操作系统是基于实时功能的，如：WindowsNT或WindowsCE或Linux等，在西门子开发的应用软件Pro-ToolPro的支持下，实现控制和监视，在编程软件STEP7支持下，提供用户编程环境。该PC机上还集成了现场总线Profibus-DP的通信协议及Profibus-DP接口，用以实现与分布式IO及其他现场设备的连接。第二种，将软PLC做成一块插板，安装在PC机的PCI总线插槽上。该PLC是可以独立工作的微机系统，与PC机无关，如有需要甚至可以用自身独立提供的电源。PC机可以容纳数个插槽式的PLC，并把它们当作集成模块，在操作系统支持下既独立又协调地工作。这种软PLC对操作系统、控制软件和编程软件的要求与第一种相同。在PC机的平台上，实现编程、运行、操作、监控数据存储及状态显示功能。当对实时控制的要求较低时，一般使用第一种结构，专用软件就直接安装在WindowsNT中，也可用带实时扩展子系统的软件，提高实时控制性能。如果对控制器的可靠性和控制性能要求较高，可选择插槽式PLC，因为它拥有自己的操作系统，有可靠的数据存储和准确的重新启动功能。3应用特点应用特点为：体现了IPC，PLC和DOC先进技术的集成。可充分利用PC平台上的硬件和软件资源，使控制系统更具特色；系统更开放，应用更方便。软件PLC通过自己开发工具提供的OPC功能和Active控件，既可连接Office软件，也可连接用VB，VC开发的软件；基于PC+现场总线+分布式IO的控制系统简化了复杂控制系统的体系结构，提高了通信效率和速度，降低了投资成本。3、技术优势及其发展的制约因素（1）技术优势软PLC解决了传统PLC的兼容性差、通用性差等问题，具有多方面的优势。软PLC的硬件体系结构不再封闭，用户可以自己选择合适的硬件组成满足要求的软PLC。传统PLC的指令集是固定的，而实际工业应用中可能需要定义算法。软PLC指令集可以更加丰富，用户可以使用符合标准的操作指令。 PC机厂家的激烈竞争使得基于PC机的软PLC的性价比得以提高。传统PLC限制在几家厂商生产，具有私有性，因此很难适应现有标准计算机网络，常常是PLC与计算机处在不同类型的网络中。软PLC不仅能加入到已存在的私有PLC网络中，而且可以加入到标准计算机网络中。这使得现有计算机网络的很多研究成果很容易地应用到PLC控制技术中。软PL