可编程控制器概述

1、第二章PLC原理第一节可编程限制器概述|§2.1.0概述可编程限制器是可编程序限制器(ProgrammableController)的简称,通常缩写为PC.但它不是个人计算机的PC(PersonalComputer)o也不仅是(但包括)早期的可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableLogicController)、可编程顺序限制器PSC(ProgrammableSequenecController)及可编程矩阵限制器PMC(ProgrammableMatrixController).可编程限制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计的.它采用可编程序的存储器

2、,用来在其内部执行逻辑运算、顺序限制、定时、计数和算术运算等操作指令,并通过数字式、模拟式的输入或输出,限制各类型的机械或生产过程.可编程限制器及其有关设备,都应根据易于与工业限制形成一个整体,易于扩充其功能的原那么来设计.§2.1.1 2.1.1可编程限制器的产生和开展二)1969年,美国数字设备公司(DEC根据对生产过程进行限制的需要,研制出了第一台可编程限制器,并在美国通用汽车公司(GM的汽车自动装配线上试用成功.尽管当时的可编程限制器功能有限、体积庞大,但它标志着这门新技术的产生和迅速开展的开始.早期的可编程限制器虽然采用了计算机技术的优点和设计思想,并注重了面向用户、用于限

3、制和适合工业现场的特点,但限于当时的技术开展水平,其功能很有限,器件多、线路复杂且体积大,名称也不统一.随着网络技术的开展,现代可编程限制器对网络功能的要求更强,一般都有现场总线功能、互连网接入功能等,EASY嵌入式PLC采用CANbus现场总线技术并支持专用的嵌入式Web服务器.§2.1.2 可编程限制器的特点二|可编程限制器实际上是面向用户需要,适宜安装在工作现场的、为进行生产限制所设计的专用计算机.因而它和计算机有根本类似的结构,但按其作用它有自己的特点：(1)编程简单,使用面向限制操作的限制逻辑语言.比方,梯形图、顺序功能流程图.生产现场的工人易于掌握和使用它,便于普及和应用

4、.(2)可靠性高,抗干扰水平强,适于在恶劣的生产环境下运行.它完全不需要一般计算机所要求的环境.由于它采用了很多硬件举措(屏蔽、滤波、隔离等)和软件举措(故障的检测与处理、信息的保护与恢复等),以提升可靠性,适应生产现场的要求.(3)系统采用了分散的模块化结构.这不但使之可针对各类不同限制需要进行组合,便于扩展；也易于检查故障和维修更换,从而大大提升了效率.目前较高档的PC还配有各类智能化模板,如：模拟量I/O模板,PID过程限制模板,I/O通讯模板,视觉输入、伺服及编码等专用模板等等,大大提升了PC的功能与适应性.(4)由于PC采用了大规模集成电路技术和微处理器技术,故可将其设计得紧凑、巩固

5、、小体积,再加上它的可靠性,PC易于装入机械设备内部,实现机电一体化.(5)相对于继电器逻辑限制而言,PC可节省大量继电器,故降低了本钱且提升了可靠性,而且用程序来执行限制功能,使其灵活易于修改.这一切都大大提升了其性能价格比.(6)目前中、高档PC均具有极强的联网通讯水平.通过简单的组合可连成工业局域网,在网络间通讯.并可通过网络连接主控级的计算机,实现计算机集成制造系统对全厂的自动化生产和治理都能进行限制.§2.1.3 PLC的应用二目前可编程限制器已广泛应用于交通运输、食品工业、木材加工、采矿、冶金、化工、石油、环保(污水处理)、市政(供水、供热)、电力、水泥生产、机械制造、汽

6、车制造、造纸、纺织、娱乐等各行各业.如果从PC具体的限制对象和类型来看,它有如下几个方面的特点：(1)用于顺序逻辑限制这是早期PC与现代PC都具备的根本限制类型.如：电站设备的自动起停、石油化工各种阀门的自动关闭、机床电气限制、高炉上料、货物存取(仓库、停车场)、电梯限制等各种单机、多机群、自动生产线的限制等.(2)用于闭环过程限制现代的中高档PC都具有PID限制功能,可监控多个回路进行PID调节限制,能对温度、流量、位置、速度等进行闭环过程限制,如：锅炉、冷冻、反响堆、自动电焊机等等.(3)用于机械加工的数字限制和机器人的限制PC能和机械加工中的数控机床与加工中央结合进行数值限制.PC也用于

7、对自动化生产网络中的机器人进行限制,如自动加工生产线或自动焊接线上的机器人的多维机械动作的限制.(4)用于组成多级分布式限制系统PC是组成多级分布式限制系统的底层车间生产级的根本设备.可和其它各级通过工业局域网通讯,以实现全厂自动化生产网络的计算机集成制造系统的生产方式.目前各大PC生产厂家都分别建立了自己的多级分布式限制系统.据说,美国一些大的PC厂家：A-B公司、GE公司、GOULD公司等,和美国一些大的计算机厂家：旧M公司、DEC公司、HP公司、MOTOROLA公司等已表示同意遵守美国GM公司提出的“制造自动化通信协议(MAP).显然这为实现异机通讯,实现计算机集成制造系统(CIMS)的

8、标准化创造了条件.§2.1.4 PLC市场状况2003年,中国PLC市场规模达26.8亿人民币,小型PLC占64%由于中国制造业的高速开展,市场未来可望保持年15%勺增长率.在传统的单机设备限制增长的前提下,PLC正在压缩单片机应用市场,挤占DCSa额,与IPC全面对抗.IPC市中国的PLC市场,仅5%；外乡化产品,其他均为国外制造.在压缩单片机市场和场的竞争中,具有现场总线和互连网接入功能的PLC尤其是小型PLC表达出强大竞争力,EASY嵌入式PLC正是在这种市场推动下产生的.§2.1.5 嵌入式PLC|嵌入式PLC是将PLC内核构建于限制器内,运用PLC语言开发用户所需

9、产品,能提升开发速度,降低开发费用,提升限制器的稳定性.嵌入式PLC又称客制式PLC,即根据用户限制需要定制硬件,以PLC的应用方式解决对象限制问题的专用PLCEASY嵌入式PLC软件平台具有开发通用、专用PLC的根本功能,支持CANbus现场总线、支持通用HMI、组态软件包.EASY嵌入式PLC指令集包括87条根本指令.§2.1.6 嵌入式PLC的开发流程一戢人设计流程相关工具软件及参考手册：?C8051F040数据手册?新华龙电子«KeilVision2单片机集成开发环境?德国KEIL公司«CANSet网络设置软件?科威自控«EASYDownhex嵌

10、入加载软件?科威自控«FXGP_WIN_C梯形图编辑软件?三菱工控«EASY编程手册?科威自控«EASYV1.00嵌入式PLC软件平台?科威自控第二节PLC编程语言§ 2.2.1 PLC指令系统及软件资源PLC是工控行业的通用限制器,具有工控人员熟悉的指令系统和软件资源.PLC指令系统：包括继电器逻辑指令、计时器和计数器指令、整数运算指令和浮点数运算指令、逻辑运算和数据传送指令、专用算法指令如PID指令等.PLC软件资源：包括输入继电器、输出继电器、中间继电器、计数器、计时器、数据存放器等.§ 2.2.2 PLC编程语言无论采用哪种编程语言,P

11、LC最终都是根据指令和软件资源组成的语句表来执行程序的,由于PLC的应用者大多是工控行业的技术人员,他们熟悉电气限制图或者信号流程图,因此,PLC的编程语言必须从形式上符合他们的使用习惯.这样的编程语言才更有利于PLC的应用.梯形图ladder就是与电气限制图相似的一种PLC编程语言.顺序功能流程图SFC就是与信号流程图相似的一种PLC编程语言.梯形图编程语言和顺序功能流程图编程语言都符合工控行业的国际标准科威公司的嵌入式PLC选用的编程语言是梯形图语言.第三节PLC系统软件开发模式PLC运行梯形图语言的监控程序或系统软件,开发模式依硬件而异,就小型PLC而言,开发使用的语言有汇编和C语言之分

12、,开发使用的平台有基于嵌入式实时系统自制或标准的及自制前/后台系统模式.§ 2.3.1 PLC开发语言PLC是一种实时性很强的限制器,大量限制具有硬实时的特点.对小型PLC而言,因追求本钱限制的需要,在CPU先择、存储器容量等方面,资源都比拟有限.因此在开发语言的选择上,汇编语言更适合小型PLC的开发,它具有时序透明、代码效率高、模块结构配置灵活等优点°由于硬件本钱随半导体技术的高速开展而降低,在小型PLC中应用的CP皿能与90年代的相比,已很强大.根本上支持C语言来开发主要是资源够用.使用C语言和汇编语言混合编程已成为开发实时性很强的PLC的根本模式,在中断任务调用等实时

13、性很强或代码利用率较高的程序段使用汇编语言,而在算法、表达等实时性不强的场合,使用C那么能提升编程的速度.§ 2.3.2 嵌入式实时系统上开发PLC借助嵌入式实时系统开发PLC是主令PLC开发的主流模式,其实时内核可选用标准的公开发行版本,也可以根据自身需要,定制实时内核.Hclinux用于ARMK列芯片为CPU的PLC开发上已取得成功.Hcos/n用于小型CPU如8位机上的PLC开发比拟适宜.自制实时内核表达了PLC对实时性的完美整合,对于小型PLC而言,如果对前/后台系统无法容忍,选择自制内核是一个好主意.自制实时内核是一种根据开发需要,选择适宜的硬实时及软实时模式,配置有限的任

14、务级调度,尤其调度方式上更为灵活.在进程间切换时,牺牲更少的cpurn时,与最终开发的软件代码绑定时,表达出完美的实时、高效特点.§ 2.3.3 EASYF发模式口EASY嵌入式PLC是在自制实时内核根底上,直接用汇编语言编写的,运行在51单片机上(F040).第四节PLC的通信信息化技术的深深溶入自动化技术之中,PLC即使是小型PLC也必须具有很强的网络水平,各家PLC制造商都有自己的现场总线及工业以太网接口及通信软件.|§2.4.0ProfibusProfiBus是由西门子公司开发的一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与限制的现场总线技术,适用于制造业自动化

15、、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等领域.ProfiBus协议结构以开放式系统互联网络OSI为参考模型,定义了物理层、数据链路层和应用层.ProfiBus由三个兼容局部组成,即ProfiBus-DP、ProfiBus-PA、ProfiBus-FMS.(1) ProfiBus-DP:是一种高速低本钱通信,用于设备级限制系统与分散式I/O的通信.可取代24VDC或4-20mA信号传输.(2) ProfiBus-PA:专为过程自动化设计,可使传感器和执行机构连在一根总线上,并有本征平安标准.(3) ProfiBus-FMS:用于车间级监控网络,是一个令牌结构、实时多主网络.ProfiBus提供了用于

16、DP和FMSWRS485传输技术、用于PA的IEC1158-2数据传输技术、光纤三种数据传输类型.官方网站：§ 2.4.1 ModibusModbus协议最初是由Modicon公司开发出来的,1979年末,该公司成为施耐德自动化(SchneiderAutomation)部门的一局部,现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议.该协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备.许多工业设备,包括PLCDCS智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准.Modbus协议包括ASCII、RTUPLUSTCP等,并没有规定物理层.该协议定义了限制器能够熟悉

17、和使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的.官方网站：§ 2.4.2 CC-link在1996年11月,以三菱电机为主导的多家公司以“多厂家设备环境、高性能、省配线为理念,开发、公布和开放了现场总线CC-Link.CC-Link是Control&CommunicationLink控制与通信链路系统的简称,是在工控系统中,可以将限制和信息数据同时以10Mbps高速传输的现场网络.CC-Link具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省本钱等突出优点.CC-Link的底层通讯协议遵循RS485CC-Link提供循环传输和瞬时传输2种通信方式.一般情况下,CC-Link主要采

18、用播送轮询循环传输的方式进行通讯.除了播送轮询方式以外,CC-Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬时通讯.官方网站：§ 2.4.3 CANbus/DeviceNetCAN全称为"ControllerAreaNetwork",即限制器局域网,由德国Bosch公司最先提出,已成为国际标准ISO11898高速应用和ISO11519低速应用.CA准一种多主方式的串行通讯总线,CANS范定义了OSI模型的最下面两层：数据链路层和物理层.CAN协议有2.0A和2.0B两个版本.CAN1、议2.0A版本规定CANS制器必须有一个11位的标志符,2.0B版本规定CAN限

19、制器的标志符长度可以是11位或29位.DeviceNet标准由Rockwell自动化公司开发,并将其作为一个基于CAN、议的开放式现场总线标准公布.DeviceNet协议特别为工厂自动限制而定制,是一个简单、廉价而且高效的协议,适用于最底层的现场总线.基于DeviceNet现场总线,罗克韦尔公司提出了三层网络结构,即DeviceNet设备层、ControlNet限制和自动网、EtherNet信息层.官方网站：§ 2.4.4 EASY的CANbus协议标准科威公司EASY系列嵌入式PLC选用CANBUS作为现场组网总线.CANbus与OSI七层参考模型比拟,只有三层结构,即物理层,数据链路层和应用层,物理层和数据链路层协议符合CAN2.0A或CAN2.0B,由芯片制造商固化在芯片内,而应用层未制定相关标准,为促进CANBUS的标准化应用,科威公司制定了EASY产品的应用层协议标准.凡按该标准