1 PLC 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成及功能

PLC 控制系統(tǒng)由 CPU 控制模塊、電源模塊、輸入 ／ 輸出 I ／ O（Input Module ／ Output Module）接口卡件 、輔助設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與控制儀表或設(shè)備等組成。 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表或設(shè)備的模擬量輸入信號(hào)（Analog Input）、數(shù)字量輸入信號(hào)（Digital Input）接入PLC 控 制器輸入接口 I ／ O 卡 件上 ，PLC 控 制器 CPU 控 制模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行采集、處理、運(yùn)算后，通過 PLC 控制器輸出接口 I／O 卡件，將模擬量輸出信號(hào)（Analog Output）或數(shù)字量輸出信號(hào)（Digital Output）送出，去驅(qū)動(dòng)連接在 PLC 控制器輸出I ／ O 接口卡件上的現(xiàn)場(chǎng)控制儀表或設(shè)備動(dòng)作， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝生產(chǎn)過程監(jiān)測(cè)與控制。

2 PLC 控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成及功能

PLC 控制系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)軟件、 工程應(yīng)用軟件及工具軟件組成。

系統(tǒng)軟件由 PLC 控制器隨機(jī)配套提供， 安裝在 PLC 控制器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器內(nèi)，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，為 PLC 控制器應(yīng)用軟件提供運(yùn)行平臺(tái)。

工程應(yīng)用軟件是自控設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝操作管理要求，按著具體 PLC 控制器提供應(yīng)用軟件編程技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行編寫。 它將滿足工藝現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、液位、流量、分析等儀表信號(hào)采集處理及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥、開關(guān)閥、機(jī)泵等儀表設(shè)備控制要求。 工程應(yīng)用軟件一般在個(gè)人計(jì)算機(jī)或編成器內(nèi)編寫生成， 然后下裝到 PLC控制器應(yīng)用程序存儲(chǔ)器內(nèi)。

工具軟件由 PLC 控制器隨機(jī)配套提供，為自控設(shè)計(jì)人員提供工程應(yīng)用軟件編寫方式、軟件編寫技術(shù)要求及軟件運(yùn)行環(huán)境。通常 PLC 控制器提供梯形圖、指令表、邏輯功能圖、高級(jí)語言等編程方式。

3 PLC 控制器硬件與軟件關(guān)聯(lián)技術(shù)

工程應(yīng)用軟件是 PLC 控制系統(tǒng)硬件與軟件關(guān)聯(lián)技術(shù)核心，我們以梯形圖編程方式為例，來描述其硬件與軟件關(guān)聯(lián)技術(shù)。 通過描述工程應(yīng)用軟件編寫過程，解析 PLC 控制器硬件與軟件關(guān)聯(lián)技術(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)。

梯形圖編程方式為我們提供了各種編程元件， 像傳統(tǒng)的電氣元件一樣，如各種開關(guān)、觸點(diǎn)、繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，采用軟件的方式實(shí)現(xiàn)硬件功能。 采用梯形圖編程方式編寫程序，類似設(shè)計(jì)電氣邏輯控制原理圖一樣，編寫成串聯(lián)、并聯(lián)、聯(lián)鎖等電氣連接關(guān)系。 因此在采用梯形圖方式編寫應(yīng)用程序時(shí)，就要像了解各種物理電氣元件工作原理及使用方法一樣， 去了解各種編程元件的工作原理及使用方法。

為了更好地解析 PLC 控制系統(tǒng)硬件和軟件關(guān)聯(lián)技術(shù)，我們可把梯形圖編程方式中的編程元件分為“外部編程元件”和“內(nèi)部編程元件”。

“外部編程元件 ”：在用梯形圖編程方式編制工程應(yīng)用軟件過程中， 將 PLC 控制器輸入 ／ 輸出 I／O 接口卡件上所連接的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表和設(shè)備，用相應(yīng)的編程元件來表示，讓梯形圖中所表示的編程元件及其編碼地址與連接在輸入 ／ 輸出 I／O 卡件上的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表和設(shè)備一一對(duì)應(yīng)起來， 我們將這些編程元件稱為“外部編程元件”。 “外部編程元件”與控制系統(tǒng)的硬件具有一一對(duì)應(yīng)性和唯一性， 通過梯形圖這種編程方式將軟件與硬件進(jìn)行連接。 ①對(duì)外采集儀表或設(shè)備輸入信號(hào)，如：現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、液位、流量、分析儀表檢測(cè)及設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。②對(duì)外輸出控制信號(hào)，如：調(diào)節(jié)閥、開關(guān)閥、機(jī)泵等控制信號(hào)。

“內(nèi)部編程元件 ”：在以梯形圖編程方式編制工程應(yīng)用軟件過程中，為了滿足各種邏輯控制、運(yùn)算及工藝過程控制要求，梯形圖編程方式提供多種編程元件，類似電氣元件一樣，如開關(guān)、觸點(diǎn)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，這些編程元件我們稱為“內(nèi)部編程元件”。 “內(nèi)部編程元件”具有靈活性和多樣性，根據(jù)工藝生產(chǎn)過程控制要求，設(shè)計(jì)人員將這些編程元件進(jìn)行各種組合和連接，以滿足各種數(shù)據(jù)處理和邏輯控制功能。

4 上位計(jì)算機(jī)與 PLC 控制器之間硬件關(guān)聯(lián)技術(shù)

雖然 PLC 控制器可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制功能，但在大多數(shù)工藝過程控制系統(tǒng)中，僅僅實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制是不夠的，在許多情況下, 操作管理人員需要借助人機(jī)界面，對(duì)工藝過程及控制系統(tǒng)本身進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 通過人機(jī)界面可以增加人機(jī)交互的能力，不但使操作人員能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)控 PLC 控制系統(tǒng)工作情況，同時(shí)也可實(shí)時(shí)地監(jiān)控工藝生產(chǎn)過程運(yùn)行情況。 因此采用 PLC 控制器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組合方式，成為當(dāng)今 PLC 控制系統(tǒng)普遍采用的設(shè)計(jì)方案。

PLC 控制器作為下位機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別、輸出控制等；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位計(jì)算機(jī)，完成采集數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、分析處理、狀態(tài)顯示以及打印輸出等。 這種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案充分利用了計(jì)算機(jī)和 PLC 控制器各自技術(shù)特點(diǎn)，利用硬件和軟件的關(guān)聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而得到了廣泛的應(yīng)用。上位計(jì)算機(jī)硬件主要是由主機(jī)、通信網(wǎng)卡、顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)等組成，上位計(jì)算機(jī)與 PLC 控制器硬件連接一般采用 RS－232／485 接口的串行方式。

5 上位計(jì)算機(jī)與 PLC 控制器之間軟件關(guān)聯(lián)技術(shù)

上位計(jì)算機(jī)軟件主要由操作系統(tǒng)軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件組成。 監(jiān)控組態(tài)軟件是上位計(jì)算機(jī)與 PLC 控制器之間軟件關(guān)聯(lián)技術(shù)核心。 監(jiān)控組態(tài)軟件具有通信協(xié)議一致性、通信端口控制及通信端口初始化等功能， 實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 控制器存儲(chǔ)器中的編程元件狀態(tài)進(jìn)行讀、寫、強(qiáng)制 ON、強(qiáng)制 OFF 等操作。 這樣上位計(jì)算機(jī)可從 PLC 控制器存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)， 或向PLC 控制器存儲(chǔ)器寫入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表運(yùn)行數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。 根據(jù)操作人員的需要由上位計(jì)算機(jī)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和處理，變成操作人員可利用的數(shù)據(jù)形式（如：動(dòng)態(tài)的工藝流程圖、工藝參數(shù)、趨勢(shì)圖、報(bào)警畫面等）。 操作人員利用上位計(jì)算機(jī)顯示器上的人機(jī)界面， 通過 PLC 控制器采集現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表信號(hào)或發(fā)送控制信號(hào)至現(xiàn)場(chǎng)控制儀表，這樣就建立了上位計(jì)算機(jī)硬件和軟件與 PLC 控制器硬件和軟件相互之間的雙重連接。

6 PLC 控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)

硬件設(shè)計(jì)主要包括 PLC 控制器 CPU 控制模塊、輸入 ／ 輸出I ／ O 接口卡件、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表、輔助設(shè)備選型、配置、安裝等方面設(shè)計(jì)。 在硬件設(shè)計(jì)過程中確保 PLC 控制器輸入 ／ 輸出 I／O 接口卡件與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表之間電氣性能匹配， 滿足工藝生產(chǎn)裝置操作要求。

軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)生產(chǎn)工藝操作管理要求，利用 PLC 控制器專門提供的編程工具軟件和 PLC 控制器軟件編制手冊(cè)要求進(jìn)行工程應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。 在軟件設(shè)計(jì)過程中確保“外部編程元件”與連接在 PLC 控制器輸入 ／ 輸出 I／O 接口卡件上的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表匹配，同時(shí)“內(nèi)部編程元件”選擇使用、程序執(zhí)行順序、各種編程元件相互連接關(guān)系，均要滿足工藝生產(chǎn)裝置操作要求。在上位計(jì)算機(jī) Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下，自控設(shè)計(jì)人員編寫（或稱組態(tài)）上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件，建立一個(gè)人機(jī)界面。 這樣操作管理人員通過該人機(jī)界面， 可很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝全過程進(jìn)行監(jiān)控。 上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件具有較強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的加工、處理和分析，如儀表量程調(diào)整，報(bào)警值設(shè)定，流程畫面動(dòng)態(tài)顯示，報(bào)表輸出打印等。 可提供不同數(shù)據(jù)形式以滿足不同用戶的需求，如操作人員需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，工藝工程師需要運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，管理人員需要成本核算數(shù)據(jù)等，使得人機(jī)界面更加豐富和友好。