西門子6GK7243-1GX00-0XE0
S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。
SIEMENS 上海贊國自動化科技有限公司
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二、逐步得電逐步失電型步進(jìn)順序控制系統(tǒng)設(shè)計法
1．步進(jìn)階梯設(shè)計
按圖1所示的控制流程，采用逐步得電逐步失電型順序控制系統(tǒng)設(shè)計法設(shè)計的步進(jìn)階梯如圖4a所示，其電路結(jié)構(gòu)與圖3的不同點之一是每步的失電由下一步輔助繼電器的常閉接點控制；之二是步1回路必須串聯(lián)步2至最后工作步4的輔助繼電器常閉觸點。以防電路工作時，因誤操作再次起動而導(dǎo)致控制順序錯亂。其余的電路結(jié)與圖3相同。
2．輸出階梯設(shè)計輸出階梯如圖4b所示，輸出繼電器的控制回路根據(jù)控制流程直觀確定。例如，輸出繼電器Y1要求在步1、3得電，則將步1、3的輔助繼電器M1、M3的常開觸點并聯(lián)，再與Y1的線圈串聯(lián)即可。其余輸出繼電器的控制回路構(gòu)成方法與此相同。
圖4 逐步得電逐步失電型順控系統(tǒng)梯形圖
PLC技術(shù)展的最終趨勢仍然是人們所爭論的焦點之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會繼續(xù)失去市場份額；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場份額。本文從11方面介紹了PLC在其上的應(yīng)用趨勢。
前 言
長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠為自動化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術(shù)來面對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開放性和價格。
PLC技術(shù)展的最終趨勢仍然是人們所爭論的焦點之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會繼續(xù)失去市場份額；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場份額。
在全球工業(yè)計算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有PLC，但這種趨勢也許不會繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟PLC(SoftPLC)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有SoftPLC組態(tài)軟件和基于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的市場份額正在逐步得到增長，這些事實使傳統(tǒng)PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對現(xiàn)實，在傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方面作出更加開放的高姿態(tài)。對于控制軟件來講，這是PLC控制器的核心，PLC供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對于工業(yè)用戶表現(xiàn)得非常積極。此外，開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。
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(qiáng)大沖擊。有專家甚至認(rèn)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(rèn)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。
在高端應(yīng)用方面，很難進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)行處理，其他像運(yùn)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(jī)會和收益。
但工業(yè)用戶不完全相信開放式控制系統(tǒng)所帶來的好處。隨著技術(shù)的進(jìn)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(qiáng)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(jìn)一步提升該項功能特性的計劃，但新的Windows CE 3.0完全能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(yuǎn)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(jìn)一步結(jié)合了Steeplechase公司采用SBS技術(shù)并運(yùn)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(qiáng)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(yùn)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公司最近推出了新版本的ISaGRAF系列工業(yè)控制組態(tài)軟件包，即ISaGRAF PRO，它是基于IEC 61131-3國際標(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(jī)器”運(yùn)行時目標(biāo)。該運(yùn)行時目標(biāo)能夠運(yùn)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(jī)制保持著對每一件控制任務(wù)的跟蹤，確保控制任務(wù)能夠取得最高的優(yōu)先權(quán)。該軟件能夠運(yùn)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(yùn)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(jī)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。
最近，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(yuǎn)程維護(hù)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(yùn)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(yùn)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(kuò)展與進(jìn)一步容納Web技術(shù)
當(dāng)前，在所有過程控制領(lǐng)域，最大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)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。在最近的幾年間，我們已經(jīng)看到，發(fā)展比現(xiàn)有普通小快靈PLC更加強(qiáng)大的PLC是種趨勢。Ethernet將會成為PLC的通信標(biāo)準(zhǔn)嗎？也許最終結(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(jìn)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過電話進(jìn)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(jìn)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)會為此建立了一套全球性標(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(jìn)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(jī)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(jī)/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)成了先驅(qū)者之一。最近，該公司推出了一種運(yùn)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公司最近還推出了基于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(jìn)一步為e-制造提供了完美的解決方案。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。該公司最近已經(jīng)公布了一種柔性I/O模件解決方案，這種柔性I/O模件利用非專利版本的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(jìn)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(jìn)階梯。其設(shè)計依據(jù)也是圖1所示的控制流程。該步進(jìn)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(jìn)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)最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完全相同，不再贅述。
圖5 置位/復(fù)位指令型順序控制電路
