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1、软PLC技术调研报告,西门子软PLC系统平台WINAC,从60年代的出现，到70年代的崛起，再到90年代，其他工控产品的迅速发展带来的压力，PLC走过了风风雨雨的半个世纪。1996年，软PLC概念引入我国，经过了10多年的发展，取得了很大的成就。从全世界范围看，软PLC/PC控制作为新兴产业正在发展。,一、引言,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
2、、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。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。,二、软PLC的概念,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。软PLC设计运行是基于工业PC机，工业上基于构建逻辑控制系统
3、工业PC机，对PLC软件的实现性能和可靠性进行了验证。最后的结果表明，该系统运行非常可靠并且控制效果也很好。基于PC机自动控制技术系统是低成本还有使用方便等等特有的因素，是它成为自动化技术的一个新方向。制定的国际标准EIC61131-3领域不仅规范工业控制编程语言，而且还提供了一个可编程控制器技术的发展条件。,三、软件PLC技术形成的背景,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。软PLC技术相对于传统PLC，以其开放性、灵活性和较低的价格占有很大优势。它简化了
4、工厂自动化的体系结构，把控制、通信、人机界面及各种特定的应用全都合为一体，运用于同一个硬件平台上。软PLC在未来的工业电气控制中定会占据重要的席位。成为继现场总线技术发展的新亮点。,四、软PLC与硬PLC区别,5.1、软PLC的系统结构根据传统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COMDCOM通信机制，运行环境作为COM服务器，提供标准的通信接口；编辑环境作为COM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。软PLC开发系统实际上就是带有调试和编译
5、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；,五、软PLC的系统结构和应用特点,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。软PLC运行系统是软PLC的核
6、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。,5.2、软PLC的技术实现以西门子公司开发的软件PLC产品为例说明。西门子公司开发了一系列基于PC自动化的软件和硬件组件，这些组件使得所有的自动化任务包括开环、闭环控制，人机界面以及运动控制都可在一台PC平台中实现。将SIM ATIC S7控制器的范围扩展到基于PC的控制器，特别适用于将多种不同任务集成于一台PC的情况：数据处理、通讯、可视化、特种工艺以及控制。在既有传统的PLC控制又有PC应用的场合，基于PC的控制方案将成为你的首选。本世纪初，德国Siemens公司开始在亚洲
7、推广应用基于PC技术的自动化系统WinAC，WinAC具体适用范围：-快速的程序运算周期（可在O.1MS之内完成）；-大量的数据计算和存储；-集成第三方设备（串口、PCI板卡、TCP/IP设备）；-集成复杂算法或客户订制的程序（多回路PID、运动 控制、配方、板卡驱动、协议转换、各种控制算法）。,WinAC特点：-运行在标准PC中，基于WINDOWS 2000或WINDOWS XP专业版操作系统之上；-程序代码与SIM ATIC S7兼容：使用SIM ATIC工业软件进行编程，创建的程序可在SIMATIC S7中使用；-使用标准接口，以便于将其集成到OFFICE产品中；-集成基于特种工艺软件和
8、硬件解决方案的开放接口。,SIMATIC WinAC是西门子公司开发的基于PC控制的核心组件，它的出现扩展了SIMATIC S7的控制范围。WinAC是一个名副其实的控制中心，它将PLC控制、数据处理、通讯、可视化及工艺集成于一台PC机上。SIMATIC WinAC产品包括软件型和插槽型两大类，包括如下5种产品：,六、软PLC技术应用控制方案,1 WinAC Basis(WinAC 基本型)WinAC Basis 是低成本解决方案，用于对控制无精确时间要求，有大量、快速的数据处理与控制任务(控制任务指PLC的控制功能)相结合或其它PC任务的控制场合。2 WinAC PN 第一个支持PROFIn
9、et通讯标准的SIMATIC CPU，性能与WinAC Basis相似。WinAC PN支持基于组件的自动化(CBA)和PROFInet通讯标准。基于组件的自动化和PROFInet提供了一个开放的标准，用于在复杂任务中机械和系统单元之间的数据交换。数据交换通过SIMATIC iMap工具来进行配置。WinAC PN适应于以下任务：a)来自整个复杂系统的机械和车间区域之间的协调和连接；b)控制系统单元或机械可被集成到一个全范围的复杂系统。,3WinAC RTX(WinAC 实时型)WinAC RTX 提供了Windows 2000/XP的实时子系统，具有“硬实时”和“抗死机”特性。适应于具有高速
10、和精确时间要求的控制任务的场合，如运动控制、闭环控制等。4WinAC MP WinAC MP基于WinCE操作系统和SIMATIC MP370(一种多功能面板)硬件平台。MP370为无硬盘、无风扇设计，WinCE具有实时特性，可实现严格的确定性动作。WinAC MP用在恶劣工业环境和有大量数据要处理的场合。,5WinAC Slot 412/416 以板卡的形式插入在PC中，在板卡上已经集成了用于控制任务的CPU、存储器等元件。它可独立于PC进行控制操作。板卡上集成一个MPI/DP接口和一个DP口。WinAC Slot适用于对安全性和稳定性要求较高的场合。WinAC Slot 412/416在性
11、能上与S7-412/416相近。,7.1、基于软PLC的分布式锅炉微机控制系统 基于研华Adam5511软PLC的集散型锅炉微机控制系统，该系统已用于某高校供热锅炉系统的控制中。系统实现了供热锅炉的自动控制和燃烧优化控制，可显著提高锅炉热效率，减少污染。系统还通过企业内部网连接到了Internet上，实现了远程监控。,七、软PLC的应用实例,7.2、组态王+软逻辑在喷泉水景中的应用 天津水上公园的水景工程总体控制点多达1400多点，如使用传统的PLC编程控制，不但编程量巨大，日后维护更新困难，而且很难做到整体与音乐协调配合。相比PLC的控制方案，组态王+软逻辑的控制方式极好的解决了传统PLC的
12、诸多弊端，组态王友好的人机界面使得系统的操作更加便捷，更加人性化，音乐的分析更加直观,由于工业和制造业对电控、仪控一体化及管控一体化的需求，信息技术的发展和高集成度控制系统的需求，以及PC技术的完善使其性能价格比日益提高，为一种全新的自控系统解决方案-基于PC控制的快速发展提供了有利的条件和广阔的前景，也为众多用户提供了除DCS和PLC 以外的另一种选择。实现“管控一体化”意味着能获得更多的商业利益：,八、软PLC技术应用的必要性,较强的开放性使我们可采用不同公司生产的通用和标准化产品来构成系统，还可在世界上任何地点设计和制造来拓展该标准产品流程的全球化，做到尽可能地降低成本；较强的灵活性将赋
13、予制造业及时调整产品结构和生产工艺的能力，尽可能减少原材料和人力资源消耗，并对瞬息万变的市场做出迅速的应对；优越的操作性有助于企业生产更高级的产品，获得更多利润并扩展业务；完善的企业信息管理将加强企业的核心竞争力，并能更加合理、准确地定位主体市场和业务。,9.1、软PLC的技术优势 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PL
14、C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PLC的技术是基于IEC61131-3标准的，因此在掌握标准语言后开发就比较容易。,九、软PLC的技术优势及其发展的制约因素,9.2、软PLC发展的制约因素 尽管软PLC技术具有很大的发展潜力，但是这项技术的实现需要解决一些重要的问题。其中主要是以PC为基础的控制引擎的实时性问题。软PLC首选的操作系统是Window
15、sNT，但是它并不是一个硬实时的操作系统。传统PLC具有硬实时性，正因为如此它才能提供快速、确定而且可重复的响应。而要让WindowsNT具有硬实时性，必须对它进行扩展，使得PC的控制任务具有最高的优先级。现在，我们可以通过一些方法将实时性能加入到NT系统中去。比如，修改NT的硬件抽象层，或者NT与一种经过实用验证的硬实时操作系统组合。另外，WindowsCE等操作系统具有了NT在硬实时性方面所不具备的特性。在实际开发中也可使用其他的操作系统作为平台。,软PLC技术相对于传统PLC，以其开放性、灵活性和较低的价格占有很大优势。它简化了工厂自动化的体系结构，把控制、通信、人机界面及各种特定的应用全都合为一体，运用于同一个硬件平台上。软PLC在未来的工业电气控制中定会占据重要的席位，成为继现场总线技术发展的新亮点。,十、结语,
