一种基于工业PC的软PLC控制系统方案.doc

. . . 一种基于工业PC的软PLC控制系统 首先介绍了基于PC的控制系统的发展状况以及软PLC技术的概念和组成结构。然后详细地叙述了基于工业PC的软PLC的软、硬件实现方案，最后给出了应用实例。 0、引言 ??? 基于PC的控制系统是国际上继PLC和DCS之后推出的工业控制系统。目前在工业控制领域，基于PC的控制系统得到日益广泛的应用。同时由于计算机软、硬件技术的迅速发展以及工控领域国际编程标准--IEC 61131-3的制定和推广应用，在工业PC上以软件技术实现PLC的功能，即软PLC技术，成为一项新兴的技术。 ??? 1、基于PC的软PLC控制系统的发展现状 ??? 1.1 IEC 61131-3国际编程标准[1] ??? IEC 61131国际标准的制订是软PLC技术发展的一个重要基础。为了规范工业控制领域的编程语言，20世纪90年代初，IEC（国际电工委员会）颁布了IEC 61131国际标准。该标准共分八个部分，依次包括：基本概念、硬件装置和测试、编程语言标准、用户指南、通信服务规范、现场总线通信（未公布）、模糊控制语言和编程实施方针。其中IEC 61131-3是PLC编程语言标准，它详细地说明了句法、语义和5种编程语言：指令表（Instruction），结构化文本（Structured Text），顺序功能图（Sequential Function Diagram），梯形图（Ladder Diagram），功能块图（Function Block Diagram）。在这五种编程语言中，指令表和结构化文本是文本语言，易于实现一些复杂的算法；顺序功能图、梯形图和功能块图是图形语言，它们则擅长处理逻辑控制。同时该标准还允许在同一项目中，使用多种语言进行混合编程，而且支持POU（程序组织单元）的重复使用，为不同知识背景的编程人员提供了方便。 ??? 1.2 基于PC的软PLC控制系统的发展现状[4] ??? 目前，国外许多工业控制系统开发商正在发展基于PC的控制系统，推出了符合IEC 61131-3标准的产品。在国内市场上常见的控制产品有：法国CJ International公司的ISaGRAF，德国KW公司的MULTIPROG，BECKHOFF公司的TWinCAT以及SOFTPLC公司的SoftPLC等。作为典型的基于PC的控制系统，西门子公司的WinAC在国内得到了广泛的应用。 ??? 1.3 基于PC的软PLC控制系统的优点 ??? 软PLC基于PC机，建立在PC机的软、硬件平台之上，因此具有PC机的优点和PLC的特性。 具有良好的开放性。全面支持Windows、Linux等操作系统，通过OPC或DDE等通信方式易于与第三方的产品集成运行。其硬件结构不再封闭，用户可以选择不同的I/O模块来满足自己的要求。 具有广泛的兼容性。软PLC的技术是基于IEC 61131-3标准的，用户在掌握了标准语言后，开发比较容易。由于该标准继承了传统PLC的编程方式，因此不同知识背景的工程人员容易接受和使用。 可以节省投资。与传统的PLC解决方案相比，基于PC的软PLC由于其良好的开放性和兼容性，可以大大减少设备投资和系统的集成费用。 性价比日益提高。PC处理器的速度日益提高，充分利用CPU的超强速度容易实现数据处理、多回路调节和多任务。 ??? 基于以上原因，许多学者就软PLC控制系统的实现方案作了相应的探讨，在此，笔者设计了一种基于工业PC的软PLC控制系统。 ??? 2、基于工业PC的软PLC控制系统的实现 ??? 2.1 系统的硬件结构搭建 ??? 该软PLC控制系统的硬件平台选用的是凌华PACK-610工业计算机，I/O板卡分别选用的是研华公司的PCI-1710，PCL-720和中泰公司的PC6311。在工业PC中可以驱动多块板卡，根据被控对象而定。系统结构如图1。 图1 系统结构图 ??? 2.2 软PLC系统的软件实现 ??? 该软PLC系统由编程系统和运行系统构成。编程系统用来完成PLC应用程序的开发，运行系统负责对整个系统的管理和对应用程序的执行。由于编程系统和运行系统运行于同一台工控机，所以两者之间的通信采用了动态连接库（DLL）函数的方法实现数据交换。系统整体框图如图2。 图2 软PLC系统框图 ??? （1）编程系统 ??? 按照IEC 61131-3的标准，编程系统中提供了对整个工程的管理、资源配置和POU（程序组织单元）的编辑调试功能。POU包括程序、功能块和函数，其中程序可以调用程序、功能块和函数；功能块可以调用功能块和函数；函数可以互相调用。 ??? 工程管理功能提供了整个工程所需文件的管理，在这个工程中可以同时用五种语言编程来实现控制功能。POU编辑功能包含两个