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【摘要】：开发式PLC是一种基于PC的新型工业控制产品,它不但具有传统PLC的PID调节、离散控制和I/O控制技术。本文从开放式PLC技术的特点入手，对开放式PLC技术与传统PLC技术进行了对比，并对开放式PLC进行了具体设计。
【关键词】：开放式PLC、技术特点、设计
【 Abstract 】 : Developing PLC is a new type of industrial control based on PC products, it not only have the traditional PID adjustment, the PLC discrete control and the I/O control technology. This paper, from the analysis on the characteristics of open PLC technology, PLC technology and the tradition of open PLC technology are compared and the concrete of the open PLC design.
【 Key Words 】 : open PLC, technical characteristics, design
中图分类号：TG802 文献标识码：A 文章编号：
引言
开发式PLC可以提供强大的指令集，快速精确的程序扫描时间,可靠的执行动作以及连接各种I/O系统、设备和网络的开放式结构平台。
笔者就自己的一点经验，对开放式PLC与传统的PLC进行了对比，具体探讨开放式PLC的技术特点，并对开放式PLC做相关设计。
开放式PLC的特点探讨
1、开放式PLC的特点
开放式软PLC采用以太网作为连接智能控制模块的系统总线，内部和外部的数据通讯融和在一起，网络就是控制器。由于以太网技术及底层协议的集成，确保了控制的确定性和兼容性，避免了通讯的碰撞问题。开放式软PLC与传统PLC的结构如图1所示。
图1开放式PLC与传统PLC
开放式软PLC允许编程任务和线程不受限制，在梯形图被编译成中间代码后，编译器按性能标准和网络中各个任务被执行的特性来分配各个程序段，程序的执行和调试可并行执行。开放式软PLC的程序编制在梯形图中直接完成，允许面向全局的过程控制，不需通过一个程序完成转换，并且可以通过Internet直接将程序下载到执行器。
基于PC的开放式软PLC产品具有如下特点：
（1）提供更多的软元件。开放式软PLC可以提供更多功能的软元件；（2）具有更好的兼容性。例如当一台传统PLC的控制能力达到满负荷，不能满足系统的需要时，用户如果要进行系统扩展，就需要更换另一台层次更高的PLC。而现有PLC产品中，高一层次的PLC，往往需要更換另一种平台的不同应用程序，如三菱公司的F系列PLC升级到FX系列时，如果F系列中使用的指令ANB/，要想在FX系列PLC中继续使用，必须手工更换成ANB，这样既麻烦，又容易出错。而开放式软PLC是完全兼容的；（3）拥有更强的数据处理能力。传统PLC对浮点数、字符串的处理能力非常有限，且大多数PLC的专用功能模块比较昂贵，这种模块只有少数几家PLC厂家能够提供，其他厂家的许多PLC对浮点数、字符串的运算是不支持的。开放式软PLC由于是采用C, JAVA语言进行编程，而C, JAVA语言能够简单、高效地处理浮点数、字符串，因此软PLC在数据处理方面有着传统PLC无法比拟的优势；（4）提供功能更强的网络通信能力。传统PLC由于其硬、软件体系是封闭而非开放的，绝大多数PLC是专用总线、专用通信网络及协议，各公司的组态、寻址、语言结构不一致，这样使各种PLC互不兼容，从而给PLC及自动化仪表的互连通信带来不便，而开放式软PLC克服了这一局限，使不同厂家生产的仪表连人网络变得非常方便。
二、实例设计分析
以下根据具体实例说明PLC的设计特点及组成。
PLC硬件主要由中央处理器、存储器、输入输出接口等组成。
1、开放式可编程控制器
笔者设计的开放式PLC采用CPU+外围模块+接口的硬件结构构成，各个接口都按标准设计，以提高了PLC的开放性，使其能方便地与大系统连接。系统硬件部分采用51内核处理器，其为模块化设计，采用滤波、隔离电路，以降低成本。
软件采用Borland公司集成开发软件C++ Builder,通过集成平台对51内核处理器指令集进行解释、编译，使梯形图语言转换为能被51内核处理器识别的代码。PLC硬件系统框图如图2所示。
图2 可编程控制器系统框图
2系统硬件设计
USB通信部分选择Philips公司的PDIUSBDI2芯片作为系统的USB接口器件，片内集成了高性能USB接口电路、SIE. FIFO存储器、收发器以及电压调整器等，可与任何外部控制器或微处理器实现高速并行通信，其速率为2 Mb/s，完全能够满足设计所要求的数据传输谏度。
3、系统软件设计
系统编辑模块为用户提供编辑环境，接收用户的梯形图程序输入，并将其存储为相应的文件.梯形图语言为一种图形语言，要直接对其进行编译十分困难，因此并不是直接对梯形图程序进行编译，而是先将其翻译成指令语言的文本形式，再对指令语言进行编译.图形语言编译间题的解诀，提高了代码的利用率。通过提取数据结构中的数据，形成C语言程序文件，经过C51编译器、连接器、转换器的编译、连接、转换过程，生成能够在PLC硬件上运行的可执行文件。
4、用户界面
PLC用户界面是实现可编程人机交互的重要部分，它以梯形图语言的形式录入用户控制程序，以二进制形式通过串口下载到PLC硬件。PLC在进行逻辑运算之前，必须对外部信号进行采样，若要实现指令的功能，首先要设置外。在梯形图中的地址，系统才能够对用户程序中所使用的1/0地址与单片机的引脚地址相匹配。
5、 USB通信
当CPU处理前台任务时，USB的传输可在后台进行，后台中断服务程序和前台主程序循环之间的数据交换可以通过事件标志和数据缓冲区来实现。当PDIUSBD12从USB收到一个数据包，即对CPU产生一个中断请求，CPU立刻响应中断.在中断服务程序中，固件将数据包从PDIUSBD12内部缓冲区移到循环数据缓冲区，并将PDIUSBDI2的内部缓冲区清零，以便接收新的数据包，使CPU可以继续执行当前的前台任务直到完成。
三、结束语
本文在介绍了PLC国内外研究状况以及其市场需求后，完成了PLC集成开发系统的C51模块实现方案的设计，实现了PLC的基本逻辑指令，完成计算机与控制器的USB通信。开放式软PLC由于其卓越的性能、合理的价格，决定了其将有更广泛的应用领域。
参考文献
【1】徐世许.可编程序控制器原理、应用网络【M】.合肥:中国科学技术大学出版社，2000.
【2】邱公伟.可编程控制器网络通信及应用【M】.北京:清华大学出版社,2000.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】：开放式PLC、技术特点、设计
【 Abstract 】 : Developing PLC is a new type of industrial control based on PC products, it not only have the traditional PID adjustment, the PLC discrete control and the I/O control technology. This paper, from the analysis on the characteristics of open PLC technology, PLC technology and the tradition of open PLC technology are compared and the concrete of the open PLC design.
【 Key Words 】 : open PLC, technical characteristics, design
中图分类号：TG802 文献标识码：A 文章编号：
引言
开发式PLC可以提供强大的指令集，快速精确的程序扫描时间,可靠的执行动作以及连接各种I/O系统、设备和网络的开放式结构平台。
笔者就自己的一点经验，对开放式PLC与传统的PLC进行了对比，具体探讨开放式PLC的技术特点，并对开放式PLC做相关设计。
开放式PLC的特点探讨
1、开放式PLC的特点
开放式软PLC采用以太网作为连接智能控制模块的系统总线，内部和外部的数据通讯融和在一起，网络就是控制器。由于以太网技术及底层协议的集成，确保了控制的确定性和兼容性，避免了通讯的碰撞问题。开放式软PLC与传统PLC的结构如图1所示。
图1开放式PLC与传统PLC
开放式软PLC允许编程任务和线程不受限制，在梯形图被编译成中间代码后，编译器按性能标准和网络中各个任务被执行的特性来分配各个程序段，程序的执行和调试可并行执行。开放式软PLC的程序编制在梯形图中直接完成，允许面向全局的过程控制，不需通过一个程序完成转换，并且可以通过Internet直接将程序下载到执行器。
基于PC的开放式软PLC产品具有如下特点：
（1）提供更多的软元件。开放式软PLC可以提供更多功能的软元件；（2）具有更好的兼容性。例如当一台传统PLC的控制能力达到满负荷，不能满足系统的需要时，用户如果要进行系统扩展，就需要更换另一台层次更高的PLC。而现有PLC产品中，高一层次的PLC，往往需要更換另一种平台的不同应用程序，如三菱公司的F系列PLC升级到FX系列时，如果F系列中使用的指令ANB/，要想在FX系列PLC中继续使用，必须手工更换成ANB，这样既麻烦，又容易出错。而开放式软PLC是完全兼容的；（3）拥有更强的数据处理能力。传统PLC对浮点数、字符串的处理能力非常有限，且大多数PLC的专用功能模块比较昂贵，这种模块只有少数几家PLC厂家能够提供，其他厂家的许多PLC对浮点数、字符串的运算是不支持的。开放式软PLC由于是采用C, JAVA语言进行编程，而C, JAVA语言能够简单、高效地处理浮点数、字符串，因此软PLC在数据处理方面有着传统PLC无法比拟的优势；（4）提供功能更强的网络通信能力。传统PLC由于其硬、软件体系是封闭而非开放的，绝大多数PLC是专用总线、专用通信网络及协议，各公司的组态、寻址、语言结构不一致，这样使各种PLC互不兼容，从而给PLC及自动化仪表的互连通信带来不便，而开放式软PLC克服了这一局限，使不同厂家生产的仪表连人网络变得非常方便。
二、实例设计分析
以下根据具体实例说明PLC的设计特点及组成。
PLC硬件主要由中央处理器、存储器、输入输出接口等组成。
1、开放式可编程控制器
笔者设计的开放式PLC采用CPU+外围模块+接口的硬件结构构成，各个接口都按标准设计，以提高了PLC的开放性，使其能方便地与大系统连接。系统硬件部分采用51内核处理器，其为模块化设计，采用滤波、隔离电路，以降低成本。
软件采用Borland公司集成开发软件C++ Builder,通过集成平台对51内核处理器指令集进行解释、编译，使梯形图语言转换为能被51内核处理器识别的代码。PLC硬件系统框图如图2所示。
图2 可编程控制器系统框图
2系统硬件设计
USB通信部分选择Philips公司的PDIUSBDI2芯片作为系统的USB接口器件，片内集成了高性能USB接口电路、SIE. FIFO存储器、收发器以及电压调整器等，可与任何外部控制器或微处理器实现高速并行通信，其速率为2 Mb/s，完全能够满足设计所要求的数据传输谏度。
3、系统软件设计
系统编辑模块为用户提供编辑环境，接收用户的梯形图程序输入，并将其存储为相应的文件.梯形图语言为一种图形语言，要直接对其进行编译十分困难，因此并不是直接对梯形图程序进行编译，而是先将其翻译成指令语言的文本形式，再对指令语言进行编译.图形语言编译间题的解诀，提高了代码的利用率。通过提取数据结构中的数据，形成C语言程序文件，经过C51编译器、连接器、转换器的编译、连接、转换过程，生成能够在PLC硬件上运行的可执行文件。
4、用户界面
PLC用户界面是实现可编程人机交互的重要部分，它以梯形图语言的形式录入用户控制程序，以二进制形式通过串口下载到PLC硬件。PLC在进行逻辑运算之前，必须对外部信号进行采样，若要实现指令的功能，首先要设置外。在梯形图中的地址，系统才能够对用户程序中所使用的1/0地址与单片机的引脚地址相匹配。
5、 USB通信
当CPU处理前台任务时，USB的传输可在后台进行，后台中断服务程序和前台主程序循环之间的数据交换可以通过事件标志和数据缓冲区来实现。当PDIUSBD12从USB收到一个数据包，即对CPU产生一个中断请求，CPU立刻响应中断.在中断服务程序中，固件将数据包从PDIUSBD12内部缓冲区移到循环数据缓冲区，并将PDIUSBDI2的内部缓冲区清零，以便接收新的数据包，使CPU可以继续执行当前的前台任务直到完成。
三、结束语
本文在介绍了PLC国内外研究状况以及其市场需求后，完成了PLC集成开发系统的C51模块实现方案的设计，实现了PLC的基本逻辑指令，完成计算机与控制器的USB通信。开放式软PLC由于其卓越的性能、合理的价格，决定了其将有更广泛的应用领域。
参考文献
【1】徐世许.可编程序控制器原理、应用网络【M】.合肥:中国科学技术大学出版社，2000.
【2】邱公伟.可编程控制器网络通信及应用【M】.北京:清华大学出版社,2000.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。