西门子6ES223-1BL22-0XA8正品销售

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软PLC体系结构编辑系统运行系统

随着控制技术向智能化、分散化，网络化以及开放式控制发展，传统的PLC技术渐渐暴露出其不足之处，主要表现在其技术封闭，各个生产厂商的PLC产品互不兼容，各类PLC的编程语言差别较大。同时，其技术为少数几家生产厂家所，价格昂贵，所有这些因素都制约着PLC的快速发展。PC-Based控制技术的发展，以及工业控制领域的IEC 61131国际标准的推出和实施，在工业PC上以软件技术实现硬PLC的功能，能够解决传统PLC应用所存在的不足。.

1软PLC应用技术简介

1.1软PLC产生的背景及其技术优点

软PLC控制技术也称软逻辑(Soft logic)和基于PC的控制技术。软PLC采用开放式体系结构，具有良好的网络通讯能力，能够完成比较复杂的控制任务可以满足和实现当前和今后工业自动化领域控制系统开放性和柔性的要求。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 61 131-3的制定和推广应用，在工业PC上以软件技术实现硬PLC的功能，即软PLC技术，成为一项新兴的技术。

与传统PLC相比，SoftPLC技术具有符合现代工业控制技术的许多优点：(1)具有开放的体系结构。(2)遵循国际工业标准和事实上的工业标准，如IEC61131-3标准和IEC 61491标准。(3)能充分利用PC机的资源，如大容量的内存、高速CPU及其它硬件。(4)具有更强的数据处理能力。(5)具有友好的人机界面，便于操作。(6)具有强大的网络通讯功能。(7)能够执行比较复杂的控制算法。(8)节约成本和培训费用。

1.2 IEC 61131—3国际标准对软PLC应用技术的影响

IEC 61 131标准是有关可编程序控制器的硬件、安装、试验、编程、通讯等方面的国际标准。它共分5个部分，IEC 61 13卜3是有关编程的标准。该标准共规定了5种编程语言，其中3种是图形化语言，另两种是文本化语言。图形化语言有梯形图LD(LadderDiagram)，顺序功能图SFC(Sequential FunctionChart)，功能块图FBD(Function Block Diagram)。文本化语言有指令表IL(Instruction List)和l结构文本ST(Structured Text)。

以往各个生产厂家的产品不仅硬件各异，其软件编程也是五花Afq。用户每使用一种PLC时，不仅要重新熟悉其硬件结构，也必须重新学习软件编程的方法和规定。因此，用户对软件编程标准化的呼声很高。为此，国际电工**(IEC)于1993年发公布了有关可编程序控制器标准化编程的IEC 611 3 1—3标准。IEC 61131-3标准为研发基于PC平台的软PLC提供了规范的国际标准。

1.3软PLC的发展现状

目前，国外许多工业控制系统开发商都在发展基于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 In—ternational公司的ISaGRAF，德国KW公司的MULTIPROG BECK—HOFF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Wi在国内得到了广泛的应用。

目前国内在这方面也开展了部分基础技术研究工作，但起步较晚，至今尚未有成熟的产品出现。

2软PLC控制系统的体系结构及工作原理

2.1体系结构

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PC平台，所以两者之间的通信可以采用动态连接库(DLL)函数的方法实现数据交换。

2.2编程系统

软PLC编程系统实际上就是带有调试和编译功能的PLC编程器，此部分具备如下功能：(1)编程语言标准化，遵循1EC 61 131-3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。(2)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。(3)开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块;(4)运行，实时在线监控，在线修改程序和编译;(5)强大的网络功能，支持基于TCP/IP网络，通过网络实现PLC远程监控，远程程序修改。

2.3运行系统

这一部分是软PLC的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。通常由I/O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。

1)I/O接口：可与任何I/O系统通信，包括本地I/O系统和远程I/O系统，远程I/O主要通过现场总线InterBus、ProfiBus、CAN等实现。

2)通信接口：通过此接口使运行系统可以和编程系统软件按照各种协议进行通信，如下载PLC程序或进行数据交换。

3)系统管理器：处理不同任务和协调程序的执行，并且从I/0映像读写变量。

4)错误管理器：检测和处理错误。

2.4软PLC的工作原理

右边是IEC 611 31—3标准的编程环境;中间是bbbbbbs NT运行环境;左边是现场设备，采集上来的现场输入信号被软PLC运行系统处理，由软PLC编程系统编写的应用程序也被软PLC运行系统解释执行，最后将处理后的信号输出到本地(或远程)控制现场，驱动现场设备正常运转。

3基于Pc平台的软PLC控制系统的实现

3.1软PLC控制系统实现方案的探讨

根据软PLC运行的硬件平台的不同，其控制功能的实现方案有以下三种：

(1)基于I制方案

在这种控制应用方案中，系统的软件平台可以采用bbbbbbs NT，bbbbbbs CE或Linux等，通用I/O板卡和I/O接线端子板(或现场总线卡、现场总线以及远程I/O模块)负责与工业控制现场打交道。采集上来的输入信号被软PLC运行系统处理，软PLC编程系统(编程器)编写的控制应用程序也被软PLC运行系统解释执行，最后将处理后的信号输出到本地(或远程)控制现场完成相应的本地控制(或远程控制)功能。

(2)基于嵌入式控制器或智能控制器的控制方案

嵌入式控制器是一个**小型计算机系统，一般没有显示器，其软件平台是嵌入式操作系统(3女llbbbbbbsCE)。在这种控制方案中，软PLC运行系统可以作为一个固件被安装到嵌入式控制器中，编程系统编写的应用程序通过RS232或TCP/IP协议下载到此控制器中，因此整个系统就如同一个黑盒子运行并完成*的控制功能。

(3)基于传统PLC的控制方案

在这种方案中，传统PLC将只作为一个硬件系统平台，将软PLC运行系统安装到此传统PLC硬件中，然后将开发系统编写的PLC应用程序下载到此硬件系统并运行，即可实现PLC的控制功能。

基于工业PC的软PLC控制系统能够充分地利用PC机丰富的软、硬件资源，操作简单，成本较低，易于构建现场总线控制系统和网络控制系统。这种控制系统在工厂综合自动化系统以及工业企业管控一体化等领域有较广范的应用，本课题依据**种方案实现基于PC平台的软PLC控制系统。

3.2编程系统的设计

在PLC系统中，为用户提供一个良好的软件开发调试环境是软P L C研究的重点。为此，需要进行了重点开发。该平台采用普通个人计算机作为基本编程工具，编程语言遵循IEC 61131-3，并选择其中较常用的LD(梯形图语言)、IL(指令语言)和较灵活的ST(结构文本语言)3种语言同时作为用户程序开发语言。设计用户软件集成开发环境较主要的目的是为PLC系统提供一个直观、方便、的用户程序开发平台。该平台的主要是完成对LD、IL和ST等3种PLC语言的编辑、编译、调试。

编程系统主要包括以下七大模块：

(1)编辑模块：主要为LD、IL和ST等3种PLC语言提供一个程序编辑环境，接受用户的输入、编译。(2)、(3)编译、连接模块：用于将LD、IL和ST等3种语言写成的用户程序分别进行编译生成目标代码，再将其生成可执行文件。(4)调试模块：调试模块用于对用户程序中可能存在的语法错误，非法输人等进行定位、提示，以方便用户修改同时提供联机调试。(5)通信模块：用于负责编辑系统与运行系统的通讯。(6)项目管理模块：主要用于管理和归档所有数据，包括用户编辑的源程序、编译生成的代码(中间码、目标码、可执行文件)、程序库(标准功能函数、通信功能函数、用户自定义函数)以及在线信息(PLC硬件的配置信息、在线测试的附加信息等)。(7)模块：用于运行对用户编制的程序进布完整的连续。

3、3运行系统的设计

运行系统的主要功能有三个：(1)与编程系统的通信;(2)目标代码的执行;(3)各种I/O硬件的驱动。为了便于软件的日后维护和升级，将运行系统和编程系统分开，以便于移植到不同的硬件平台。软PLC运行系统虚拟机是运行系统的核心，也是整个软PLC系统的核心它一方面面负责处理操作系统的服务请求，另一方面对应用程序进行管理和执行。程序执行时，首先为应用程序分配内存，将程序加载到分配好的内存里，然后在虚拟机中解释并执行编程系统下载的目标代码。设计的运行系统虚拟机支持IEC 61131-3标准规定的100余种函数、功能块和操作符。使用虚拟机技术，可以方便地将运行系统移植到不同的硬件平台。运行系统的I/O驱动模块直接驱动具体的硬件。

4软PLC在工业生产应用中，应该解决的关键性技术问题

4.1软PLC应用工业生产中需要解决一些重要的问题，其中主要有：

(1)以PC为基础的控制引擎的实时性问题。软PLC可以选择的操作系统是bbbbbbs NT，微软发布的bbbbbbs NT系统是可靠性较高的编辑开发平台，非常适合软实时控制，它并不是一个硬实时的操作系统。

另外，bbbbbbs CE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。

(2)设备的可靠性：即能在高温、震动、温差大、多灰尘等恶劣环境下保持正常工作。只有以上关键技术得到解决后，软PLC才能真正用于工业控制领域。

4.2应用前景展望

软PLC采用开放式体系结构，具有良好的网络通讯能力，能够完成比较复杂的控制任务，可以满足和实现当前和今后工业自动化领域控制系统开放性和柔性的要求，为将来工业自动化向更高层次的集成提供了可靠的技术**。软PLC克服了传统硬PLC的诸多缺点，应用于工业控制后，将会大大提高企业的自动化水平和生产效率。基于此，可以预见软PLC技术将有广阔的应用前景

PLC具有可靠性高，系统设计灵活，编程简单，易于安装，抗干扰能力强等优点，但单独的PLC不能提供良好的人机界面和数据处理能力。在实际应用中，往往需要将一组PLC的数据存储、显示和打印出来并对PLC进行实时的监控，应用工业监控组态软件可以解决此类问题。当系统不是很大时，也可以采用VC等工具自己开发出上位机监控通信软件，相对于专业监控组态软件，它具有灵活、小巧、等优点。正是基于现场的应用实际，使用VC开发出了一套满足现场需要的数据管理软件系统。

l 现场需求描述

车间有10台单独的试验台(由OMRON CJlG-HPLC和触摸屏组成)，负责检验4种类型制动阀产品的性能参数，并存入各自的DM，EM存储区中，现要求用一台工控机将各台PLC内的数据采集进去，实现产品信息的集中管理，可以灵活地查询、修改、添加、导出所有的产品信息，并能打印出各种*格式的产品记录单和汇总单;同时需要对PLC工作状态进行监视。

2 系统的硬件构成

该系统的硬件由1台上位机(工控机)，11个RS 232/RS 485转换模块(该系统选用1个FS-485G模块(需外接电源)连接工控机，10个UT-201型连接PLC)，10根CJIG-H自由口到RS 232的转换电缆(该系统选用FS-CN26)，10台CJIG-H PL及若干双绞线组成，

自动将现场10台试验台的紧急阀和主阀信息存人数据库;较实时地监视工控机与各试验台的通信状态和通信内容;并可设置COM口;配置待通信的试验台;编排试验员姓名与其编号的对应序列。

该系统采用Host bbbb通信协议，上位机与PLC组成1：N的Host bbbb通信系统。Host bbbb采用总线式通信方式，通信的主动权在上位机一方，上位机启动通信;首先向PLC发出FINS命令，PLC收到后会自动识别并加以执行，然后将执行结果返回上位机，上位机以帧的形式发送命令(命令码)，PLC也以帧的形式回送执行结果(响应码)。在通信时，PLC与上位机的通信参数(如节点地址、通信波特率、数据格式)应设为一致。上位机的通信设置在对应的VC编写的程序中进行，PLC的通信设置在其对应的系统设定区进行。FINS命令具体格式可在OMRON CJCS通信手册中查找。

3.1.3 上位机的通信编程

上位机通过串口与PLC相连，故使用VC的串口通信控件 MSComm，完成对串口的读写工作。在使用Mscomm控件进行读写前，必须先初始化该控件的一些属性，

该程序中使用事件驱动(Event-driven)的方法来接收数据，当串口接收缓冲区中有字符到达时，MsComm控件的Oncomm事件处理函数捕获到相关的通信事件，并被自动调用，在OnComm函数中加入自己的处理代码，即可把PLC中传来的数据进行处理、存储等;通过MSComm控件的SetRThreshold函数设置产生OnComm事件之前要接收的字符数，在OnComm函数中用Switch语句，即可实现对不同的响应码的不同处理。

通过定时函数和循环控制函数，周期地依次向各个PLC发送读写PLC的FINs命令码，再在OnComm函数中加入对不同PLC响应码的处理函数，就可实时地完成对PLC数据的采集。同时根据响应码的内容监视PLC的运行状态。PLC自动将检验的产品性能数据连续存入D存储区中，当存储区满时自动从头循环覆盖存放，上位机定时将PLC的D存储区的产品数据读入、处理并存人数据库。该系统中上位机1 min内可依次读完10台PLC的各自1条产品性能信息，而PLC检验完1个产品需15 min左右，故可满足相对的实时性。为保证上位机完整且不重复地读取PLC的所有产品性能数据，在各台PLC中对每种产品都定义了A，B两个存储单元，A单元存放上位机读取过的最后一条信息地址，当上位机每读完1条信息，就由上位机对此单元的内容更新;B单元存放较新的产品信息存放地址，当PLC每产生1条新信息时，就由PLC更改该单元内容;上位机在读取产品信息前，先对比A，B单元的内容，决定是否进行数据读取和读取哪个地址的数据。这样即使上位机与PLC断开一定时间后，当重新连接上，也可将以前没读到的信息读入。

在上位机中向PLC发送命令码时，必须加相应的FCS校验码。该校验码是8位的二进制数转换成的2位ASCII字符。这8位数据是将1帧中校验码前所有字符的ASCII码按位连续异或的，转换为字符时，按照2位16进制数转换成对应的数字字符。同时，当接收到PLC自动发回的响应码时，为确保接收数据的正确性，也必须用响应码中的FCS进行校验。

设置COM口、配置试验台、编排试验员的实现程序还需有以下功能：设置通信的COM口;配置实验台，根据PLC的工作状态，选择需进行通信的PLC;编排试验员，由于PLC中存放的是试验人员的工号，故需在程序中建立一张表将工号对应为姓名，再将该姓名存入数据库。

以上功能的实现，是通过在程序中写配置文件，将配置信息存入硬盘，程序启动时再从硬盘读取相应的配置信息。VC中用GetPrivateProfileInt和WritePri-vateProfilebbbbbb函数实现配置文件的读写。

3.2 查询打印部分的实现

用户登陆后，可对从PLC中采集到数据库中的数据进行查询、打印、删除、修改、备份，并将数据导出到EXCEL等，系统管理员可对一般用户进行相应的管理。

该系统中VC通过ADO访问数据库，ADO是较新的数据库访问技术，由3个主要对象Connection，Command，Recordset和几个辅助对象组成。Con-nection对象提供OLE/DB数据源和对话对象之间的关联;Command对象封装了数据源可以解释的命令;Recordset用于表示从数据源中返回的表格数据;为了方便地在程序中访问数据库，需要进行适当的封装，该系统中定义了一个类ADOConn封装了对数据库的基本操作，在此后的数据库访问中可以方便地用ADOConn类的对象进行操作。

利用SQL Servet 2000的企业管理器，在数据库中为PLC上的各种产品的检验报告各建立一张表，以存储PLC上传来的各项信息，此外还需建立一张用户表来管理用户的帐号和密码。然后在VC程序中对每张表定义一个类，类的成员变量对应表的列，类的成员函数是对成员变量和表的操作，以方便程序对这些表的操作。

3.2.2 各功能在VC中的实现

查询、修改、添加功能是在连接上数据库后通过执行相应的delete，insert，update语句来实现的;可在SQL Server2000的企业管理企中设置备份调度来实现备份，也可在程序中写BACKUP DATABASE命令来实现备份;VC中实现数据库数据与Excel表格数据的互导，可以充分利用Exeel处理数据的强大功能，增强程序的数据处理能力和与外部数据的交互性，程序中采用这种方式来导出产品数据汇总表，以便存档、复制和打印，具体的实现代码较长，读者可参照相关VC资料来实现。

VC中实现打印功能的方法有：将数据导入到Excel，World中进行打印;安装第三方的打印控件(如水晶报表)实现;若是基于单/多文档的程序可通过其封装的打印功能实现。该系统中，通过将数据导入到Excel中的方式来打印汇总表，而各个产品的报告单则通过编写基于对话框的打印程序来打印，其方法是通过CPrintDialog类的GetPrinterDC函数得到打印机的设备环境，再通过CDC类的StartDoc，DrawText，Selec-tbbbbbb等函数绘制打印的图表并打印输出。系统中用CDC类的开始打印新页函数StartPage和结束当前打印页函数EndPage来实现连续打印多张报告单。

CP 343-1通讯处理器是用于SIMATIC S7-300通讯处理器。分担CPU的通讯任务并允许其它连接。

S7-300通过CP 343-1可与编程器、计算机、人机界面装置，其他SIMATICS7系统以及SIMATIC S5可编程序制器进行通讯：

CP 343-1通讯处理器安装在S7-300的DIN标准导轨上，可也可在扩展机架上安装，通过总线连接器与相邻模块相连接，没有插槽规则。

15针D形插座用于连接工业以太网；4针端子排用于连接外部24伏直流电源；RJ45插座用于进行工业以太网的快速连接。

CP 343-1在工业以太网上独立处理数据通信。该模块有其自身的处理器。使用ISO传输协议,TCP传输协议,UDP传输协议。并以多重协议方式实现PG／OP通讯,S5兼容通讯等通讯服务。通过ISO传输连接的数据通讯接口较多可传输8千字节的数据。

在STEP7系统下的网络的不同形式：

1    1个子网（subnet）-1个项目(project)
 
2    SIMATIC S5与其他站在一个子网内
 
3     2个或多个子网（subnet）-1个项目(project)
 
4    1个子网（subnet）-多个项目(project)
 
5    多个子网（subnet）-多个项目(project)
 
6    子网（subnet）间的连接（ISO-on-TCP）
 

CP-SEND（发送块）和CP-RECV（接收块）结构

CP-RECV（接收块）各端子参数的类型及功能

CP-SEND（发送块）各端子参数的类型及功能