西门子6ES214-1BD23-0XB8原装代理

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 随着计算机信息网络技术的飞速发展，以PLC为核心的工业控制系统也向着大规模、网络化方向发展。各PLC生产企业都开发有自己的网络产品，并不断增强其网络的联接能力。三菱公司的工业控制网络产品很丰富，可以构成各种档次的网络系统，以适用于各种层次的工业自动化网络的不同需求。其较具代表性的三种网络为：信息与管理层的以太网(Ethernet)、管理与控制层的局域令牌网(ELSECNET／H)、CC一bbbb开放式现场总线设备网。本文仅对CC—bbbb开放式现场总线设备网进行研究。

1 CC—bbbb网络的特点及功能
1．1 CC—bbbb网络的特点
    CC—bbbb(Control&Commbbbication bbbb，控制与通信链路系统)，是三菱电机新近推出的开放式现场总线，其数据容量大，通信速度多级可选择，而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC—bbbb是一个以设备层为主的网络，一般情况下，CC—bbbb整个一层网络可由1个主站和64个从站组成。网络中的主站由PLC担当，从站可以是远程I／O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。且可实现从CC—bbbb到AS—I总线的联接。CC—bbbb具有高速的速度，较高可达10 Mb／s。CC—bbbb的底层通信协议遵循RS 485，一般情况下，CC—bbbb主要采用广播一轮询的方式进行通信，CC—bbbb也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。
1．2 CC—bbbb网络的功能
    CC—bbbb网络具有完善的RAS(Reliability，A—vailability，Serviceability)功能。即自动返回、切断从站、通过链接继电器／寄存器的错误检测功能。

2 CC—bbbb总线通信
2．1 CC—bbbb的通信原理
    CC—bbbb的通信形式可分为2种方式：循环通讯和瞬时传送。循环通讯意味着不停地进行数据交换。各种类型的数据交换即远程输入RX，远程输出RY和远程寄存器RWr，RWw。一个从站可传递的数据容量依赖于所占据的虚拟站数。占据一个从站意味着适合32位RX和／或RY，并以每4个字进行重定向。如果一个装置占据两个虚拟站，那么它的数据容量就扩大了一倍。除了循环通信，CC—bbbb还提供主站、本地站及智能装置站之间传递信息的瞬时传送功能。信息从主站传递到从站，信息数据将以150 B为单位分割，并以每批150 B传递。若从从站传递到主站或其他从站，每批信息数据较大为34 B。瞬时传送需要由专用指令FROM／TO来完成，瞬时传送不会影响循环通信的时间。限于篇幅，本文只介绍了主站与远程设备站之间的通信关系，其通信关系如图1所示。主站与远程设备站之间的通信原理如下：
    (1)PLC系统电源接通时，PLC CPU中的网络参数传送到主站，CC—bbbb系统自动启动；
    (2)远程设备站的远程输入RX自动储存在主站的“远程输入RX”缓冲存储器中；
    (3)储存在“远程输入RX”缓冲存储器中的输入状态储存到用自动刷新参数设置的CPU软元件中；
    (4)用自动刷新参数设置的CPU软元件开／关数据存储在“远程输出RY”缓冲存储器中；
    (5)根据“远程输出RY”缓冲存储器中存储的输出状态，远程输出RY自动设定为开／关(每次链接扫描的时候)；
    (6)用自动刷新参数设置的CPU软元件的传送数据存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中；
    (7)存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中的数据自动送到每个远程设备站的远程寄存器RWw中；
    (8)远程设备站的远程寄存器RWr的数据自动存储在主站的“远程寄存器RWr”缓冲存储器中；
    (9)存储在“远程寄存器RWr”缓冲存储器中的远程设备站的远程寄存器RWr数据存储在用自动刷新参数设置的CPU软元件中。
2．2 CC—bbbb通信的初始化
    CC—bbbb通信的初始化实际上就是指CC—bbbb的网络参数设置。网络参数指：站的信息和站号。通信的初始化对于启动数据链接非常重要，CC—bbbb通信初始化设置方法只要在三菱GPPW编程软件的网络配置菜单中设置相应的网络参数，远程I／O信号就可自动刷新到CPU内存，还能自动设置CC—bbbb远程元件的初始参数。

控制系统设计4条生产线，图2只给出炉窖网络控制’系统中的1条生产线，其余3条从站的配置是相同的。为了提高整个控制系统的安全性以及可靠性，系统采用了双机冗余措施。在双主机系统中，二者处于对等地位，并且同时可以监测对方的运行情况以及网络的冲突侦听，并相互间传递心跳信息，一旦发现对方系统出现故障或者连接的网络故障，监测方立即接管测控任务，从而**了系统在任何时候系统主机的完整性和完好性，只要主机和网络安全，控制系统便会安全，实时性便可得到**。两台冗余主机的配置均采用Q系列CPU，CC—bbbb总线模块QJ61BTll，QJ71E71—100以太网模块，主机配置相同以**二者的相近似，满足系统相似性原理，对控制系统的安全性设计提供了保。
    从站采用Q02H CPU智能控制单元，主要作用是管理模拟量采集(A／D)模块、模拟量输出(D／A)模块、数字量输入(DI)／数字量输出(DO)的端口I／0操作以及计数定时模块的设定，并且将所采集的数据负责上传到主站，并从主站获得的控制参数下传到模拟量输出、数字量输出模块，控制相应的执行结构。A／D，D／A，DI／DO以及计数定时模块分别用于采集煅烧炉中的温度、给控制三相异步电机旋转的变频器提供O～10V控制信号源、控制电机的起停以及监测控制开关的状态、控制三相异步电机旋转的时间等。模块的选用为：模拟量采集：AJ65BT一64AD；模拟量输出：AJ65BT一64DAV；数字量输入／输出：AJ65BTB2—16DR；热电偶输入：AJ65TB一68TD；高速计数器：AJ65BT—D62。
    为了将系统集成为具有测量、控制、管理功能于一体的测控系统，在车间级的Intranet中集成了生产在线数据库以及控制参数与工艺数据库服务器，生产在线数据库服务器主要用于管理当日当班的人员、计划调度以及生产完成情况，工艺数据库服务器主要用于记录生产工艺参数、重要工段以及重要设备的定时抽检数据、故障几率等，便于了生产管理。

3．2 网络控制系统的功能
    (1)整个网络监控系统采用CC—bbbb现场总线，可高速地将现场数据传至主站进行管理。

    (2)上位机(PC)将操作指令通过从站1CPU传送给受令执行单元执行操作，远程执行单元将工作状态通过从站CPU传送给上位机(PC)。上位机(PC)将车间中所有控制的工作状态(开、关、报警)信息显示出来供操作人员监控。上位机(PC)接到报警和停线信息立即打印故障信息并计时、统计停线时间，并通过声卡驱动音箱进行语音提示。
    (3)主站和从站采用三菱Q系列CPU负责CC—bbbb网络的管理，以及将数据送到上位机(PC)进行分析和将中控室发出的指令送至现场从站。
    (4)为**系统内大量的，每一条生产线的参数采集和控制由一台CC—bbbb从站完成。所有测控参数测量值通过CC—bbbb与从站通信。

 嵌入式软PLC的总体结构
    嵌入式软PLC与嵌入式系统共享一个CPU，PLC和嵌入式系统之间没有多余的导线连接，增加了系统的可靠性，易于实现许多高级功能。PLC中的信息也能通过嵌入式系统的显示屏显示，通过嵌入式系统的编辑键可方便地对PLC进行编辑操作。
1．1 嵌入式软PLC的硬件结构
    外部输入的开关量经过光电隔离后连接到FPGA的I／O口，通过FPGA地址译码，FPGA通过数据地址总线与CPU相连。这样CPU就可以通过数据地址总线获得和设置输入量的工作状态，

1．2 嵌入式软PLC的软件结构
    嵌入式软PLC程序包括两类：一类是编辑状态，实现PLC程序的输入和编译功能；另一类是面向生产过程的应用程序。系统软件结构由4部分组成，分别是编辑模块、编译模块、执行模块和监控模块。

2 系统关键组成部分的设计与实现
2．1 梯形图编辑器
    Qt／bbbbbded是*的Qt库开发商Trolltech推出的面向嵌入式系统的Qt版本。Qt／bbbbbded具有可移植性强和支持跨平台开发等优点。本系统采用Qt编写界面，梯形图编辑器的界面如图3所示。
2．1．1 梯形图的数据结构设计
    梯形图编辑具有方便、逻辑直观的特点，梯形图编辑器借助于梯形图的内部数据结构来实现显示、插入、删除、代码转化等功能。
    PLC语言中，各种元素包括单个节点(如常开触点、常闭触点等)和逻辑块(如与逻辑块、或逻辑块)，它们都含有相同的操作，如插入、删除、绘图等。可以把组成梯级的各个逻辑块看成组成梯级的各个部分，把组成逻辑块的子逻辑块和单个节点看成是组成逻辑块的各个部分，符合“部分一整体”的层次结构。可以采用面向对象的设计思想，使用composite模式递归地创建树状结构。使用组合结构，能够把相同的操作应用在组合和个别的对象上。大多数情况下，可以忽略对象组合和个别对象之间的差别，简化程序代码，增强了软件的可维护性。

LadderElement是一个抽象类，为组合对象的接口。代表梯形图语言的任何一个图形元素，它既可以代表元件又可以代表逻辑块，在适当的情况下可以实现所有类共同的缺省行为，如绘图和代码转换等；LadderCell为所有元件类(如常开触点、常闭触点、输出、置位、复位)的基类；LadderBlock为所有逻辑块(如与逻辑块类、或逻辑块类等)的基类。

  此外，为了能够方便地进行绘图和编辑，引入了一个空元件类。它的作用是梯形图中的水平连接线，实现方法是继承LadderCell类，重新实现成员函数Draw()来画一条水平的线段。
2．1．2 编辑功能的设计与实现

  将屏幕分割成一定数目的小的区域，并创建含有相同数目的二维数组。当绘制元件时，将元件、元件所在的逻辑块和元件所在的梯级指针保存到数组中，通过光标在屏幕上的坐标可以获得二维数组的下标，从而可以获得光标所在的元件、逻辑块和梯级在内存中与之相对应的对象。
    梯形图的编辑通过改变其在内存中的数据结构来实现，在数据结构被改变后，重新绘图。对梯形图的编辑包括：插入元件、插入分支、插入梯级、删除元件和删除梯级等。篇幅所限只作简要介绍。
    删除元件：删除LadderBlock中的一个元件Ladder一Cell(A)后，如果LadderBlock中只剩下一个LadderCell(B)时，LadderCell(B)取代LadderBlock的位置，插入到LadderBlock的父LadderBlock中；如果LadderBlock中只剩下一个LadderBlock(B)，则将LadderBlock(B)的所有LadderElement插入到LadderBlock的父LadderBlock中。

 插入分支：通过光标在屏幕上两次选择分支的起始和结束位置，这两个位置必须属于同一个AndBlock(A)。起始和结束位置选择后，将两个位置间的LadderElement作为分支构成一个AndBlock(B)并计算出AndBlock(B)所占的列数n，然后新建一个表示插入分支的AndBlock(C)，AndBlock(C)中插入n个空元件。建一个OrBlock并将AndBlock(B)和AndBlock(C)插入到0rBlock中。OrBlock即表示插入分支后的或逻辑块。OrBlock取代两次选中之间的元素在它们的父逻辑块中的位置，然后根据修改后的数据结构画图得到插入分支后的梯形图。

2．2 指令表编译器的设计与实现
    实现对PLC编程语言的、可靠的编译，是研制开发嵌入式PLC系统的一项关键性任务。传统的开发方法是用高级语言自行开发专用的PLC指令编译器，需要对每个程序字和程序规则编写识别和相应的处理程序，工作量大、开发周期长，容易产生疏漏，可维护性很差。为了提高软件的开发效率，**软件质量，增强软件的可维护性，采用通用编译工具Lex8LYacc开发PLC指令编译器。
2．2．1 Lex&Yacc简介
    Lex 8L Yacc是美国贝尔实验室用C语言研制的词法分析程序和语法分析程序的自动生成工具，是目前使用较广泛的编译软件之一。Lex是词法分析程序生成器，Yacc是语法分析程序生成器。它们可以根据用户提供的词法、语法规范文件，自动转化为多种高级语言源代码，如C或C++等。
2．2．2 编译器总体结构
    所谓“遍”，是对源程序或其等价的中间语言程序从头到尾扫描并完成规定任务的过程。本系统的编译过程包含三遍，分别进行词法分析、语法分析和代码转换。
2．2．3 词法分析器设计
    指令表源程序可以简单地被看成一个多行的字符串。词法分析器从上到下、从左到右逐个字符地对源程序进行扫描，产生一个个单词符号，把字符串的源程序改造成为单词符号串的中间程序，用于随后的语法分析。
    本系统的词法分析器有两种工作状态：一是从头到尾对源程序进行扫描，检查出所有的词法错误；二是当没有词法错误时，从头到尾对源程序进行扫描，将识别出的单词符号输入给语法器。
2．2．4 语法分析器设计
    (1)PLC指令表语言的语法描述
    分析PLC指令程序结构，提取隐藏在指令代码中的结构信息，这种信息中往往会有操作指令被隐含地表达出来。例如：指令OR／0RB与梯形图中的并联结构对应，而AND／ANB则与梯形图中的串联结构对应。

 按照yacc的语法规则，对应于巴科斯范式描述写出yacc源程序后，用“yacc-dv plcil．y”指令转换成语法分析器的C语言源程序yyparse。
    (2)将PLC指令表转换为二进制代码
    PLC指令表源程序的二进制文件格式为：每条指令的二进制编码占32位，操作符的编码与元件编码相加作为目标代码的高16位，低16位为元件的编号。例如，操作符LD的编码为0xFF00，元件X的编码为Ox01，指令LD X1的编码为0xFF010001。
    指令表编译器的代码转换功能由yacc源程序规则的动作部分来实现。当语法分析器识别出一条完整的指令时，就将其对应的二进制代码保存到文件中。
    (3)将PLC指令表转换为树形结构
    Yacc语法分析程序通过寻找可以匹配目前为止所看到的标记的规则来工作。Yacc处理语法分析程序时创建了一组状态，每个状态都反映一个或多个部分地被分析的规则中的一个可能的位置。当语法分析程序读取标记时，每次它读取一个没完成规则的标记，就把它压入内部堆栈中并切换到一种反映它刚刚读取的标记的新状态。这个动作称为移进(shift)。当它发现组成某条规则右侧的全部符号时，它就把右侧符号弹出堆栈，而将左侧符号压入堆栈中，并且切换到反映堆栈上新符号的新状态。这个动作成为规约(reduction)。当yacc规约规则时，它都执行与这条规则有关的用户代码。
    利用堆栈的思想实现指令表语言向梯形图树形结构的转换。自定义一个栈Stack，可以压入和弹出指向Lad—derElement类型的对象的指针。在进行代码转换时，栈Stack动作与语法分析栈的动作不同。当yacc解析到如LD／LD1、AND／ANI等含有元件的指令语句时，将这些指令中的元件入栈(如上述代码中的B、C行)，逻辑块的构造在其对应的语法规则的动作部分实现。

3 小 结
    嵌入式软PLC较**的特点是，借助于嵌入式系统的硬件平台用软件的方法实现标准PLC的功能，代替专用控制器，结构开放，开发、，具有良好的应用前景。虽然文中PLC指令采用的是日本三菱公司FX2N可编程控制器系列指令，但是只需稍作修改即可用于其他厂商的产品。目前该嵌入式软PLC已成功应用于数控铣床中，完全满足控制要求

  PLC即为英文ProgrammablelogicController的简称，中文又称可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入或输出控制各种类型的机械或生产过程。该种技术是计算机技术与继电接触控制技术相互结合的产物，其解决了传统控制系统内接线复杂、可靠性低、耗能高以及灵活性较差等缺点，因此近年来被广泛应用于电气自动化中。
    PLC反应快。由于PLC控制系统用内部已定义的辅助继电器替换了传统的机械触电继电器,并去掉了原来的连接导线而代之以内部逻辑关系,因此,该类继电器的节点变位时间可以近似的认为为零,*考虑传统继电器的返回系数;可靠性强。该种控制系统的抗干扰能力远远**传统继电器技术,能够适合于较为复杂的工业环境;操作简单。该种控制技术采用简单的指令形式,往往采用些形象、直观的简单程序来适应现场操作人员往往参差不齐的电气专业技术。
    较新发展动态
    一、PLC向网络化技术发展。其中有两个趋势，一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分。另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线，同轴电缆，光缆）连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置更灵活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。
    二、PLC向高性能小型化发展。PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-ON系列PLC，较小的机种，体积仅为60×90×70mm2，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算，PID调节，温度控制，精确定位，步进驱动，报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别已经越来越小了。用PLC同样可以构成一个过程控制系统。  
    预测发展前景
    一、增强抗干扰性。如生产环境过于恶劣，或是电磁干扰异常强烈则也可造成PLC控制系统的运算或是控制错误，导致在某些生产环节出现错误而不能**正常的生产运行，因此，提高PLC的可靠性是其未来发展的主要方向，其一方面要提高抗干扰能力同时在设计、安装以及使用过程中引起重视，尽量减少对其造成负面影响。
    二、进一步网络化、数字化。目前用于火电系统控制系统的DCS虽技术日益成熟但近年来其发展日趋缓慢，PLC的产生及发展使其与DCS相互吸收彼此特点，逐步同化，并逐步发展成为新的控制系统——FCS系统，其既保留了原来系统的特性又实现了工业自动化技术的发展，并使数字化、智能化控制得到进一步的发展和应用，因此其近年来在火电厂的应用日益广泛。  PLC产品还可以用于离散、制程和混合式自动化产品领域，并在各个制造行业保持稳固增长。基于对更高自动化程度和更高能效的需要，制造业会越来越多地应用PLC。在制造过程中，以较低生产设备生命周期成本来实现适应性和灵活性的日益增加的需求，给PLC的创新与发展提供了不竭的动力。一些新兴行业的运用以及新能源产生、储存和基础设施建设的需要，无疑给PLC带来了巨大的机遇。
    为能够更广泛的适应未来各种工业生产过程中控制场所的需要，PLC控制系统作为自动化控制网络和通用网络的重要部分其产品将会更加丰富，规格也会更加齐全，并将在人类电气自动化发展过程中发挥更加广泛的作用。有的初学者在理论上花了很多功夫，结果半年下来还是没有把PLC搞懂，其实他们只是缺少了一些PLC的实践经验，只要再进行一些实际的梯形图编写、程序下载、调试等操作，增加对PLC的感性认识，很快就可以掌握PLC这项技术了。开始阶段可以先学习一种品牌的PLC，因为所有的PLC原理都是差不多的，掌握了一种PLC其它的只要翻阅一下手册也就能上手使用了。
初学时可以编一些简单的梯形图，如触点的与、或、输出等，在PLC的机器里运行一下。成功了就会增加你学习的兴趣、和信心。然后再把PLC的主要功能逐个运用一次，比如高速计数器，你可以用PLC本身的脉冲输出端接到高速计数器的输入端，下载编好的梯形图，打开变量观察窗口，运行程序，观察计数的值是否正确。经过了这样的实践，你基本上知道PLC到底能做哪些事情了，在实际的工控应用中就能做到胸有成竹了。
1．学习PLC的理由
PLC控制是当今自动化控制的主流，目前自动化机台控制大多采用PLC控制，只要是从事自动化的人员，就必须要会使用PLC，否则入不了自动化控制的门，被自动化行业淘汰。为此不得不学习PLC。
2．方法
a．有条件的较好去买台PLC用来实践；
b．PLC技术是一门实践性非常强的技术，如果你想学好，那么你就必须去实践它。编程就像是一位习武之人，如果只是整天坐在家中看拳谱，不出门练武的话，那么就是一本再厉害的武林密集，再长的时间他的功力也不会提高。学习PLC也是同样的道理，光看书是没有用的，一本PLC书您就是看了十遍以后您还是不会用，学过编程(不管什么语言)的都知道。
c．在学习PLC书本知识的过程中，肯定会对许多指令不是很了解，如果您没有一一解决的话，那么这将是您学习PLC的较大障碍。因此进行实际应用，逐一攻破，这样，你的PLC知识不但会学得牢固，而且在学习的过程中你掌握了实际使用。
d．在学习PLC有了一定的基础之后，可以自己独立编写一段自己设计的程式，然后传送到PLC中去运行程式。再经过不断的修改，调试，最后运行成功，这样你的兴趣会大增，达到满意的效果。
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