西门子6ES7231-7PC22-0XA0产品

西门子6ES7231-7PC22-0XA0产品

由中国机电一体化技术应用协会和PLCopen中国组织联合主办的PLC技术发展及IEC61131-3标准研讨会在北京成功举办。

    PLCopen组织执行EelcovanderWarl、PLCopen中国组织彭瑜，德国倍福、罗克韦尔自动化、德国科维软件等相关单位负责人、企业代表参加了研讨会。

    研讨会上，与会们就PLC和IEC61131-3技术发展及未来发展趋势作了深入的探讨。

    PLCopen组织执行EelcovanderWarl介绍了IEC61131-3标准及其推进情况。IEC61131-3标准是工业控制编程语言标准，在工业控制领域中产生了重要的影响，被越来越多的制造商和客户所接受，并且成为DCS、PLC、FCS、IPC、CNC、以及SA的编程系统事实上的标准。该标准为PLC软件技术的发展，乃至整个工业控制软件技术的发展，起到了举足轻重的推动作用。

    随着数字化、信息化、智能化在世界各个领域的蓬勃发展，工业和民用、生产及消费等各个领域对自动化元件、单机、装置、系统的需求量不断增加，对PLC功能和技术的要求也越来越高。PLC正不断采用其他新技术来应对市场份额逐渐缩小所带来的冲击。

    研讨会上，PLCopen中国组织彭瑜表示，随着IEC61131-3标准被广泛接受，经济竞争环境日益严峻，而工业控制软件的开发成本和工程成本日益上升的形势下，制造业希望能在不同的软件开发环境之间交换其程序、函数/功能块库和工程项目的需求越发高涨。PLC系统采用FDT/DTM引入资产设备管理功能，将系统中所有仪表设备或设备的数据和功能无缝地为整个自动化系统所利用。

    来自德国倍福北京分公司技术主管王宁强介绍了基于IEC61131-3标准的TWINCAT控制系统。该系统是基于综合自动控制软件包，包含开发工具和运行实时核，可应用于顺序控制、运动控制和技术功能，适用于不同的硬件平台，支持所有IEC61131-3语言（IL、ST、FBD、LD、SFC）。

    随后，罗克韦尔自动化产品经理王广野介绍了罗克韦尔自动化PAC及其编程语言的新进展。德国科维软件有限公司梁恩泉讲述了如何快速开发基于IEC61131-3的控制器。

    PLC的竞争系统之一：现场总线" target=bbbbbb>现场总线

    现场总线基金会认识到，为控制目的的一个包含数字化的模拟量信号传输的开放标准要在大量的系统开发出来之前制订出来。经过深入调查、分析和对目标的多次修订，与ISA和IEC联合开发了现场总线的标准SP50，也成为FF总线。

    SP50虽然工作得不错，但这是因为它是除了几个广泛应用的标准之外的开放标准，也因为行业对开放的现场总线有强烈的呼唤。有些网络对SP50是有挑战性的，因为它们早在SP50面世之前就已经有大量的安装应用的基础，这些包括AB的CONTROLNET，西门子的Profibus，还有一些名气没这么大的公司开发的网络。PLC自有的现场网络已经有足够的安装基础，用户可能只希望简单地对它们进行升级和维护，或者进行改进，而不愿换为SP50的兼容产品。

    PLC竞争者之二：SA系统

    远程控制和数据采集系统（Supervisorycontrolanddataacquisition），即SA系统，允许用户从一个个人计算机上显示控制器来的信号，并好象是PLC的编程单元一样，使用个人计算机改变控制器内存中的数据的数值。但是，SA系统比编程单元的功能强得多，比如：可以同时从几个控制器上搜集数据；可以对获得的数据从事分析和历史趋势；提供图形能力，用户可以让编程软件的操作员显示屏幕包括许多可视元件，并能使状态明白易懂。

    随着控制器网络能力的增强，对SA系统软件的需求将越来越大。目前，的SA系统软件包是由三方提供的（即不是由设备供应商和采购方），但现在，PLC的制造商已经开始在SA市场上下功夫了。目前的现状是，越来越多的PLC被当作RTU用在各行业的SA系统中。

    PLC竞争者之三：软逻辑控制器

    PLC技术的增长趋势使软逻辑获得了的成功，越来越多的软逻辑软件和接口是那些预言PLC行将就木的人的新证据。软逻辑控制器其实包括IPC,PAC,以及自称是SOFT-LOGIC或PC-BASED系统。但是，对于在工业现场是保持一个真正的PLC，还是用软逻辑，是存在争议的。这些争议，主要牵涉到性、控制间隔的确定性。下面是一些关于软逻辑的正反两方面的争议：

    有人认为主板已经不再是由小的电子供应商制造了，一个供应商（INbbb）已经占有了50%以上的市场，质量好而且也加一致，下一代的主板将采用密封模块，这种技术也是PLC今后采用的技术。bbbbbbSNT操作系统，还是足够稳定和足以信赖的。有些软逻辑系统在接口卡上运行一个PLC软件，这样即使计算机死机，只要电源不断，它将继续运行。现代操作系统通常包含一些很好的函数，可以被编写得好的软逻辑程序调用，以减少或控制间隔的不确定性，此外，个人计算机目前的速度是如此之快，以至于控制间隔的变化已经是非常微小了。 
 也有人认为个人计算机操作系统不够稳定，它们容易死机，而且同一时间运行的所有软件都跟着死机，需要计算机重新启动。个人计算机的控制间隔是不确定的，其操作系统对多任务程序的切换方法并不是按照保证确定性的方法编写的。对一个事件和所需的控制输出这两个动作之间，软逻辑没有办法预测其间的延迟。

1 引言

可编程序控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。

2 PLC的发展和市场情况

2.1 PLC的发展历史

1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，二年美国数字公司研制出了代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有五代PLC产品了。

在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势。

在80年代至90年代中期，是PLC发展快的时期，年增长率一直保持为30~40%。由于PLC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐了污水处理等行业，但是由于工业PC(IPC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，所以近年来PLC增长速度，总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。

2.2 PLC的市场情况

国内PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和产品，还有一部分是以、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说PLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。

在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿元人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。我国市场行的有如下几家PLC产品:
(1) 施耐德公司，包括早期天津仪表厂引进公司的产品，目前有Quantum、Premium、Momentum等产品;
(2) 罗克韦尔公司(包括AB公司)PLC产品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等产品;
(3) 西门子公司的产品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品;
(4) GE公司的产品;日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。

PLC的市场的潜力是的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC配套的机电一体化产品的比例占42%，采用继电器、接触器控制尚有24%。所以说，需要应用PLC的场合还很多，在我国就是如此了。

从技术的角度看，我国大中型企业还要大力发展CIMS(计算机集成制造系统)，在机械制造厂要形成FMS柔制造系统，PLC是基础，所以PLC市场是广阔的。

PLC具有稳定、价格、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因，我们下面阐述几个问题，并研究其发展趋势。

3 PLC的硬件和软件

3.1 PLC的分类

PLC在90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为:
* 微型PLC: 32 I/O
* 小型PLC: 256 I/O
* 中型PLC: 1024 I/O
* 大型PLC: 4096 I/O
* 巨型PLC: 8195 I/O
近年来有单机支持300回路和65000点I/O的大型系统对应中型PLC以上，均采用16位~32位CPU，微、小型PLC原采用8位CPU，现在根据通讯等方面要求，有的也改用16位~32位CPU。由于I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计位整个PLC销售额的78%，所以对微、小型PLC应多加研究。

3.2 PLC的硬件

PLC控制器本身的硬件采用积木式结构，各厂家产品结构大同小异。以日本欧姆龙C200HE为例，为总线模板框式结构，基本框架(CPU母板)上装有CPU模板，其它槽位装有I/O模板;如果I/O模板多时，可由CPU母板经I/O扩展电缆连接I/O扩展母板，在其上装I/O模板;另一种方法是配备远程I/O从站等。这些都说明了PLC厂家将硬件各部件均向用户开发，便于用户选用，配置成规模不等的PLC，而且这种硬件配置的开放性，为制造商、分销商(代理商)、系统集成商、终用户带来很多方便，为营销供应链带来很大便利，这是一大成功经验。

PLC内的I/O模板，除一般的DI/DO、AD/DA模板外，还发展了一系列特殊功能的I/O模板，这为PLC用于各行各业打开了出路，如用于条形码识别的ASCII/BASIC模板，用于反馈控制的PID模板，用于运行控制、机械加工的高速计数模板、单轴位置控制模板、双轴位置控制模板、凸轮定位器模板、射频识别接口模板等，这在以后还会有很大发展。另外在输入、输出的相关元件、强干扰场合的输入、输出电隔离、地隔离等方面也会加完善。

PLC中的CPU与存储器配合，完成控制功能。它与DCS系统处理温度、压力、流量等参数的系统不同，采用快速的巡回扫描周期，一般为0.1~0.2s，快的则选用50ms或小的扫描周期。它是一个数字采样控制系统。

3.3 PLC的软件

为了完成控制策略，为了替代继电器，使用户等完成类似继电器线路的控制系统梯形图，而编制了一套控制算法功能块(或子程序)，称为指令系统，固化在存贮器ROM中，用户在编制应用程序时可以调用。指令系统大致可以分为两类，即基本指令和扩展指令。细分一般PLC的指令系统有:基本指令、定时器/计数器指令、移位指令、传送指令、比较指令、转换指令、BCD运算指令、二进制运算指令、增量/减量指令、逻辑运算指令、特殊运算指令等，这些指令多是类似汇编语言。另外PLC还提高了充足的计时器、计数器、内部继电器、寄存器及存贮区等内部资源，为编程带来大方便。

4 基于bbbbbbs的编程语言标准—IEC61131-3

由于各PLC厂家产品在指令系统上的差异及编程方法上用户要求不同，近年来IEC制订了基于bbbbbbs的编程语言标准IEC61131-3(1993年IEC颁布可编程序控制器的标准IEC1131)，它规定了指令表(IL)、梯形图(LD)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)五种编程语言。这包括了文本化编程(IL、ST)和图形编程(LD、FBD)两个方面，而SFC则在两类编程语言中均可使用。IEC技术(TC65)进来开展了IEC61499项目，将IEC61131-3进行了扩展，它是针对通过通信网络互联的模块化分布系统的体系结构的标准，将对IEC61131-3有所改善。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件，是PLC发展的一大趋势。

5 PLC的网络及发展趋势

一个或若干PLC与PC机联出系统，PC机起到原编程器及人机界面操作站的作用，这20世纪90年代的新潮流，这样为系统集成带来了商机，同时编程软件和人机界面软件(软件或称组态软件)及软件接口(或称驱动软件)也得到了发展。

近年来，PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展，所以PLC构成的PCS系统比DCS的开放性所处的现状稍好一些。目前罗克韦尔AB公司已形成了多层结构体系，即Ether Net、Control Net、Device Net及Asi等现场总线(原DH+网也可兼容)。西门子公司在Profibus-DP通讯网络及Profibus-FMS网络以外，提出了S7 Routing网络，即Profibus-DP和Industrial Enternet两层结构。网络还在发展，我国应已积的姿态投入其中。

2001年我国机械工业成为工业发展新亮点，总产值比上年增长17.15%，汽车产量为世界前10位，机床产量为世界5位。机械工业利润增长33.35%，占整个工业新增利润六成多。出口同样出现可喜的增长。现在机械工业提出要实施网络化，对这一点，PLC从业人员应有清醒的认识，应对网络化的开放性、网络构成的性能/价格比和网络的性、性、性上特别下功夫。

网络向上连是互联网问题，向下连是现场总线问题，另外现有网络能否用以太网“e网到底”方式、网络采用客户器/服务器方式、浏览器/服务器方式、生产者/消费者方式、接口软件采用OPC方式等问题都有待进一步落实。PLC与智能MCC马达控制、与数控机床配套的NC/CNC数控设备，以及与其它运行控制系统、电控设备、变频器和软起动器等连成系统;PLC要与DCS分工合作，充当DCS的远程I/O站等;PLC要与IPC分工合作，除用IPC作人机界面外，作软件PLC的I/O部件也是可行的;此外还有PLC与紧急停车系统(ESD，Emergency Shut Down Systems)的关系、与立体仓库、机器人、/CAM等等都要处理好关系。总之，PLC要兼容各种新技术，使PLC成为真正意义上的“电脑”。

PLC的应用领域是宽阔的，还有许多领域急待开拓，如用于海关过境车辆认证(深圳盐田)、自动售(若干店)在我国已有实例。另外，在离散事件系统中，如公路网交通流(车辆计数、乘客计数及停留时间计量)、物流系统、柔行制造系统(敏捷制造系统)及一切非标准随服务系统中，均可以采用PLC，进而建模和采取对策并优化。PLC的前途一片美好，一切悲观的论点是站不住脚的。至于技术进步，PLC与其它技术融合以至消失，那还需要一定的时间！

    随着PC及因特网时代的到来，工业PC或PC-based控制器由于可以融入到网络时代的信息系统中，具有网络系统的基本特性，即具有、格、系统开放、丰富的人才基础等优势，因此PC-based控制器一经出现就具有很强的生命力，发展为迅猛。有观点说，PC-BASED控制器将取代传统PLC，当然解决性及编程问题。近几年来，这些问题已基本得到解决，PC-based控制器从外观到性也都开始可以与PLC相近。在编程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的推出和广泛采用，为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势，也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到网络时代的信息系统中。

    那么，PC-based一定会取代PLC吗？二者应用于包装生产线时，它们各自发挥着何种不同的作用？本期PA论坛，让我们听听来自三位的看法，并对参与我们论坛的表示感谢！

    贝加莱工业自动化公司行业销售经理董继鑫

    在自动控制领域，PLC技术和PC-based技术是当前比较具有代表性的控制技术，两者的技术起源和发展有较大的差异。

    PLC（ProgrammableLogicController）产生于上世纪70年代初。早的PLC是以替换继电器系统的角色出现，其主要实现的功能仅仅是逻辑简单的顺序控制功能。PLC一经出现，就以其高性、小体积和直观的编程模式而显示出强大的生命力，成为自动控制领域的“”。

    PC-based是一种基于PC技术的控制系统。早的PC-based控制系统是以工控机为，通过扩展带PCI接口的板卡组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。

    从以上的阐述可知，PLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别。PLC具有体积小、功耗低、抗干扰能力强；具有很高的性，其平均无故障率时间间隔（MTBF）可达50万、甚至100万个小时；具有简单直观的编程模式（如梯形图）；具有内部实时时钟。而PC-based具有大运算能力；具有开放标准的系统平台和PCI接口；精美且的显示技术；丰富的组网能力。但系统的性略差，如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时。此外，PC-based虽然具有很强的CPU，但其多任务操作系统是非实时的，所以程序的循环周期反而没有的PLC快。

    这些差异决定了PLC和PC-based两者在包装机械上发挥不同的作用。PLC通常处于设备底层，为设备提供的、实时的控制，包括IO和Motion方面的控制。而PC-based通常处于设备的操作层，用于数据的采集、存储和人机界面显示等。就目前国内的包装机械的发展水平来说，与厂商相比还存在较大差距，拥有高度自动化和大型化的成套包装机械设计、生产能力的厂商不多。控制简单、自动化程度较低的单机设备占主流，所以基本都采用PLC作为控制器。

    随着中国包装技术的飞速发展，未来包装设备的控制器应该能够融合PLC和PC-base两者的技术优势。事实上现代控制技术发展的确呈现出这种趋势，如贝加莱公司的B&R2005系列PCC控制器就是这种发展趋势的代表。下图是CP382（B&R2005系列中较具代表性的CPU）系统结构图，我们很难界定它到底是PLC，还是PC-based，也许说CP382是一款PC-based的PLC恰当。

    在运算能力方面，CP382采用了处理器InbbbPIII500的处理器，具有强的运算能力，包括浮点运算能力；在组网通讯方面；CP382具有3个aPCI插槽，具有非常强大的组网能力，兼容目前行业内流行的现场总线技术，同时标配了Ethernet、USB、RS232接口；在存储方面，采用CompactFlash卡，如今4G的CompactFlash卡已经很流行，在包装机械行业的应用已绰绰有余；在操作系统方面，贝加莱采用的Runtime定性分时多任务操作系统，兼有了多任务特点和实时性特点；在控制软件编程方面，可以采用六种语言编程，包括ANSIC和Basic两种语言。

    这种融合了PLC和PC-based的控制器，其技术优势是非常明显的，势必成为未来包装机械自动化的主流控制器。

    北京和利时系统工程股份有限公司事业部总经理徐昌荣

    尽管PLC和PC-based均可用于包装设备自动化，但二者的侧有所不同。PLC适合于设备控制，而PC-based多地用于设备运行状态的监视。相对于PC-based而言，PLC具有配置灵活、体积小、适应恶劣环境、抗干扰性强、性高等优点，但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差。当然，随着计算机技术和控制技术的不断发展，PLC和PC-based都在吸收对方的优点，以适应多的应用现场。就我所了解的情况而言，PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用。

    凭借十几年工业控制产品的开发经验和雄厚的技术积累，和利时公司研制出新一代小型一体化PLC产品HOLLiAS-LECG3。该产品已在各类包装设备中成功应用，应用案例包括DXD自动包装机、挂面包装机等。应用G3PLC控制的DXD全自动包装机集送料、制袋、、封切等包装工序于一体，具有电眼跟踪、PLC控制、无级变速纠偏等功能，计量，符合行业标准，具有性能稳定、操作方便、运行效等优点。DXD全自动包装机的电气控制部分由人机界面操作系统(HMI)、拉袋控制系统、制袋控制系统、送纸控制系统、电眼控制系统和送料计量控制系统组成，该系统具有、经济、实用、、灵活的显著特点，不仅提高了包装设备的性和经济性，而且大大提高了系统的灵活性，为不同客户的不同需求提供了灵活的解决方案。

    随着包装设备自动化需求的不断增多，越来越多的包装设备厂商考虑在其设备中配备的自动化产品，以提高产品的技术含量，提升市场竞争力。个人认为，在通用设备中，用户倾向于采用PLC加HMI的方式对包装设备进行控制。在部分具有特殊需求的设备中，一部分用户也可能会采用PC-based作为自动化解决方案，或者用PLC加PC-based的解决方案。总之，就产品的性、稳定性、灵活性、性价比等方面考虑，PLC在包装设备自动化领域比PC-based具有广阔的应用前景。西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团OEM管理部灌装与包装行业业务发展经理张春林

    1．PLC与PC-based，二者大的区别是什么？各自的优势是什么？

    PLC又叫做可编程控制器。从传统意义上讲，它主要应用在逻辑控制，顺序控制及时序控制等相对比较简单的工业控制场合。它具有体积小，编程简单实用，安装方便灵活等优点。缺点是处理速度慢、扩展不够灵活，各个厂商的编程语言不同等。

    随着PC-BASED的工业计算机（简称工业PC，与普通的计算机相比，它具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温等优点）的发展，以工业PC、I/O及监控装置、控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式。PC-BASED自动化系统源于PC，可融入到网络时代的信息系统中，具有、格、系统开放、丰富的人才和应用基础等优势。

    2．在包装设备的应用中，他们所起的作用有哪些？

    对于一般的包装设备，如袋成型//封口机、饮料灌装机等等，主要用到的是逻辑，顺序及时序等控制。西门子公司的S7-200和S7-300系列PLC广泛地应用于这一类包装机。

    如某个场合不仅要有逻辑、顺序及时序等控制，还要有强大的计算、数据处理和过程控制，PLC则很难胜任。如一条可生产上百种产品的食品加工和包装生产线，需要大量的配方存贮与调用。普通的PLC受内存的影响，很难完成此任务。在类似这种场合，SIEMENS基于PC的工业自动化控制系统Wi是非常合适的产品。通过适当的二次开发，还可实现设备运行状态动态显示；电气参数、工艺参数、实时显示；实时曲线显示、历史曲线显示、大型动态标准数据库，提供年报表、月报表、日报表和随机打印报表的功能。

    3．目前，PLC与PC-based在国内包装设备的应用状况如何？

    当前基于PLC的控制系统仍占主导地位，这和包装机械的整体水平有关。目前国内包装机械的状况是单机的自动化应用多，整条包装线联网的少，全厂或全公司联网控制的少。随着经济的发展，MES和ERP的普及，PC-BASED控制系统会越来越多地被采用。

    4．就包装设备而言，请就PLC与PC-based的未来发展前景发表观点。

    PLC目前较多地应用于工业控制，因为它有较高的稳定性和性。兼有PLC和PC的优势，在网络化和信息时代，它符合时代的潮流。这样看来，在工业控制和信息管理要求日益提高的情况下，PLC确实将逐渐失去部分市场；但我们还应看到，PLC生产商早已经开始利用IT业的一些新的软硬件成果不断完善和扩充PLC的功能。PLC上现场总线、通讯和网络接口的出现，使得一个个PLC不再是孤立的。PLC将继续向开放式控制系统方向发展，使现代意义上的PLC具有新的内涵。实际应用中常常是PLC和IPC结合在一起，PLC在下位，IPC在上位。从技术上看，PLC在逐渐采用一些IT技术，IPC也在向PLC的某些特性靠拢。PLC和PC-BASED控制系统将呈现融合和竞争并存的状况。