6ES7222-1EF22-0XA0速发

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1 引言

数控机床是典型的机电一体化系统。PLC工程现场界面涉及光、机、电、气、液等复杂的输入输出信令，加之PLC对于信号的逻辑处理具有的抽象运算特征，使得工业现场故障处理工作通常是相当的复杂困难，PLC机电系统现场故障往往使得缺少工程经验的设备管理者们束手无策，较长时间的故障处理处理可以大幅度降低产能，严重影响生产。本文以就事论事的方式平铺直叙具体的机电工程现场故障处理案例，保留住故障处理经验中珍贵的分析判断过程。

2 数控机床故障诊断案例

2.1 甄别PLC内外部故障实例

配备820数控系统的某加工，产生7035号报警，查阅报警信息为工作台分度盘不回落。在SINUMERIK 810／820S数控系统中，7字头报警为PLC操作信息或机床厂设定的报警，指示CNC系统外的机床侧状态不正常。处理方法是，针对故障的信息，调出PLC输入/输出状态与拷贝清单对照。

工作台分度盘的回落是由工作台下面的接近开关SQ25、SQ28来检测的，其中SQ28检测工作台分度盘旋转到位，对应PLC输入接口110.6，SQ25检测工作台分度盘回落到位，对应PLC输入接口110.0。工作台分度盘的回落是由输出接口Q4.7通过继电器KA32驱动电磁阀YV06动作来完成。

从PLC STATUS中观察，110.6为“1”，表明工作台分度盘旋转到位，I10.0为“0”,表明工作台分度盘未回落，再观察Q4.7为“0”，KA32继电器不得电，YV06电磁阀不动作，因而工作台分度盘不回落产生报警。

处理方法：手动YV06电磁阀，观察工作台分度盘是否回落，以区别故障在输出回路还是在PLC内部。

2.2 诊断接近开关故障实例

某立式加工自动换故障。

故障现象：换臂平移到位时，无拔动作。

ATC动作的起始状态是：（1）主轴保持要交换的旧。（2）换臂在B位置。（3）换臂在上部位置。（4）库已将要交换的新定位。

自动换的顺序为：换臂左移（B→A）→换臂下降（从库拔）→换臂右移（A→B）→换臂上升→换臂右移（B→C，抓住主轴中）→主轴液压缸下降（松）→换臂下降（从主轴拔）→换臂旋转180°（两交换位置）→换臂上升（装）→主轴液压缸上升（抓）→换臂左移（C→B）→库转动（找出旧位置）→换臂左移（B→A，返回旧给库）→换臂右移（A→B）→库转动（找下把）。换臂平移至C位置时，无拔动作，分析原因，有几种可能：

（1）SQ2无信号，使松电磁阀YV2未激磁，主轴仍处抓状态，换臂不能下移。

（2）松接近开关SQ4无信号，则换臂升降电磁阀YV1状态不变，换臂不下降。

（3）电磁阀有故障，给予信号也不能动作。

逐步检查，发现SQ4未发信号，进一步对SQ4检查，发现感应间隙过大，导致接近开关无信号输出，产生动作障碍。

2.3 诊断压力开关故障实例

配备FANUC 0T系统的某数控车床。

故障现象：当脚踏尾座开关使套筒紧工件时，系统产生报紧。

在系统诊断状态下，调出PLC输入信号，发现脚踏向前开关输入X04.2为“1”，尾座套筒转换开关输入X17.3为“l”，润滑油供给正常使液位开关输入X17.6为“1̶1;。调出PLC输出信号，当脚踏向前开关时，输出Y49.0为“1”，同时，电磁阀YV4.1也得电，这说明系统PLC输入/输出状态均正常，分析尾座套筒液压系统。

当电磁阀YV4.1通电后，液压油经溢流阀、流量控制阀和单向阀进入尾座套筒液压缸，使其向前紧工件。松开脚踏开关后，电磁换向阀处于中间位置，油路停止供油，由于单向阀的作用，尾座套筒向前时的油压得到保持，该油压使压力继电器常开触点接通，在系统PLC输入信号中X00.2为“l”。但检查系统PLC输入信号X00.2则为“0”，说明压力继电器有问题，其触点开关损坏。

故障原因：因压力继电器SP4.1触点开关损坏，油压信号无法接通，从而造成PLC输入信号为“0”，故系统认为尾座套筒未紧而产生报警。

解决方法：换新的压力继电器，调整触点压力，使其在向前脚踏开关动作后接通并保持到压力取消，故障排除。

2.4 诊断中间继电器故障实例

某数控机床出现防护门关不上，自动加工不能进行的故障，而且无故障显示。该防护门是由气缸来完成开关的，关闭防护门是由PLC输出Q2.0控制电磁阀YV2.0来实现。检查Q2.0的状态，其状态为“1”，但电磁阀YV2.0却没有得电，由于PLC输出Q2.0是通过中间继电器KA2.0来控制电磁阀YV2.0的，检查发现，中间继电器损坏引起故障，换继电器，故障被排除。

另外一种简单实用的方法，就是将数控机床的输入/输出状态列表，通过比较通常状态和故障状态，就能诊断出故障的部位。

2.5 根据梯形图逻辑诊断DI点故障实例

配备SINUMERIK 810数控系统的加工，出现分度工作台不分度的故障且无故障报警。根据工作原理，分度时将分度的齿条与齿轮啮合，这个动作是靠液压装置来完成的，由PLC输出Q1.4控制电磁阀YVl4来执行，PLC梯形图如下图所示。

通过数控系统的DIAGNOSIS能中的“STATUS PLC”软键，实时查看Q1.4的状态，发现其状态为“0”，由PLC梯形图查看F123.0也为“0”，按梯形图逐个检查，发现F105.2为“0”导致F123.0也为“0”，根据梯形图，查看STATUS PLC中的输入信号，发现I10.2为“0”，从而导致F105.2为“0”。I9.3、I9.4、I10.2和I10.3为四个接近开关的检测信号，以检测齿条和齿轮是否啮合。分度时，这四个接近开关都应有信号，即I9.3、I9.4、I10.2和I10.3应闭合，现I10.2未闭合，处理方法：（1）检查机械传动部分。（2）检查接近开关是否损坏。

2.6 根据梯形图逻辑诊断DO点故障实例

配备SINUMERIK 810数控系统的双工位、双主轴数控机床。

故障现象：机床在AUTOMATIC方式下运行，工件在一工位加工完，一工位主轴还没有退到位且旋转工作台正要旋转时，二工位主轴停转，自动循环中断，并出现报警且报警内容表示二工位主轴速度不正常。

两个主轴分别由B1、B2两个传感器来转速，通过对主轴传动系统的检查，没发现问题。用机外编程器观察梯形图的状态。

F112.0为二工位主轴起动标志位，F111.7为二工位主轴起动条件，Q32.0为二工位主轴起动输出，I21.1为二工位主轴卡紧检测输入，F115.1为二工位卡紧标志位。

在编程器上观察梯形图的状态，出现故障时，F112.0和Q32.0状态都为“0”，因此主轴停转，而F112.0为“0”是由于Bl、B2主轴速度不正常所致。动态观察Q32.0的变化，发现故障没有出现时，F112.0和F111.7都闭合，而当出现故障时，F111.7瞬间断开，之后又马上闭合，Q32.0随F111.7瞬间断开其状态变为“0”，在Flll.7闭合的同时，F112.0的状态也变成了“0”，这样Q32.0的状态保持为“0”，主轴停转。Bl、B2由于Q32.0随F111.7瞬间断开测得速度不正常而使F112.0状态变为“0”。主轴起动的条件F111.7受多方面因素的制约，从梯形图上观察，发现F111.6的瞬间变“0”引起Flll.7的变化，向下检查梯形图PB8.3，发现卡紧标志F115.1瞬间变“0”，促使Flll.6发生变化，继续跟踪梯形图PB13.7，观察发现，在出故障时，I21.1瞬间断开，使F115.1瞬间变“0”，后使主轴停转。I21.1是液压卡紧压力检测开关信号，它的断开指示卡紧力不够。由此诊断故障的根本原因是液压卡紧力波动，调整液压使之正常，故障排除。

3 结束语

通过典型实例与故障现象对数控系统、立式加工自动换故障、配备FANUC 0T系统的某数控车床、配备SINUMERIK 810数控系统的双工位、双主轴数控机床等运行中存在的问题加以分析，并作出相应的故障排除方法。

1  引言

随着我国城市化水平的提高，城市人口急剧增加，居民小区不断建设且楼房层数越来越高，使原来自来水管网压力出现不足，很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象，导致高层居民用水难。目前，一般的解决办法是修建水池或水箱，通过水泵二次加压供水。

为解决此类问题，当前均采用的全自动无负压供水系统，此供水系统可直接与自来水管网串接，通过负压器和稳压平衡器保护自来水管网不形成负压，避免了修建混凝土蓄水池或设水箱的麻烦。此系统充分利用了自来水管网的原有压力，在原有压力的基础上叠加一部分压力，差多少，补多少，使二次加压设备的选型减小，节省投资，同时在使用过程中也可大大节能，是目前新的二次供水方式。

2  系统技术规格

流量范围：1.5-1600吨/小时； 扬程范围：21.6-225米；稳流罐：0.5立方-50立方；

压力范围： 0～2.5mpa；压力调节精度：±0.01兆帕；环境温度：０-40℃；相对湿度以下(电控部分)；电源：380v(1±10%) ；50hz±2hz；控制方式：单台，恒压。

3 系统设计

3.1 概念设计

本系统主要由变频控制柜、稳流调节器、负压抑制器、水泵机组、仪表、阀门及管路等组成。在本自动控制系统中，变频器我们采用了美国艾默生，同时，为方便用户进行实时监控设备运行状态以及便于维修，我们采用了人机界面触摸屏，控制器采用了艾默生ec20，由于它具有两个通讯端口，并且可任意选择通讯协议，组网方式如图1所示。

图1  组网方式

ec20控制器通过com0端口与人机界面通讯，人机界面作为主站，通过emerson protocol 协议与可编程通讯，控制器为从站，通过modbus协议通讯。通过com1端口与变频器通讯，可编程控制器此时作为主站，变频器为从站，采用的是自由口通讯协议。界面设计参见图2和图3所示。

通过此种组网方式，用户对于压力设定、输出频率、辅泵频率、pid数值、切换时间、延时时间、压设定、压力反馈等数十种参数可在触摸屏上显示、设置、修改，方便操作。对水泵工作状态、变频器工作状态和系统水位等多个参数，实现了即时跟踪。满足远距离监测、监控及控制功能。同时，还可方便监测设备故障，方便维修。具有故障实时记忆功能。

 图2  界面设计1

 图3  界面设计2

3.2 控制实现

(1) 本系统具有手动和自动两种控制方式。

(2) 在自动运行中无水停机、有水自动开机，两台泵循环运行，先启先停，定期切换。

(3) pid调节：pid闭环调节实现水泵恒压运行。采用ec20的pid指令，由于本设备直接连于自来水管网，当自来水压力用户所需要的设定压力时，微机控制水泵启动运行，直到管路的实际压力等于设定压力，此时变频器控制的水泵以一恒定转速运行，保持管网压力为设定值。自来水压力越高，变频器转速越低，自来水压力越低，变频器转速越高。当自来水压力达到设定值时，设备停止运行。充分利用自来水管网压力，又确保用户所需的恒定压力。

(4) 零流量停机控制功能：不论是在一台还是两台泵运行时，自来水满足要求压力时，设备就停止工作，由自来水，变频器处于休眠状态。自来水压力不足时，设备工作，此方式充分利用自来水管道原有的压力差多少，补多少，节能效果其显著，可达20％-70％以上。

3.3 plc程序要点

(1)压力调节：通过controls

-tar编程软件中pid指令向导，自动生成pid_set和pid_exe 2个子程序，其中pid_set是参数设置程序，pid_exe是pid调用

一、继电器检测设备控制要求

1、需要同时检测10个继电器

2、每个继电器需要测试8个触点，共80个触点

3、每次检测需要300个周期，控制输出12ms ON / 88ms OFF的脉冲为一个周期

4、需要将检测结果保存在PLC中，要求停电保持，共需要保存80个触点x300个周期合计24000个状态，如果将结果保存在寄存器中则少需要1520个停电保持寄存器

5、每次检测结束，上位机将读出，根据继电器8个触点的吸合情况判断该继电器是否合格

二、该设备对控制系统的要求及海为相应的特点

1、运行速度快：要求程序扫描周期在1.5ms内，海为PLC由于运行速度快，指令集丰富，程序非常精简，实际运行扫描周期为1~1.1ms

2、要有大范围的数据停电保持区：海为PLC的停电保持区可以任意设定，允许将所有数据区都设为停电保持，数据程序无须后备电池保护，丢失。不需要用任何指令就可以实现该功能

3、具有ms级控制能力：海为PLC提供一个有的16us精度系统时间，SV49-SV50为系统时间(单位16us), 系统自动循环计数, 当计数到大值2147483647时归0不断循环计数。利用该系统时间可以方便实现ms级控制，误差仅一个扫描周期

三、初始化脉冲数据

由于要控制输出12ms ON / 88ms OFF的脉冲，转换为16us时间单位如下：

12ms = 12000us = 750（16us），存放放在V2000-V2001中

88ms = 88000us = 5500（16us），存放放在V2002-V2003中

建立一个名称为“时间间隔初始值”的初始寄存器值表，将ON时间设定为750和OFF时间设定为5500（当然也可以不建立该表而选择在程序中初始化V2000-V2001及 V2002-V2003的值）

1) 系统具有经济性及性

系统我们建议用一套PLC来统一控制，这样既能节约成本，同时有利于统一管理。同时，系统的PLC我们用在海内外名气比较大的AB 公司PLC，在世界各地很多企业中都有成功的应用经验以及长期的稳定运行记录。

2) 系统具有易维护性及可扩展性

所选用产品符合标准，可采用通用的工具进行维护。本系统不仅可以满足当前的工程需求，而且可以方便的实现日后的系统扩充。以后系统需要扩充其他控制功能，仅需增加I/O模块。

3) 系统具有简单性

本系统采用AB公司功能性强、经济型的中型可编程逻辑控制器SLC 500。该逻辑控制器具有便捷的内置通讯接口，易扩展的输入输出模块，简单方便的bbbbbbs平台编程软件，用户易学易懂。

3 系统分析

1) 输送系统：

上下料输送系统由链条输送、上下料输送带两部份组成，在整个系统中起到一个衔接的作用，其三条输送带在自动运行时保持同步。其中链条输送带为电磁调装置，上下料输送带同为一变频器控制，通过旋转编码器反馈信号采样运算后进行同步调节。

4 部1.1kw电机，带冷却风扇。要求电机能够实现变频控制，并且能够反馈回PLC。在触摸屏能够实现监控，能够实现速度的调整。

2) 前外理：

前处理主要是清洁铝型材表面的污渍，并在表面形成一层铬化膜，为喷粉作好前期工作。工艺流程：装筐→脱脂→水洗→（碱蚀）→水洗→表调（中和）→水洗→铬化→水洗→热（纯）水洗→滴干→烘干→送喷涂上架其中：脱脂、碱蚀、表调、铬化剂的浓度是根据供应厂家提供的浓度配槽液。水洗槽用一般的自来水。热水洗用纯水。（碱蚀可以不用）槽体结构： 脱脂槽：主要为清洁铝型材表面污渍，以防铝材表面的油污等对静电粉末的吸附。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为，温度为常温即可。槽体大小依大型材的长度及产量而定。水洗槽：清洗上个工艺槽的化学残留物质。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为自来水，温度为常温即可。槽体大小依大型材的长度及产量而定。表调槽（中和）：中和因在脱脂槽残留的酸性物质。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为，温度为10度～60度。槽体大小依大型材的长度及产量而定。铬化槽：即化学转化，以防被吸附的静电粉末脱落，有铬化和磷化两种，这两个方法已使用多年，性能相当稳定，生产上容易操作，可根据其处理后的颜色进行辨别转化效果，其中 铝化膜显黄色，磷铬化膜显，这两种工艺的操作温度和时间范围较宽，涂层厚度一般为0.3～0.8g/M2.铬化槽的防腐采用软PVC，槽液主要成分为氟锆酸盐或氟钛酸盐，温度为25度～55度。槽体大小依大型材的长度及产量而定。热水洗槽：铬化后的处理工艺，其防腐采用全不锈钢结构，槽液成分为纯水,槽温控制为60－80度.其温度控制可通过热水炉或蒸气加热。

前处理系统控制包括2.2kw电机5台，11kw电机5台，4kw电机1台。

其中电机要分开控制，能够实现每台电机的单控制，即每台电机都有单的开，停按钮来控制。但为了提率，在开机是也能够一次把电机全部开启。

3) 水分烘干炉：

对铬后的铬化膜进行烘干，使表面不残留水分，如果工件表面留有水分进入喷粉工序，则涂层会产生气泡缺陷。烘干温度不宜过高否则将使转化的膜过多失去结晶水而发生转型，导致膜疏松而使涂层附着力下降。烘干炉的加热可依据不同客户需用使用燃气燃烧机或柴油燃烧机。通过温度控制系统对其进行温度控制，可设定目标温度。炉体采用不锈钢结构。

烘干炉控制系统包括3kw风机5台；燃烧1把；温度2点。

4) 大粉房：

喷粉系统喷粉系统为整条生产线的部分：主要由两台上下止点可调、速度可调的往复机以及喷粉系统组成。往复机：其高度由客户所喷的大型材长度有关，喷按装在往复机的移动平台上，移动平台按直线导轨作上下往复运动。其上下止点调整由编码器反馈给PLC计算脉冲定位，调节精度为1mm,其上下止点位置可通过触摸屏或上位机设定。其运行速度由电位器调节输入至变频器，速度调整范围0HZ～50HZ（0m/s～8m/s），具体依客户所需的喷粉厚度现场实际调节。

粉房控制系统包括2.2kw电机1台，要求变频控制，能实现速度的灵活调整，能够在触摸屏设定速度，显示速度，显示反馈；0.37kw电机2台；45kw电机，变频启动；16个脉冲阀，每10秒钟吸合2个阀，吸合0.5秒，关闭2秒；两个气阀 气阀1开2秒，关1秒；气阀2开2秒，关1秒，如此循环。

5) 固化炉：

固化炉为后期处理，由两台燃烧机进行炉内温度加热，通过对四个温控点的采样来控制炉内温度，温控器均可与PLC通讯，温度设定在温控器上均可设定。在设定的温度下将喷好的材料进行固化、流平。

固化炉包括1.1kw电机5台；3kw电机5台 ；2.2kw电机1台；燃烧2把：分两段温度控制；温度检测三点。

其中每个电机能够单控制，也能够在启动时一次启动全部电机，以提率。每个燃烧分两段火焰控制，大火和小火，在温度某一数值1，大火关闭；当温度数值2（数值1<数值2）时，小火关闭。但温度小于数值2时大于数值1时，小火自动打开。当数值小于数值1时，大火自动打开。

4 电气系统主要配置

i. PLC选型

从度以及性、稳定性上，我们选用美国罗克韦尔公司SLC系列PLC作为主要控制设备。SLC具有如下特点：

A． 功能强大：完成任务多

B． 配置灵活：需要费用省

SLC有多款不同容量和内置通讯接口的处理器可选。提供大容量多可达64K字（128K字节）的数据/程序内存，精心设计的控制内核保证了同样功能程序对内存的占用率只有其它竞争产品的50%不到；SLC的模块化I/O系统提供了包括开关量、模拟量和模块在内的60多种I/O模块。

C． 稳定：无论是单机应用，还是分布式控制，在单一平台上，SLC就能实现高速离散控制和过程控制；功能的诊断功能让使用过程中的故障排查变得简单。

D． 贯通全厂直至信息层的通讯功能-----内置不同通讯接口的SLC系列处理器，提供多种控制器联网方式供用选择，以构成不同要求的工业监控网络。

E ． 应用广泛的多种现场总线集成：SLC提供了与各类“智能”设备的现场总线接口，这类设备包括各种传感器、按钮、马达启动器、现场操作员站和传动设备等等，信息全部无缝通讯。

图2 SLC 500

ii. 变频器选型

本系统选用了罗克韦尔的PowerFlex4系列和PowerFlex400系列变频器。这两款系列变频器专门针对风机和水泵的应用，为满足OEM和终用户对于灵活性、节省空间和使用方便的要求而设计。

特点：

1 集成的PID控制器可自动调整输出频率，调节过程变量

2 三个可编程的跳变频率段防止了变频器在共振频率中连续运行，避免机械损坏

3 可选的风扇/泵类曲线针对离心风扇和泵类负载提供降电压模式

4 特的休眠功能在系统需求降低到预先设定标准时，自动关闭机器；当系统需求增加时，自动启动机器

5 针对某些无人看管运行环境，系统断电后恢复时，变频器将自动重起运行

6 Freeze/Fire和Purge等特定输入，可直接连接到消防紧急系统

7 集成到变频器中的RS485通讯

8 成套变频器满足UL标准，增强了安装灵活性，允许变频器直接安装在开关柜中

9 成套变频器断路器和接触器旁路设备只需简单的装配就可以通过组合操作员面板、控制器、通讯和预先装配的功率选件进行起动

10 成套变频器旁路接触器提供三对接触器结点，当变频器处于旁路模式时，可以测试变频器的功能和隔离变频器

iii. PLC电控柜

PLC电控柜是自动控制系统的部分，所有的逻辑控制功能及状态监控都在此进行实现。柜内元器件包括PLC、空气开关、直流电源、接线端子等。

电控柜体采用国产柜体，防护等级达到IP55，防锈。

柜内所有元件采用导轨安装。空气开关、接线端子采用国产产品，24VDC电源采用闽台明伟牌电源，24VDC继电器采用日本欧姆龙产品。

柜内走线全部走于线槽内，220V电源线与控制线走于不同的线槽内。电源线采用2..5平方电缆，火线、零线、地线按照国家规定采用不同颜色。柜内控制线采用1平方电缆，直流控制电缆为蓝色，交流控制电缆为红色。电控柜与外界线管用工业软管及锁紧。

总结，目前该立式铝型材喷涂系统控制系统运行良好，在华南地区很多铝型材厂都有应用，为客户创造了很好效益。

立体停车库生产在中国是个新兴行业，从立体车库要在中国建制造业基地的角度来说，是一种世界竞争态势。总的来说，立体停车库生产还处于起步阶段，汽车每年按20%到30%的速度增长，停车库在人多地少的国家和城市大有用武之地，立体停车库可缓解城市动静态交通问题，改善居住环境，有效利用土地。

可以预见，中国将成为一个世界立体停车库制造基地。
一个标准的立体车库主要有三大部分构成：钢构系统、传动系统和电控系统。其中电控系统是所械停车设备的部分，它决定着设备的运行模式和控制水平。这个系统一般由控制柜、外部传感部件和控制器等组成。通过完备的电控系统实现自动存取车、检测和故障自诊断等多项功能。而所有的这些信息和信号的输出都是有一个智能部件——可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）来完成，所以PLC的稳定性决定了这个电控系统的稳定性。众所周知立体停车行业属于国家特种机械制造行业，所以一款稳定的PLC是任何一家停车设备生产厂家的。Twido系列的PLC这符合了我们的这个要求，系门的Twido系列的PLC不只具有高的稳定性和性，同时它还具有高的性价比：
1.具有丰富的I/O和内存扩展功能：
大家都知道立体停车的逻辑控制关系不是很复杂，但它的控制系统的输入输出点特别多，很小的停车单元所需的点数就在60左右，稍大的停车单元所需点数都在128以上，所需内存都在8K以上，Twido系列的PLC都比其它的PLC易实现这些需求。
2.知识产权的保护性：
停车设备的性能的好坏，不仅体现在它的机加工上，体现在它的控制系统上。
所以电控系统不仅体现着公司自己的特色，体现着公司的和积累。Twido 系列的PLC对程序加以保护后，无法破译的设计别具匠心，很好的保护了客户的知识产权。
3.简单便捷的功能块
Twido系列的PLC丰富的功能块大大简化了编程者的逻辑控制关系，体现了浓缩的精华。
4.丰富的通讯扩展功能
由于停车设备的操作界面和控制柜一般都在20米左右，为了保证通讯的有效性和抗干扰性，一般都采用RS485口，而Twido系列的PLC均标配RS485口，从而减少了RS232转R485的适配器。

在木工机械中，例如木工带锯机，往往通过单片机来控制送料部门进行自动运行。因为单片机控制系统的抗干扰能力差，轻易产生误动作和误数据，使操纵职员判定错误，从而误操纵。而毅天PLC具备良好的抗干扰性和通用性，从而使控制简单化。

一、嵌入式PLC概念

嵌入式PLC是指在特定的控制装置中实现PLC（Programable Logic Controller）编程语言的解释、执行，使特定装置在自身功能基础上具有PLC的基本功能。

PLC编程语言（又称梯形图语言）是一种面向工厂自动化工人师傅的语言，具有简洁、直观，面向工艺流程等许多优点。PLC编程语言的出现使控制装置中的硬件管和面向控制流程分离，PLC制造商专注于硬件及硬件管理，工厂自动化人员借助梯形图语言作二次开发，使同一种PLC适用于不同的控制系统中，形成了可编程逻辑控制器（PLC）这种概念级产品。

但控制产品的设计已发展到一个追求个性化、差异化设计的阶段。常规PLC无法进入的市场，面临多的是个性化、差异化的压力，如成本控制、特殊功能等。出现了工控机（IPC）、单片机嵌入板与贴近个性化需求的控制产品。IPC在互连、表达、算法等方面优势明显，单片机系统在成本控制上加灵活。IPC由于加载了操作系统（如NT）其实时性、稳定性难以满足连续控制的苛刻要求。适合于监控，低层通常用PLC；单片机系统将硬件管理和用户工艺流程控制混在一起，制约了它的标准化，并终失去成本竞争优势。

嵌入式PLC正是面向IPC和单片机系统开发的，它保留了PLC（借助梯形图语言）硬件管理和工艺控制分离的优势，结合IPC和单片机提供的个性化、差异化的设计方法，形成一种新的控制器设计理念。当我们在IPC中嵌入PLC的功能时，我们称之为基于PC　Base的嵌入式PLC，当我们在单片机中嵌入PLC功能时，我们称它为基于All ON One的嵌入式PLC（片级嵌入PLC）。来特别说明时，嵌入式PLC指片级嵌入式PLC，以下描述以科威公司EASY　V1.00嵌入式PLC为例。

二、嵌入式PLC软件架构

1、总体结构

EASY　V1.00嵌入式PLC是一种实时性很强的操作系统软件，总体结构包括三个层面。

①嵌入式PLC内核　它完成实时任务调度，梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；

②二次开发程序　通过内核提供的外挂，使用内核开发各种面向具体对象个性化差异化的驱动程序；

③终端应用程序　指面向工艺流程控制的梯形图语言编程；

对于二次开发人员开发面向个性化对象的驱动程序，了解嵌入式PLC内核结构，尤其是驱动接口设计方法，下面分块介绍内核的各块功能。
2、实时OS
面向小型单片机，一般的实时操作系统无法加载，OS/Ⅱ 占用了过多的资源，EASY　V1.00内核根据任务的类别、实时要求、定制了一款实时OS，它无文件系统和内存管理两部分。
①硬实时状态下的抢占式并发任务管理
EASY　V1.00内核提供2.5ms基准时基，它作为一种不可的任务循环执行用于各类任务的监控管理。
对于工控应用中的异步事件采用并发式任务管理，通过各类中断抢占的挂起、执行，每类异步任务执行前，在2.5ms任务中注册，执行后注销，通过2.5ms时基监控并发任务的流量及阻塞状况并报字到上一级任务调度。
在EASY　V1.00中，存在以下异步任务：
＊通信数据链络层的字节流
＊梯形图语言中的定时器
＊二次开发驱动程序中的实时异步任务
并发任务管理是EASY　V1.00中层的任务管理，达到ms级实时效果，单位时间内（1ms）占用CPU机时峰值为:
R
T并＝∑Niti
I=0
Ni-1ms内任务的大执行次数，ti-i任务的一次执行大时间。

EASY　V1.00并发任务实时数据
R
T并＝10ms 25ms 25ms 50Hs 40Hs ΔT ∑Njtj
j=3
R
＝150ms ΔT ∑Njtj
j=3
其中ΔT为驱动异步任务管理时，在2.5ms时基中占用的时间
R
∑Njtj为驱动异步事件任务占用的时间。
j=3
R
系统阻塞条件为ΔT ∑Njtj>1000H50Hs=750ms
j=3
②软实时状态下的时间片级间任务调度