昆明西门子模块代理商通讯电缆供应商

昆明西门子模块代理商通讯电缆供应商

0 引言

目前国内同类设备多是垂直层绕（焊丝与收线轴垂直），设备易受干扰，停车频繁，焊丝的张力不均。基于滞后角控制的自动排线系统可提高排线的精度和性能。通过可编程控制器PLC进行角度闭环控制，使焊丝以固定的滞后角度 β在工字轮上进行高速层绕。PLC到角度值并与设定值比较，偏差使PLC发出脉冲信号给伺服电机驱动直线单元运动，使偏差趋于零，以达到焊丝以固定滞后角层绕。利用人机界面完成设备数据的输入和实时监测。设计实现了在换向区外正常速度跟踪，换向开关动作后快速追赶至同步速度跟踪，焊丝到达工字轮边缘后再次形成新的滞后跟踪的自动排线系统的控制，满足了排线系统自动平稳排线的要求[1]-[2]。

1 层绕的工艺原理

自动排线器的结构如图1所示。排线器采用滞后角排线，伺服电机通过滚轴丝杠及滑轨推动排线器以一定的角度排线。在收线工字轮的内径区域，当从一侧向另一侧排线时，整个区域分成一般跟踪和换向跟踪两个区域。在一般跟踪区域采用固定滞后角跟踪模式，在换向区内采用变角度跟踪模式。由于焊丝在层绕至工字轮边缘时，会自动向相反方向层绕，在这个过程中，不允许焊丝有前角度层绕，否则焊丝间会出现缝隙，下一层将出现瑕疵，层绕将被迫中断。因此换向区内的角度检测与控制至关重要。

Fig1 Automatic Arranging Welding Wire System
图1 焊丝层绕机自动排线器

Fig2 The Change Process of Angle in reversing Area
图2 换向区内角度的变化过程

通过换向开关动作自动形成直线单元移动方向标志，左换向开关置位右行标志，复位左行标志;右换向开关置位左行标志，复位右行标志。收线与倒线开关的上升沿将对直线单元的左右行走标志取反。以收线右换向为例，当右换向开关动作瞬间，直线单元以6倍基速快速推进至β≤0;当主电机继续旋转，直线单元以基速继续跟踪，当焊丝缠绕接近至工字轮的右边一圈线时，直线单元停止，同时复位直线单元右行标志，置位左行标志。收线左换向同理于收线右换向。收线左行时，角度α维持≤角+滞后角;右行时，角度α维持≥角-滞后角。换向区内角度的变化过程如图2所示。

2 控制系统结构以及工作原理

2.1控制系统结构

Fig3 The Control System for Arranging Welding Wire
图3 排线器控制系统

Fig4 The Control Block
图4 控制方框图

根据排线器的排线原理，控制系统完成排线角度的实时检测。设计采用1000线增量式编码器与PLC程序的结合实现的数字角度传感器进行排线角度的实时检测，传感器的分辨率为0.09°，满足小线径为0.8mm的焊丝在主轴上层绕一圈角度检测的要求;通过接近开关的动作来实现直线单元正常区域和换向区域的跟踪;通过PLC的输出脉冲控制伺服电机驱动直线单元的运行[3]。

2.2直线单元工作原理

直线单元的行进速度应与主轴转速相匹配。通过主轴上安装的速度传感器，测算出主轴的旋转角速度N（转/秒）。工字轮上焊丝沿轴向的移动速度为V= N＊Φ ，其中Φ为焊丝线径，单位mm，V的单位为mm/s。为保持排线机构与主轴上焊丝移动速度的同步，即保持固定的滞后角，直线单元的推进速度应等于V。为确保滞后角的同步，直线单元的行进速度应等于V加上角度回路输出值（偏移量），V转换成伺服电机的转速（脉冲数/秒）为：

脉冲速率=M＊N＊Φ/d（个/秒） （1）

其中, N为主轴的旋转角速度（转/秒）, Φ为焊丝线径（毫米）, M为伺服电机的码盘的每圈线数，d为滚轴丝杠的导程（毫米/转）。

根据式2-1伺服电机给定脉冲速率的计算公式，其取值范围为0～25000 P/S，故MV的输出饱和上限值应设为2500 P/S。

针对多关节工业机械手的比例和开关控制，以PLC作为其控制器，通过无线数传模块进行，实现远程无线遥控操作。手持操作器采用16位单片机，对检测到的按钮和摇杆操作进行数据编码后通过无线的方式发送至PLC，PLC对其解码后获得指令实现对机械手各关节运动的控制。该方案，具有良好的通用性和可扩展性。

关键词：无线遥控; 无线数传模块; PLC; 机械手

0.前言

可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种适用性强的工业用控制器，广泛应用于各类工业生产线，移动机械设备的控制等环境较恶劣的工业场合。其工作性能稳定，可扩展性强，应用简便。根据不同的模块配置，可以进行逻辑及算数运算，对数字开关量、模拟量等进行控制和采集，同时具有丰富的总线接口形式，可以利用公开的协议与不同设备构成复杂的系统。在我们所研制的工业机械手中，各关节由比例阀或开关阀构成开环液压控制回路，实现比例调速或开关动作，因此我们选用了西门子的S7-200系列PLC作为其控制器。[1][2]

在一些环境复杂的应用场合，尤其是对于移动机械设备，控制系统的布线受到诸多限制，操作人员与控制系统的位置安排不方便。因此，具有高度灵活性的无线遥控操作系统的应用得到了推广。目前工业上应用的无线遥控操作系统一般采用无线电数字传输方式。一些芯片厂商如Infineon、Micrel、RF Monolithics、Melexis、CML、ATMEL等也都推出了各种适应于不同场合和要求的RF芯片[3]。

无线数传模块是一种集成式的于无线数据收发的模块，可直接通过数据总线与其它控制、采集等模块连接完成无线数据收发功能，广泛应用于工业遥控、遥测，无线抄表，自动化数据采集等场合。具有性高，功耗低，协议透明使用方便等优点。传输距离可以达到几十至上百米，有些甚至可以到上千米的距离。目前很多厂商推出了工业化、系列化的产品，可以根据不同的使用场合和要求选择合适的产品。

目些厂家推出了的基于嵌入式处理器的工业用无线遥控器，其性能优异，集成度高。如HBC、JAY等，应用于混凝土泵车、装载机等场合。但由于其一般针对工程设备，不具有较好的通用性及可扩展性，且主要是国外厂家，价格高昂，其应用推广受到限制。

在我们研制的多关节工业机械手中，采用PLC作为其主控制器，完成对液压泵站和各关节液压阀的开关及比例控制，实现机械手的基本功能。采用无线数传模块通过无线通信方式收发数字信号，实现远程无线遥控功能，所设计的手持遥控器的输入开关量及模拟量由16位单片机采集并编码输出。

1.总体方案

该机械手用于巷道内进行混凝土喷浆作业，有自动和手动操作两种模式。自动模式下，PLC控制机械手各关节按程序预定的轨迹运动，调整机械手末端的方位与角度，使喷浆喷头按设定轨迹运动，且始终垂直于受喷的巷道面，完成巷道表面的喷浆作业。手动模式下，由操作员分别采用按钮和比例摇杆对开关阀和比例阀进行控制，驱动各关节运动，控制混凝土喷头的方位及角度。其中按钮控制泵站的启停及开关阀的方向切换，比例摇杆则根据操作人员的控制，形成一个±10V范围内的模拟量，比例阀根据模拟量的大小及方向，控制关节运动速度的大小及方向。其控制系统功能框图如图1所示。

图1 机械手控制系统功能框图
Fig1 Block diagram of the control system of the arm

在布线方便的情况下，按钮操作及摇杆操作的开关及比例信号可通过电缆直接输入到PLC的数字量及模拟量输入模块。这种方式结构简单、、性高，控制系统的硬件设计及软件编程为简化。但在实际工业现场中，布线受到诸多限制，尤其是对于移动型设备，采用有线控制方式人员操作不够方便灵活。由于我们研制的机械手需要在轨道上长距离运动，且操作距离较远，因此采用无线遥控操作的方式。为此我们采用无线数传模块作为通信模块，并设计了基于16位单片机的手持式操作器，改进后的遥控型机械手控制系统总体功能框图如图2所示。无线数传模块成对使用，在手持操作器端和机械手本体上的控制系统端各有一块，分别完成数据的无线发送及接收功能。在控制系统需要的时候，也可以双向收发，即同一端的数传模块在数据接收和数据发送功能中切换。此时需要注意，数传模块的发送与接收功能的切换需要一定的时间。

手持操作器根据操作员对按钮及摇杆的不同操作，通过IO口及AD转换进行，后的信息进行数字编码后形成指令，以ASCII码的形式通过串口发送到无线数传模块，无线数传模块再将指令以无线方式发出;机械手上的控制系统的数传模块接收到发送来的指令编码后通过串口总线传送至PLC，PLC对指令编码进行解码，分解出不同的操作指令，然后进行逻辑运算，根据不同的指令得到不同的需要执行的动作，再通过数字输出和模拟输出控制相应的继电器或阀动作，从而实现对机械手各关节的远程无线操作。通过信号电缆连接到PLC的按钮操作输入及摇杆操作输入保留在机械手本体上，作为备份或检修使用。同时，在PLC数字输入口和手持操作器上均设置遥控操作切换按钮，可以进入或退出遥控操作模式。PLC上的按钮操作应具有高的级。

由于摇杆操作采集的对象为摇杆的比例位置状态，它采用的是自动对中的设计的。因此在控制系统软件结构上，采用循环发送指令的方式。即进入无线控制状态后，手持操作器就定时地将采集到的状态发送出来，而不管此时有没有操作人员的操作输入。

图2 遥控型机械手控制系统功能框图
Fig2 Block diagram of the remote control system of the arm

2.通信模式选择

无线数传模块一般具备三种接口模式：TTL电平UART接口，可直接与单片机或其它芯片的串口管脚相连;标准的RS-232接口;标准的RS-485接口。其中232接口模式与485接口模式通过跳线进行切换。西门子的S7-200系列PLC具备一个或两个RS-485标准的接口，因此可以采用后两种方式，将PLC直接与无线数传模块的485接口相连;或者利用与PLC相配的PC/PPI电缆将PLC的485接口转换为232接口后，再与无线数传模块的232接口相连。

S7-200系列PLC的通讯端口支持多种通讯协议，此处可以采用的有两种。一种是西门子的PPI主-从协议，利用这种协议主站可以直接对从站，即控制系统中的PLC，发出指令，控制从站的各端口及功能。这种方式PLC的编程简单，不需要对原有从站程序进行修改。但是PPI协议不是一个公开的协议，在文献[4]中提到了一种通过串口侦听PPI协议从而利用主站编程控制从站的方式。另外一种通讯模式是自由口模式，利用自定义的PLC程序控制S7-200 CPU的通讯端口，使用用户自己定义的通讯协议来实现与外界的通讯。这种模式支持ASCII和二进制协议。自由口模式使用简单、灵活，但需要对PLC进行专门的编程。因为无线遥控所需数据量不大，通过比较，选择了自由口通讯模式，以ASCII码的形式在手持操作器和PLC之间传递命令和反馈信息。在PLC内编写了专门的无线控制程序，实现无线控制状态下的数据通信及对机械手的控制。

无线数传模块的功能仅为实现PLC与手持操作器的无线通信功能，对于PLC与手持操作器中CPU而言，通过无线数传模块的无线通信与通过串行端口直接相连的有线通信两种方式，在编程上是没有任何差别的。

单片机与无线数传模块的通信接口则可以选择三种接口模式中的任一种，既可以采用简单的直接相连;为提高稳定性，也可以采用232或485芯片进行电平转换后再与数传模块相连。为保持好的可扩展性，我们选择了RS-232接口标准。

3.手持操作器的设计

手持操作器的功能为通过处理器的数字IO及AD功能检测按钮及摇杆上的操作输入，并将转换后的数字信号进行编码后形成控制指令，通过无线数传模块发出。

XC166系列单片机是英飞凌科技（Infineon）的16 位微控制器产品，其优异的内核结构，的指令集，以及不断扩充新的产品线，使其广泛应用于汽车电子、工业控制和信息技术领域。该系列单片机具有丰富的接口模式，如14通道10位AD变换器，同步/异步串行通道USART，高速同步串行通道SPI，CAN模块，79个IO引脚等，并可与各种设备组成通讯网络。同时，该系列单片机适应于恶劣的工业环境，工作温度可在-40～125°C。[6]针对我们所设计的手持操作器的功能，我们选择了XC166系列中的XC164CS型单片机。这样只需附加少的外围硬件，就可以实现所需的功能，同时，使该遥控器具有工作性能稳定和易于进行功能扩展的优点。

手持操作器的功能模块主要包括AD采样功能，即采集摇杆操作产生的比例控制电压;数字IO功能，即采集按钮操作状态和进行一些功能状态显示;通讯功能，即定时地将采集到的控制指令按规定的格式编码后通过串口以无线的方式发送。

手持操作器由电池供电，XC166系列单片机及无线数传模块可以满足低功耗的要求。

4.数据性

无线遥控操作系统**的高性和控制的性，避免发生失控和错误控制指令现象，本系统主要通过以下几方面来**：

无线数传模块的高抗干扰能力和低误码率，前向纠错信道编码技术;

串行通讯协议校验，一般采用奇偶校验;

软件协议校验;通过软件编程，对发送的数据进行校验，可采用CRC校验、交互确认或多次发送对比的方式。在我们的程序中采用同一动作指令重复发送的方式，只有命令指令与确认指令相同，PLC才接受指令，否则忽略此指令。这样就避免了通信所产生的错误指令;

PLC的“软件”;在PLC程序中设置定时程序，当时未收到无线指令时，停止机械手动作，防止由于通讯中断而使机械手失控;

通过以上四个措施，可以有效地**无线遥控的性，防止产生错误操作指令或机械手失控。

5.结论

通过试验证明，这种采用PLC和无线数传模块的遥控方式简单可行，由于PLC及数传模块都有成熟的工业化产品，性高，，扩展性好，因此本方案具有较高的实用，简化了设计过程。但手持操作器中的单片机模块尚需进一步的工业化设计，以达到高的工业性要求，并实现总线通信、自检验等多功能。

本文作者点：通过设计一种新的架构体系，利用工业化的无线数传模块，将PLC控制与无线遥控结合起来，使机械手控制系统能够兼具二者的优点，降低了成本、满足了控制系统稳定性、兼容性及无线控制的要求

    可编程逻辑控制器（Programming Logic Controller, PLC）作为一台工业计算机，集数据的采集、处理、显示于一身，那么作为数据终端，数据的显示是必要的。虽然PLC本身有许多指示灯，可以观测到PLC的CPU单元、输入/单元及网络通信单元的运行工作状态，但无法显示PLC内部数据。计算机通过与PLC通信以及触摸屏都可以实现PLC显示，但价格昂贵，对一些小型不需要经常改动的系统来说是浪费。本文采用拨码开关和数码管来显示PLC内部数据，操作简单、廉，对实验教学和工程人员有参考。

（1）应用行业：机加工、过程控制等。

（2）使用产品：CJ1M（CPU22）， CS1W-ID211，CS1W-OD261

（3）应用的主要工艺点及要解决的主要问题：内部数据的动态显示

（4）应用方案简介：用高频率晶体管输出单元，结合高速定时器指令TIMH实现内部数据的动态显示。

2 动态数据显示

2.1 硬件系统设计

    LED数码管有7段显示灯，可以用来显示0～9间的10个数字。CJ1M系列PLC内部通道数据一般都是四位，如果用借用每个输出点来控制一个显示灯，那么一个数码管就需要7个输出点，这显然要占用大量的输出点，是不经济的。这里选用含有内置译码电路的数码管如CD4511，可以把8421码自动译成7段码。8421码或BCD码用4个接口加选通信号，就可以显示一个数据位。将四个8421输入线组合与某个输出通道的四位相连，每个选通信号的输入信号与通道中剩下的四位相对应连接，这样一个输出通道就能显示PLC四位（一个字）内部数据。具体接线图如图1所示。

图1 PLC硬件接线图

    注意，这里的PLC输出模块应选用晶体管或者晶闸管输出单元，而不宜采用继电器输出单元。因为继电器输出单元为有触点开关，响应慢、速度低，不适用于高频率的通断，也不适用于动态数据显示[1]。故图1中采用OMRON公司CJ1W-OD261（64点）晶体管作为输出单元，其在本PLC机架上的IO地址分配为6.00～9.15，这里用0006通道作为内部数据的显示通道。6.00～6.03为CD4511的数据输入端A、B、C、D，其中A为位，D为位， 为高电平时锁存数据，四位数据的 端由PLC的6.04～6.07分别控制，4个数码管共占用8个输出点。

2.2 选通信号的生成

    由于4个数码管 的线皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，4位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就采用扫描方式轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。使每位分时显示该位应显示字符，根据人眼视觉特性，当LED所加信号频率大于50Hz时,人眼不能感觉其变化，所以每位显示的间隔不能过20ms，也就是说要在20ms之内分时的点亮所有LED，LED越多所分的时间越短，亮度就会不足；如果增加点亮时间，又会使扫描频率下降，有闪烁感容易造成人眼的彼劳，故常采用动态扫描方式[2]。这种扫描方式仅适用于LED不过10个时的场合，本例中只有4只LED数码管，故可以选用此方法。

    CJ1M系列PLC有丰富的定时指令，其定时器类型有1ms、10ms和100ms，这里选用TIMH指令[3]，定时器的设定值为#1，这样选通信号的周期为10ms。

2.3 同步化处理

    PLC采用循环周期扫描工作方式，指令的执行由上至下，有左至右，的结果将影响后面；个周期的结果影响下一周期。PLC逻辑设计同步化就是设法实现：用脉冲信号控制输出及内部状态的转换，有脉冲作用的周期，执行指令才有效果；而且在脉冲信号起作用的这周期中，指令的执行结果，不改变后面指令的执行条件[4]。同步化处理的方法很多，在图2中是通过合理安排指令的先后顺序来实现同步的。

    图2中，系统上电，高速定时器开始定时，10ms后，其常闭触点断开，即T0输出一个脉冲，宽度为一个扫描周期。个脉冲到了， 6.04置位，成为行的指令执行条件，但这时它的指令已经执行完毕，故在此脉冲作用期间，也不会有什么变化。依此类推，四个脉冲之后，6.07置位，6.06复位，成为工作寄存器W0.00输出的条件，五个脉冲到来，6.07复位，梯形图又回到初始状态，如此反复，分时实现四位数据的 端6.04～6.07轮流接通10ms。

在过去的10年中，许多为硬件商开发运行软件的三方软件开发商已销声匿迹。曾经他们是必需的，因为那些开发硬件的工程师只能开发硬件，他们不会编写软件。大部分的厂商仍然把自动化解决方案的技术保密起来，这样他们就可以留住那些受制而无法走开的用户。你使用他们的软件、数据线还有方法。这样没有发展可言。

    在技术领域，“发展”的定义为“某一事物逐渐转变为另一事物的过程，事物通常变得加复杂或形式上得到改进”。就PLC的发展来说，或者我们可以将其称作“渐进”，PLC 发展了吗？改进了吗？它形式上有何改进？当然了不仅仅是这些，问题要复杂的多。

    到目前为止，我已经涉足PLC和自动化有30年了。PLC开始的时候，是一个非常具有开创性的技术，用Dick Morley喜欢拿来形容他的这项发明的话说，就是“PDP-11拖拉组”。他是公认的有据可考的PLC的。PDP-11是一个集成电路电脑。PLC并没有你想象中那么神奇，有时候不得不敲击它让它运行，没有可以关闭的按键，看上去一点也不酷。哦，而且在当时来说，价格非常、非常的昂贵。

    在过去的10年中，让人惊叹的PLC以及它的稳定支撑系统都发生了什么变化呢？

    我在做PLC指令的那些年里，总被灌输的一种思想是：PLC是一个控制系统 —— 不管它看上去像什么。重要的是它能够做什么。PLC 是一个电子设备 —— 有可编程的存储器，输入/输出和电源供给—— 执行由用户输入的指令。 对，它就是一台电脑，但是那个时候我们还没有这种意识。同时我们还需要一个编程设备，将那些讨厌的地址输入这台机器中。我们控制这些离散的应用设备和软件，然后处理它们，当我们的视线变的模糊，而PLC也变身发展成为一个羽翼丰满的自动化控制器。这点很重要。

    每一个厂商，无论是Texas Instruments、西门子、Struthers-Dunn还是 Allen-Bradley，都有他们自己的做事方式。十年的时间里，许多为硬件商开发运行软件的三方软件开发商都已销声匿迹。曾经他们是必需的，因为开发硬件的工程师只能开发硬件，他们不能写软件。但是后来这种状况已经改变了。

    十年前，当IEC-61131早出现的时候，它还是基于一种旧式的想法。

    硬件提供商所有权至上的天性，为许多公司创造了市场机遇。但同时也为使用者增加了梦魇。“受制而无法走开”这个词难道还不能够让大家惊醒吗？正是在这种环境下，来自GM Powertrain的一个小组开始研发OMAC，即开放、模架构控制。这个小组推动了开放性标准和开放连通性的使用。我相信这样它也就开通了指向今天的一条发展进化之路。

    谁能够想到来自很多供应商的DeviceNet设备会同舟共济，从事同样的领域呢？这本身就是一种进步。

    现今PLC的价格和性能比是10年前的30多倍。小型PLC系列的性能，得上年中型或大型的PLC系列的性能。不同的是输入/输出的计算。还记得吗？10年前，256K的随机存储器是昂贵的。体积小而分布广就是今天PLC的现状。在曾经美好的岁月里，大型的PLC处理器为控制做出了的贡献有目共睹。而现在交流平台的可行性和多样性使自动化分布广。

    而bbbbbbs 95 的出现，似乎是担心我们忘记了软件的重要性，迎来了计算机领域运行软件的全新时代，曾经要一个小时才能完成的事，现在只要五分钟就可以完成。而可操作性则是提高了不知多少亿倍。并不是我们以前没有软件，只是现在的软件容易操作罢了。bbbbbbs系统，比起DOS系统，能够提供为精细的发展平台。学习曲线不再仅仅是急剧攀升了。毕竟，“这可是bbbbbbs系统啊！”谢天谢地！我们已经经历了从用大车拉载的大型电脑到膝上型电脑的自动化发展。我多么怀念曾经那些使用键盘和盒式磁带的岁月啊！直到我意识到现在我们拥有的是好的。

    Morley认为PLC 正发展成为一个工具，而且这个工具使用时能互联网（确切地说是IP）。他已经开发了家用PLC，即PERTASCO（个人任务控制器）。操作的方便性使其广为流行，而且没有必要注册。他觉得今天这一领域的软件开发太倾向于厂商，而用户正在流失。

    我和人们谈到这篇文章时遵循的一个主线就是：现在的PLC可编程序控制器，已经发展成为了PAC（可编程序自动控制器），厂商赋予了其专门的定义。PLC和PAC两者的市场分布有重要的区别，但是功能上的差别不大。在PLC进化曲线上，这是个标志点。PAC根据定义是PLC。它具有PLC系统所具备的一切，但是这是有差异的。

    Lee Lane，Logix Rockwell自动化生产部经理说到：“PAC可以用一个通用控制平台处理离散、运动、驱动、、批量，还能处理控制型应用软件。”PLC在10年前就已经做到了这点，Heck系统在20年前做到这点。PLC-3中配有Advisor制图或Modicon公司的PLC584提供的Modvue制图，非常酷！还记得GA模块吗？为什么需要一个新的定义呢？发展，我亲爱的读者，我们的主题是发展。组成元件和功能性的集成是PAC发展的也是大的原因。我们以前也可以做这种跨学科的东西，但是做得并不漂亮。这不是说每件事都是事后反思，而是没有什么事情能在一开始就做得恰到好处，确实要做出改变是痛苦的。

    Lee 说，有了PAC的架构，你可以用软件在不到五分钟的时间内嵌入一系列的运动。这是不容置疑的进步。他将向PAC应用环境的转变归功于商业上有望提高工厂效益的需求。他说，数据要求激增，这就使得从事IT业的工程师迫切需要一个加综合性的解决途径。

    通用数据源使得集成硬件和软件可以通过的数据通道自由流通。Lane说，这使得他们可以根据所需信息对资源进行级别分类。比尔•布莱克，GE Fanuc 的控制器生产部门经理，也同意这一点，但是他给出了不同的理由。他相信PAC系统的出现归因于全世界范围内对于减少生产成本以及增加定型硬件架构性能的需求。他说，在过去的10年中，许多新的软件工具已经进入市场。这些软件提高了工程师的能力，使得他们能够有效并地进行设计。比如说，如果在某一步骤使用某一特定的处理器，就可以在瞬间获得关于热量的信息。记住，在自动化系统中没有降低处理器热度的风扇。

    闪存和表面组装技术使得GE可以设计出好的非架构，引导使用者并为其提供好的应用软件，轻松的设计和建构，如果需要的话还可以转移到不同的平台上。

    我还认为这个平台也使得集成系统做出了贡献。Opto 22 和这种“渐进性”自动化有一些不同的观点。Opto 22开始的时候是一个输入/输出公司。Rich Ryan，当时是Rockwell 软件的，在一次会议上说，我要求每一个控股公司都能成为一个输入/输出公司，将会停止诸如处理器的生产。这大约是10年前的事。虽然Opto22现在也提供PAC系统，他们还是会说，就收益方面来说当时Ryan是对的。许多的厂商仍然将解决自动化的能力放在某处的一个盒子里。这样，他们就可以留住那些受制而走不开的观众。你不得不使用他们的软件、数据线和方法。这样没有发展可言。

    Benson Hougland，Opto 22的市场部副，提出今天我们可获得的处理能力使得输入/输出子系统自动处理数据。如果你愿意，你可以把这种能力置于手中，处理过程尽在掌握中。10年前我们还不能做这些事情。Opto人员说，促使这一切发生的是以太网，伴随的还有这样一种观点，那就是以太网可以是一个公共的公交系统或性的物质媒介。

    Hougland还说，以太网输入/输出系统可以是控制网络的一个立成员，可以同高层次的软件应用直接对话。Opto 22和许多其他人的想法一样，那就是未来的合作如果没有数据的流动是无法进行的。

    追踪和控制是两种不同的事物。我相信，从控制器转移 ——这是控制—— 对于一些人来说会觉得陌生，也会得到一些厂商的奚落。所以，PLC的发展是PAC。但是它仍然是PLC，有用户输入指令，内存和输入/输出。但是，我们可以轻松地做多的事情，我们的周末又可以是空闲的了。

    然而，我们发展的速度并不快。我相信在未来的10年里，发展速度会不同以往。就像Morley说的，所有这一切都因特网。这就包括：以太网、IP技术和网络服务，以及在任何时空使任何人获得信息的能力。我们控制系统厂商提供的优惠已经满足并且过了以上的条件。

【论文摘要】

    上世纪60年代后期，根据当时汽车市场需求和计算技术的发展，在美国麻萨诸塞州Bedford的Bedford Associates,向美国汽车制造业提议开发一种Modular Digital Controller（MODICON）取代继电控制盘。其它一些公司也建议以计算机为基础的方案。其思想是采用软件编程方法代替继电控制的硬接线方式，并备有生产现场大量使用的输入传感器和输出执行器的接口，以便于进行大规模生产线的流程控制。 

PLC发展回顾  

    上世纪60年代后期，根据当时汽车市场需求和计算技术的发展，在美国麻萨诸塞州Bedford的Bedford Associates,向美国汽车制造业提议开发一种Modular Digital Controller（MODICON）取代继电控制盘。其它一些公司也建议以计算机为基础的方案。其思想是采用软件编程方法代替继电控制的硬接线方式，并备有生产现场大量使用的输入传感器和输出执行器的接口，以便于进行大规模生产线的流程控制。这就是以后被称为Programmable Logic Controller的由来。MODICON 084是世界上种投入商业生产的PLC。70年代是PLC，在汽车工业获得大量应用，在其它产业部门也开始应用的时期。80年代是它走向成熟，采用微电子及微处理器技术；大量推广应用，并奠定其在工业控制中不可动摇地位的时期。在此阶段PLC销售始终以两位数百分点的速度增长，年的增长率过35%，后四年稳定发展，年增长率约12%。  
   
    90年代又开始了它的三个发展时期。随着PLC的标准IEC 61131的正式颁布，推动了PLC在技术上发动新的。 
 
★ 在系统体系结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；  
★ 在编程语言上，文本化和图形化的语言多样性，创造了具表达控制要求、文字处理、通信能力的编程环境。  
★ 从应用范围和应用水平上，除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，则是发展以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采SA系统、柔制造系统（FMS）、联锁保护（ESD）系统、运动控制系统等，地产提高PLC的应用范围和水平。  
进入90年代后期，由于用户对开放性的强烈要求和压力，由于信息技术的大力推动，PLC如果还停留在原有的而又封闭的系统概念上，它将坐以待毙。于是PLC进入了其发展的四阶段。其特征是：  
★ 在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口等。  
★ 采用各种相关的工业标准和一系列的事实上的标准。值得注意的是PLC和DCS这些原来处于不同硬件平台的系统，正随着计算技术、通信技术和编程技术的发展，趋向于建立同一硬件平台，运用同一个操作系统、同一个编程系统，执行不同的DCS和PLC功能。这就是真正意义上的EIC三电一体化。或者说DCS和PLC的形态将会变化，而它们的功能依然存在。其中的关键技术应该是嵌入式PC系统及支持现场总线的I/O （硬件） ，以及以IEC 61161-3为基础的编程系统及强实时（hard real-time）操作系统。  

PLC在中国的发展  

    在中国，大约从1974、75年在北京和上海开始开发采用位片式微处理芯片的可编程顺序控制器，并有所应用。但一直未能形成批量生产。在刚起步的1979年，在当时的机械部仪表局的推动下，开始从美国MODICON引进起584的PLC，并在电站的辅机如输煤、除灰除渣、水处理系统以及水泥厂等控制系统中成功应用，从而大大推动了PLC在我国工业的大规模运用。遗憾的是，花了很大一笔外汇的这个项目并不曾形成良性的有后续的发展。  

    自1985年开始，小型PLC是日本三菱电机公司的MELSEC-F，通过非渠道进入中国市场。不到三、四年时间，小型PLC就形成了大面积的推广应用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它开始大举进入中国市场，占据中、大型的PLC的较大份额。1995年后形成了大型PLC以欧美为主、中型PLC欧美和日本平分秋色、小型PLC则以日本为主、Siemens也步步紧逼的格局。至今没有很大改变。 
 
    由上简要回顾可知， PLC在中国已经形成了规模的应用市场，但并未建立批量生产、有持续开发发展能力的PLC制造业。  
    
    应指出的是： 
 
★ 在国内，PLC的应用水平还是不低的，自主设计、系统集成和现场投运的能力，可以说与主流水平同步；  
★ PLC的应用领域也很广泛，覆盖冶金、电力、化工、石油化工、机械、轻工、电子、电工、建材水泥等工业，以及现代农业机械和其它应用。近年来环保工业也有广泛应用，发展势头很猛。  
★ 在国内有一支庞大的PLC销售、服务、应用、系统集成队伍，遍布除西藏外的全国各地。有充足的理由说：PLC在中国已成为工业控制的一种适用技术。因此，PLC、软PLC以及IEC 61131-3的发展，无可争辩地成了十分令人关注的事情。 

IEC 61131标准在中国  

    1992年以后，可编程序控制器标准IEC 61131的各个部分陆续公布施行。中国的工业过程测量和控制标准化按与IEC标准等效的原则，组织翻译出版工作。于1995年12月29日以GB/T 15969.1,15969.2,15969.3,15969.4 颁布了PLC的。该标准只涉及IEC 61131的、二、三和四部分，没有纳入1995年以后出版的五部分通信、七部分模糊控制编程软件工具、八部分IEC 61131-3语言的实现导则。
  
    自标准颁布之后，并没有产生很大的影响。原因在于：中国不存在真正像样的PLC制造业； 在中国国内有影响的PLC并不积推介； 包括该标准的主管部门在内，很少有组织的推进活动。
  
    直到1998年以后，由于IEC 61131-3在控制业界的影响越来越大，在中国国内有影响的PLC开始提及自身符合或兼容IEC 61131-3；若干新推出的DCS系统也公开宣称，符合或兼容IEC 61131-3。于是，人们才关注这个标准。在有关杂志上有专文介绍该标准的制订背景、重要性、标准的主要内容。中国机电一体化技术应用协会组织翻译了两名德国作者Ｋarl-Heinz John和Miachael Tiegelkamp写的专著：“IEC 61131-3：工业自动化系统的程序编制”。现已由该协会内部发行。  

    近，中国机电一体化技术应用协会（CAbbbb）与以开发基于IEC 61131-3的编程系统称著的德国KW公司远东总经理Robert Champoud先生合作，组织协调有关IEC 61131项目的研讨会活动，得到Siemens、Phoenix、富士电机的大力支持。这对于促进它的推广，有着深远的意义。

软PLC在中国  

    所谓软PLC实际就是在PC机的平台上、在bbbbbbs操作环境下，用软件来实现PLC的功能。此概念大约在1996年以后才被介绍到国内来。由于这种技术尚不成熟，所以只有在学术界少数人对此关注。
  
    尽管Interllution和 Wonderware的HMI和SA软件在我国推广都很成功，但它们的软逻辑、软PLC产品P-31和InControl却少有人问津。当然，这两家公司也不曾刻意去开发这个市场。 

    Think&Do和Steeperchase 的VLC都是1998、1999年进入中国市场的，特别是Think&Do花了很大的努力，至今仍不尽如人意。当然有一些成功应用，如邮件分拣系统。我感觉，这多少与它们不采用IEC 61131-3，而是倡导用流程图编程语言不无关系。  

    德国KW公司在1998年以后就在北京设立办事处，着力推广其符合IEC 61131-3的编程系统MULTIPROG和 控制程序ProConOS。  

    Siemens从2001年开始在国内推介其软PLC系列产品Wi，已经有了一些应用。他们是很有战略眼光的。德国Inforteam公司的 openPCS 在国内也开始了市场开拓活动，2002年6月曾在上海的自动化展览会上举办过技术交流。  

    我国自行开发的DCS系统，如上海自仪公司的SUPMAX-800，选用法国CJ International公司的符合IEC 61131-3的IsaGraf和美国的强实时操作系统Vxworks。北京的和理时已采用Inforteam的OpebPCS开发新的DCS。  

分析全世界控制设备的发展情况  

    从全世界范围看，软PLC/ 制作为新兴产业正在发展。面对这种挑战，PLC仍在发展。  

    据美国Venture Development Corp.报告，2000年全世界共销售DCS系统，PLC系统和制系统达220亿美元。其中DCS 40.5%；PLC 46.3%；制13.2%。这三种控制系统所用的分散型/远程I/O的市场销售额也为220亿美元。年增长率为6.6%。到2005年估计达300亿美元。从应用领域看，DCS仍然牢牢把握大规模连续流程工业（I/O达数千点）过程控制的应用。PLC已经拥入批量控制市场，在其传统的离散制造工业仍然占据主导地位。软PLC/制采用工控PC机（或嵌入式PC机）和强实时OS，可实现PLC功能和运动控制。直至今日，制在性、性等方面还未广泛认可。  

    据美国Venture Development Corp.报告，PLC与软PLC/制相比具有以下优点：  

＊ 维修务系统健全，有经验的维护人员队伍庞大。  
＊ 电源故障不会产生大的影响。  
＊ 对低端应用，PLC具有大的性能价格比优势。  
＊ 性无可比拟，故障停机少。  
＊ 加固型结构，适合工业环境应用。  
＊ 与PC机发展太快相比，PLC产品可长期供货，长期提供技术支持。  
PLC在工厂自动化中的地位之所以如此稳固，原因在于：  
＊ PLC的技术具有长期的稳定性，软硬件均应用方便，即插即用，价格适中，堪称工业控制的适用技术。  
＊ 可以说当今工业控制所要求的性能，PLC可满足85%至。其不足部分可用其它办法。  
＊ 近几年来PLC也在不断提高其技术内涵，融合了IT技术（包括以太网，因特网，无线网技术，现场总线技术，以及运用软件工程方法提升PLC的编程语言，开发全新的编程系统，等等）。  
＊ PLC在开放性方面也有了实质性的突破。多年PLC被攻击的一个重要方面就是它的专有性，现在有了大的改观。PLC采用了各种工业标准，如IEC 61131，IEEE802.3以太网，TCP/IP，UDP/IP等，各种事实上的工业标准，如bbbbbbs NT，OPC等。  
＊ PLC在硬件上也有长足进步。微电子技术的进展全都运用到PLC中，元器件的集成度越来越高，促使PLC成本下降和性提高。专为PLC的CPU设计的PLC-on-a-chip芯片业已问世多年。  

    PLC的产品在体系结构和操作系统上都有了质的变化,性能大幅提高。一个机架上可装多个CPU模块。也出现了以Web为基础的PLC系列产品。PLC、软PLC、IEC 61131在中国的未来传统的PLC制造业不会在可预见的未来在国内建立和发展。但不排除软PLC在近期和可预见的未来，有可能在国内形成一定的气候。软PLC的I/O可以利用主流及一些有生命力的现场总线的系列产品。强实时操作系统可采用bbbbbbs CE，NTE，VenturCom的RTX以及其它；只要它们能实现控制的时间确定性，即**能以时间高度一致的方式执行控制指令序列，并具有可预测的结果或行为。  

    加入WTO以后，中国成为“世界制造工厂”的进程正在加速。我们有足够的理由相信，PLC、软PLC在中国的销售的年增长率会**世界的平均年增长率。因此，对PLC、软PLC以及IEC 61131的推广应用，特别是高水平的技术支持变得十分重要。 
 
    随着现代工业的规模生产的发展，为提高企业的市场竞争力，引入管控一体化的体系结构ERP/MES/PCS，在国内已提到议事日程。作为基础自动化PCS层的主要工具—PLC的应对手段，应该是加强PLC联网和通信开发能力，以及信息初加工的能力。在国内，就平均水平而言，精通或通晓PLC联网通信、PLC与计算机通信的技术人员，与今后的需要相比，还有不少差距。为此，急需采取措施，加强培训。CAbbbb在这方面也应有所作为。  

    IEC 61131-3是目前的关于工控编程语言的标准。广泛应用于PLC、DCS、SA，甚至于运动控制。在国内IEC 61131-3的推广应用肯定大有作为。关键问题在于采用那些措施加快进程。

简短的结论和建议  
    PLC、软PLC/制、IEC 61131-3及其相关软件（强实时操作系统、编程系统平台等），在今后的十年内仍是工业控制舞台上主角。这要求我们把握时机，认清方向，抢占先机。  

    随着现场总线技术的发展和现场总线产品的普遍采用，除了加强IEC 61131-3的宣传推广外，还应多多宣传IEC 61499这个IEC 61131-3不能适应分布式系统缺憾的新标准。  

    在经过轮的IEC 61131-3的巡回演讲活动之后，应通过各种工具宣传，让从事工控的技术人员，特别是PLC的编程人员都知道，不掌握IEC 61131-3的编程语言，将会落伍，跟不上发展。  

    CAbbbb应扶植一两个开发软PLC/制的公司，抓几个有典型意义的应用项目，如规模较大的制造业生产线，成功后加以总结推广，让业内人士认识到软PLC/制的优越性。