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主要分析了PC-Based PLC在控制系统中存在的理由及其发展过程，并对基于PC-Based PLC架构的控制系统的集成方法与技巧进行了阐述和分析，同时列举了两种PC-Based PLC产品 I-8000以及ADAM5510分别在分布式油料计量与统计管理系统以及分布式无线煤气管道监控系统中的应用。

1 PC-Based PLC的概念

PC-Based PLC也称嵌入式控制器，是近几年随着嵌入式CPU、嵌入式操作系统和IEC-61131-3(LD、SFC、FBD、IL、ST)标准化编程语言的发展而发展的，它不再像IPC那样以机箱加主板为主体结构，再搭配诸如A/D、D/A、DI/DO等功能I/O板卡的组合产品，也不想PLC那么封闭，而是一个立的基于嵌入式PC技术的开放式的控制系统，适合应用于小型的SA系统。如泓格的I-8000系列、Advantech的ADAM5510系列, 其主机内部是40MHz主频的80188 CPU，操作系统为兼容DOS的MiniOS7(I-8000系列)或者ROMDOS(ADAM5510)，其编程环境是基于PC的标准C语言程序，程序开发过程与PLC其相似：再PC上编写扣住任务程序，并将其编译好后传送到主机内的RAM上、再让其脱机运行。另外为了使其具备PLC的优势特性， PC-Based PLC也可使用梯形图编程，如泓格的ISaGRAF(配合I-8417/8817主机)，相对于PLC而言，PC-Based PLC的优势在于拥有IPC强大的Computing、Data Processing和Communication功能，在软件方面，PC-Based PLC支持IEC-61131-3(LD、SFC、FBD、IL、ST)的五种标准语言和软逻辑。

由于以上特点，PC-Based PLC将会加开放和标准化，能适应加复杂的控制和管控一体化信息的需求。总之，IPC是开放式架构、开放式系统，PLC则是封闭式架构、封闭式系统，而PC-Based PLC介于二者之间，是开放式架构、封闭式系统。严格地说，IPC一般承担着管理控制任务和协同下级小型控制器或智能现场设备的控制任务，而PLC一般用作现地控制器。由于PC技术、信息技术、通信技术的交替发展，使得研发PC-Based PLC的投资相对减少，会有多的厂家来共同推进PC-Based PLC的发展。因此，PC-Based PLC会有非常好的发展前景，但这并不意味着在短时间内PC-Based PLC会取代PLC，PLC和PC-Based PLC将会在竞争的发展中逐渐走向融合。

2 基于PC-Based PLC架构系统的应用策略

2.1 AI模块

AI (Analog bbbbbs)的多寡对系统的运行的实时性和稳定性有较大的影响，尤其是当AI模块较多时其影响大。主要原因为：诸如I-8000或者ADAM5510 控制器的CPU仅仅是一款主频只有40MHz地80188的控制器，其数据处理能力、存储空间有限，导致其运算、逻辑处理以及事件响应的快速性就没有 IPC那么强大，由于CPU要完成一次A/D的整个过程要进行采样、保持、同步、转换、存储、处理以及运算等一系列的过程方可完成，比较费时，因此，当要完成的AI通道数较多时，必然会影响采样的实时性和系统地稳定性。通常而言，在一个控制器中，一般不要过两块AI模块为佳。

2.2 继电器输出模块

继电器输出模块对整个系统的影响大，处理不好，将会导致整个系统崩溃和经常出现当机、主机板烧坏等现象，由于I -8000或者ADAM5510控制器的供电一般为10～30VDC，总的输入功率为20W，不像IPC的输入功率为250W那么大，如继电器输出模块尤其是大功率继电器模块插放的太多，由于系统供电能量不足，将会导致其输出不正常，控制系统经常误动作，导致系统崩溃、当机，甚至会导致主控板烧坏，使系统的稳定性、性以及性存在许多隐患因素。一般而言，诸如继电器输出模块不要过两块，尤其是功率继电器模块为一块。如系统要控制的功率继电器较多，可以采用普通光隔开关量输入/输出模块利用多级放大的原理连接。

2.3 通信处理

在由PC-Based PLC架构的控制系统为重要的一个环节便是与上位机进行的实时数据通信过程，而这一环节往往是制约系统实时性和稳定性的因素，它容易出现数据瓶颈。因为上位机通常为bbbbbbs操作系统，应用程序一般有人机交互界面和实时显示界面，而往往将人机交互界面和实时显示界面设计为前台窗口，数据通信、分析以及存储设计为后台运行，但bbbbbbs 并不是作为实时操作系统设计的，是抢先式、多任务、基于消息传递机制的操作系统，但仅凭消息调度机制，显然不能满足实时系统的要求，难以保证准确实时地完成前后台控制任务。因此在bbbbbbs环境中，采用多线程技术，可以有效地利用bbbbbbs等待时间，加快程序的反应速度，提高执行效率。用一个线程管理计算机数据通信，另一个线程进行数据处理、分析与存储，这样在满足数据连续采集的同时，增强了系统事件响应和通信控制的实时性。

PC -Based PLC与上位机一般采用RS-485、CAN、ModBus或者Ethernet，如采用RS-485、CAN、ModBus时，则要合理分配通信口，一般RS-485、CAN、ModBus的通信适配器卡有两个口，因此如控制系统有两个控制模块，上位机可以采用一个通信口与两个下级控制器通信，但是如有四、六个……，将其分成两组，上位机则采用两个通信口分别与其通信，上位机采用两个线程编写通信程序，配置图见图1所示。

1：配置图

2.4 电源配置

如一个控制系统有多块PC -Based PLC控制器，考虑到系统的经济性以及性，每两块控制器公用一个开关或者线性电源，考虑到电源本身的功耗，此时电源的功率大于60W，并且每个电源模块分别接入～220VAC或者～380VAC的电源，千万不要串接。选择开关电源时要注意选用系统功率因数大于0.99且纹波电压Vrms≤1.0%、纹波系数≤0.2%的功率密度大、电磁兼容性好、低纹波开关电源。同时将控制器I/O通道和其它设备的供电采用各自的隔离变压器分离开来，有助于提高控制系统的抗干扰能力。

2.5 信号地的处理

正确、良好的接地可以将混入电源和I/O 电路的干扰信号引入大地，或减小干扰的影响，是保护和抑制噪声的重要手段，对提高I-8000或ADAM5510系统的稳定性、性其重要。为了尽可能减小电磁噪声影响，电源回路和控制回路要分别设立接地。在控制系统中难免有变频器之类地功率器件，注意要将变频器散热器、电源中性线、变频器外壳和中性端、电机外壳和Y型接法中性端要接于电源回路接地上，所有接地线不可形成接地回路。变频器接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于 4mm2，长度应控制在20m以内。屏蔽层、数字信号地接于控制回路接地。为防止形成回路，屏蔽层应单端接地。制器的接地线与电源线、动力线分开。PC-Based PLC单接地，也可以与其他设备公共接地，但严禁与其他设备串联接地。

3 实际应用案例

3.1 泓格I-8000在小型油料计量管理中的应用

在小型石油公司中，要进行大量的油料计量工作如轻油、0#汽油、90#汽油等，其计量过程往往是车队从货运站拖回公司后经公司磅房过磅称毛重、卸料、车辆出厂时，再过磅称车重等等，过磅过程、手续、登记其繁琐，有时还容易出现错磅和漏磅现象，不容易管理，并且给统计、计量工作带来了大的困难，过磅工人的劳动强度大，经常出现车队排队过磅的现象，办事效率其低下，为改变这种局势，采用PC-Based PLC I-8411嵌入式控制，并配以模拟信号输入模块I-8017H、模拟信号输出模块I-8024、光隔离数字输入/输出模块I-8042、I-8060继电器输出模块以及RS232/RS485转换器I-7520，并利用计算机控制技术，为其不同的油料的进站计量、出站计量、统计等开发了一套分布式的油料计量、统计管理系统，省时又省力，深得用户喜爱。系统架构图件图2所示。

图2：基于I-8411的分布式计量架构图

3.1.1 功能模块

1) 利用I-8017H的差分输入的6路分别采集运输车油罐的液位、液体温度、两个LUGB系列涡街流量变送器的流量值(备计算用，取两个流量计的平均值作为真正的流量值)、存储油罐的液位值以防液体溢出、温度等;

2) 利用I-8024的D/A功能，输出0～10V的直流信号作为Siemens公司的Micro Master通用型变频器的变频控制输入信号，以使变频器能进行V/F转换，变成0～50Hz的交变信号实时控制三相异步电机，达到使电机变频运行、促使液体恒速流动的目的。

3) 利用I-8060功率继电器输出信号实时控制各种流量继电器、流量控制电磁阀、电气接触器的开启;

4) 利用I-8042的数字I/O进行各种开关的检测与控制，同时实时检测流量继电器、流量控制电磁阀、电气接触器的闭合状态;

5) 利用I-7052作为RS-232/RS-485的转换器，使I-8411与上位机服务器的串口进行数据通信。

3.1.2 系统功能

1) 据显示：对每种油料以数字、棒图、曲线的方式显示实时采集的流量、温度、开关状态、电机转速等各项参数;

2) 可进行流量和总量的计算，生成日报、月报、年报等;并可存储多年的历史记录;

3) 数据修复维护：具有参数设置和数据丢失修复功能。

4) 与公司的MIS系统实时交换数据

3.2 Advantech ADAM5510在无线煤气管道监控系统的应用

在城市煤气管道的每个监测点中，主要检测主干管道煤气的在某支流处上下游的流量与压力、支线管道流量与压力。以及主干管道煤气和支流管道煤气的气体温度。见图3所示。检测控制系统配置图见图4所示。

图3：煤气管道检测要素

图4：检测控制系统架构图

3.2.1 控制器ADAM-5510配置说明：

1) ADAM -5017H：此模块为8通道差分隔离模拟量输入采集模块，负责对各种经变送之参数进行采集，如：温度、流量、压力共8各值;为了实现系统的冗余控制，在本系统中另外再增加一块ADAM-5017H，用于对测量值进行比较，如果偏差较大，则进行再次采样，否则取二者的平均值作为测量值。

2) ADAM-5050：此模块为16通道数字量输入/输出模块，主要负责对各种控制开关以及接触器的开闭进行检测

3) ADAM-5510：此为4槽位立控制器，内置ROM-DOS系统平台，使用TURBOC或作为开发平台，可以灵活地实现检测与组网，并利用COM1与GSM Modem进行AT指令数据通信。

3.2.2 其他配置

1) GSM引擎模块：一些手机厂商均有GSM引擎模块GSM Modem，如，Wave COM的WMO2系列，Siemens的TC35系列，Ericsson GM47系列，以及我国中兴的ZXGM18系列。这些模块的功能、用法差别不大。中兴工业级GSM无线调制解调器模块ZXGM18适用于存在GSM数字移动通信系统的地区，该模块由较完善的AT命令来控制，可广泛应用于无线公话、远程监控、汽车导航、车辆调度、智能交通、远程监测、银行等领域。此模块是一个完整的GSM Modem，它拥有双频外挂式900 /1800MHz双频功能，支持WAP、GPRS通信技术使其可以在多层面上使用。GSM模块与ADAM5510 的COM1采用标准RS-232通信方式，通信字格式为1位停止位、8位数据位、无校验位、波特率为9600bps，帧格式为：帧头+指令+结束标志。

2) 流量变送器：采用了LUGB系列涡街流量变送器，主要是其压力损失小，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响，0～10V模拟标准信号输出很容易与计算机系统配套使用，是一种比较、理想的流量仪表。

3.2.3 GSM信息

短消息业务SMS是GSM系统提供给用户的一种数字业务，也是其业务。每个短消息的信息量为160个ASCII字符。每条消息的传送都是通过短消息业务(SMSC)，它是GSM网络和其他固定或移动网络之间进行数据通信的控制单元。

ADAM5510和GSM模块之间采用AT指令实现互相之间的通信，AT指令的格式符合GSM7.07规范。ADAM5510发出的AT指令用来建立通信链路，AT指令集的指令格式帧都以AT开头，本系统应用了如下指令：

Ø 设置短消息指令：AT+CSCA=“+86”(山东省SMS号码)

Ø 定义短消息格式指令。AT+CMGF=n(n=1采用文本方式发送，n=0采用PDU格式，即中文方式)。

Ø 发送短消息指令。AT+CMGS=“+8613xxxxxxxxx”>输入短消息。CTRL+Z结束并发送。

Ø 读短消息指令。AT+CMGR=x(从x存储区读取短消息)。

Ø 删除短消息指令。AT+CMGD=x(删除x存储区的短消息)。

4 结束语

PC-Based PLC的发展得益于嵌入式CPU、嵌入式操作系统和IEC-61131-3(LD、SFC、FBD、IL、ST)标准化编程语言的发展，PC-Based PLC具有IPC和PLC的两重特性，具有PLC的系统结构，又具有IPC的开放式架构，目前在工控界是IPC、PLC以及PC-Based PLC 共存的时代，又是三者逐渐走向融合的时代，随着嵌入式CPU、嵌入式操作系统以及符合IEC-61131-3标准语言开发工具的发展，PC- Based PLC或嵌入式控制器将加开放和标准化，功能将会加强大、数据通信能力将会强、数据处理能力快。能适应加复杂的工业控制需求

  利用电信的虚拟网络作为整个系统的通讯网络，做到不管有多少个泵站和多少个水池，距离有多远，所有的控制和看管工作均由PLC和计算机远程自动完成。

1 引言

据我了解虽然我国各城市较早的建立了排污系统，但管理也比较落后原始，每个泵站还由人工管理;随着城市的不断扩大，污水池不断相应增加，由于污水池零星分布在整个市区，若按原先管理模式，需要消耗大量资金，管理和控制也非常麻烦，效率低下，不能适应现代城市发展的需要。为了提高管理工作的信息化水平，提高城市污水的处理能力，减少企业人员不断增加带来的沉重负担，提高企业效益，从原来的人工管理改造为计算机远程自动化管理，建立网络管理体系是一个必然趋势。

2 系统设计思想

采用分级分布式计算机控制系统，对工艺过程进行集中管理、分散控制。其总体设计思想是：利用电信的虚拟网络作为整个系统的通讯网络，做到不管有多少个泵站和多少个水池，距离有多远，所有的控制和看管工作均由PLC和计算机远程自动完成。并且实现了客户端之间的无关性，可实现多客户端操作，使客户端机器协调工作，提高整个排污系统的工作效率。节省大量资金，减少人员编制，提高管理，具有很大的经济效益和社会效益。同时提供多级容错机制，保证系统能够顺畅地运行。

图1泵站网络示意图

3 控制系统简介

本系统由计算机主机，可编程控制器(PLC)，液位传感器组成，电能统计电度表组成。系统嵌入进原先的控制系统中，既保留了原先的的控制功能又添加了新的远程自动控制功能和大量的数据存储和分析统计功能。系统可根据操作人员在计算机中设定的参数，在不同水位下自动开停机，也可由操作人员在计算机上直接开停机。每台水泵及格栅机均可通过转换开关选择受计算机自动控制;如果计算机遇到故障还能由PLC里的控制系统完成自动控制各机器功能;或脱离计算机控制，改为原先的控制系统。在计算机自动控制时，系统每天自动转换工作水泵的开机顺序以平均各水泵的工作时间。系统的监控界面可供值班人员监控各台泵的工作情况，流量，水位等参数。系统提供数据储存和报表查询，打印功能。

图2 系统方案示意图

4 具体设计与实现

根据工艺流程、控制点及现场设备的安装地理环境，我们采用的管理控制技术，系统分为控制层、监控层、管理层三层进行监测和控制。

(1)控制层用可编程控制器作为底层控制分别对排污设备、监测点进行控制、监测，信息，控制设备运行。

PLC(Programmable Logical Controller)全称为可编程逻辑控制器，简称可编程控制器。它以微型计算机为的工业控制装置，它集电控、电仪、电传三电于一体，是现代工业三大支柱之一。由于它的功能强、性高、适应性好以及模块化结构等优点，在工业控制中得到了广泛的应用。把个人计算机连入PLC网络可以向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表编制、趋势图生成、窗口技术以及生产管理等多种功能，作为底层单元的PLC完成对现场开/关量、模拟输入/输出量的控制处理，而利用微型计算机良好的人机对话界面和数据处理功能，实现对一台或多台PLC进行监控，充分发挥PLC、灵活的控制性能和计算机在管理、监控等方面。

随着计算机技术的发展，PLC不仅能代替传统的继电器实现逻辑控制，而且已发展成为集各种控制、运算、通信为一体的功能强大的控制器。由于其编程简单、修改方便及工作，在工业生产中它的应用也越来越广泛。

(2)监控层在泵房内设控制室，带有视频，主要监控整个泵房内格栅机和每台泵的运行状态，各种机柜的电流电压度表与计算机显示是否一致，监控处理过程由PLC的模拟输入模块进行数据采集，并将有关水泵的运行状况及有关信息上传污水处理监控，污水处理监控则将指令下传至各PLC控制器，由PLC控制现场各仪器及仪表。

(3)管理层主要在污水处理厂远程监控完成，所有采集的数据通过虚拟局域网远程通信传输到监控层桌面个人计算机，而桌面个人计算机又通过RS232通信模块发送控制命令给PLC，完成水泵的启动和停止控制。总揽整个系统的运行情况。系统同时还充分考虑了在特殊情况下的现场手动控制以保证排水系统的流畅运行并有效地保护设备。对水泵耗电量用电流、电压、时间来计算。当出现停电情况时，PLC将记忆检测的数据，桌面个人计算机将记忆设置状态。当出现故障时，个人计算机进行报警，同时记忆相应的状态，使其在脱机状态下，整个系统立运转。在个人计算机端，软件具有状态设置、远程监控、数据存贮、报表打印功能。

实际上整个控制系统可以在任何地点控制如：控制室，办公室均可，整个系统可以非常强劲的工作，采用了很多错误处理。系统的扩展性很强，不管有多少个泵和多少个水池，距离有多远，所有的看管工作均由计算机远程自动完成。系统能记录设备的运行的原始数据，并做出信息处理，给出各种报表和运行曲线图，能实时了解全部系统的运行情况。

系统运行流程图如下：

图3系统运行流程图

5 结论

本文所研究的城市污水进行集中控制系统，主体控制部分采用可编程序控制器、一些传感器和计算机，网络技术租用电信的; 该系统在桂林市经过近两年的现场投入应用表明，稳定，自动化程度高，为桂林市排水公司带来了很大的经济效益，正在往社会推广