Part3 UNIT3 A PLC Overview文档格式.docx
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图3-3A-1展示了一个典型的PLC系统，它是用MPI和PROFIBUS现场总线完成的。
AtypicalPLCconsistsin:
●Apowersupply;
●ACPUwheretheuserprogramruns;
●Input/outputmodules;
●Optionalcommunicationmodules.
一台典型的PLC包括：
●一个电源；
●一个CPU，用户程序在里边运行；
●输入/输出模块；
●可选通讯模块。
TheavailableI/Omodulessupportawiderangeofelectricalinterfaces:
●Analogmodule（+/-10V,+/-1V,4-20mA,resister,etc.）;
●Temperaturemeasurement（pt100,Ni100,etc）;
●Digitalmodule（
24V,220Vetc.）;
●TTLmodule（BeckhoffI/Omodule,etc.）;
●RS232module;
●etc..
应用I/O模块支持广泛的电接口：
●模拟模块（+/-10V,+/-1V,4-20mA，电阻等。
）；
●温度测量（pt100,Ni100，等）；
●数字模块（
24V,220V等）；
●TTL模块（BeckhoffI/O模块等）；
●RS232模块；
●等
ThesemodulesareeitherconnectedtotheinternalbusofthePLCortoabuscouplerconnectedtoafieldbussegment（PROFIBUS,WorldFIPorCAN）sharedwithaPLC.
这些模块不是连到PLC的内部总线上就是连到总线耦合器上，而总线耦合器又连到现场总线的某段（PROFIBUS,WorldFIP或CAN）和PLC共享的一段上。
CustomhardwarecanhardlybeconnecteddirectlythePLCinternalbus.Asolutionconsistsinintegratingthecustomhardwarewithastandardfieldbusinterface（e.g.PROFIBUS,CAN,andWorldFIP）bymeansofspecificcards（e.g.HMS’sAnyBuscards）.
定制的硬件很难直接连接到PLC的内部总线上。
一个解决办法就是把定制硬件与一个标准现场总线接口（比如PROFIBUS,CAN,和WorldFIP）通过特殊的卡片连在一起（例如HMS的任意总线卡）。
Nowadays,PLCsareprovidedwithEthernet-basedcommunications.AlthoughbasedonTCP/IPandIEEE802.2,thePLCprotocolsaremanufacturerspecific.Therefore,PLCsofdifferentmanufacturerscannotexchange,bydefault,dataviaEthernet.However,SchneiderPLChasasocketlibraryandonecanimplementtheRFC1006usedbytheSIEMENSPLC.OnecanalsoimplementagatewaybymeansofanOPCDXserver,aSCADAapplicationoraspecificcommunicationcardsuchastheAPPLICOMone.
今天，PLC基于以太网来提供通讯。
虽然基于TCP/IP和IEEE802.2，PLC协议是由制造商明确的。
因此，不同制造商的PLC不能互换通过以太网的默认数据。
然而，SchneiderPLC有一个套结字库并且自己就能完成SIEMENSPLC使用的RFC1006。
它自己也能依靠一个OPCDX服务实现一个网关，实现一个SCADA应用或一个像APPLICOM这样的特定通讯卡。
PLC-basedsolutionsarewelladaptedtotwo-levelcontrolarchitectureswherethefront-endlayerhastobeautonomousandindependentfromthesupervisionlayer.Theprocesscontrol（input/outputreadout,closedloopcontrol,etc.）doesnotdependonthenetworkneitheronaremotecomputer,itismoresecure.
基于PLC的解决方案很好地适用于两层控制结构，两层控制结构的前端层必须自治并独立于监管层。
过程控制（输入/输出读出，闭环控制等）既不依赖于网络也不依赖于遥控计算机，它更安全。
PLCshavealongtermavailabilityandsupport:
oldgenerationofhardwareorsoftwarearetypicallysupportedduringmorethan10yearsbytheirrespectivemanufacturers.
PLC有长期的可用性并受到支持：
旧一代的软硬件受到它们各自制造商的支持超过十年。
PLCOperation
PLC运行
PLCsareprovidedwithmanufacturerspecificoperatingsystems.TheOShandles:
●ThestatesoftheCPU（start,stop,init,etc.）;
●Thecallstotheuserprogram;
●Theinterrupts;
●Thememory;
●Thecommunicationwithprogrammingdevicesandothercommunicatorpartner.
PLC从制造商那里获得了特定的操作系统。
操作系统处理以下任务：
●CPU的状态（启动，停止，初始化等）；
●调用用户程序；
●中断；
●存储器；
●与可编程设备和其他通讯器材伙伴联系。
PLCsoperateinapollingmodewithapreciseexecutioncycle.Thiscycleconsistsbasicallyinthreesteps（asshownintheFig.3-3A-2SIEMENSPLCcycle）whicharecontinuouslyexecuted:
●Inthe“ReadInputs”state,thePLCkernelreadsalltheinputmodulesandcopythevalluesintoitsinternalinputmemory;
●Inthe“Operateuserprogram”state,thePLCkernelexecutestheuserprogramwhichhasaccesstoallthePLCmemoryareas.Itstorestheexecutionresultsinitsoutputinternalmemory;
●Inthe“WriteOutputs”state,thePLCkernelcopiestheinternaloutputmemorytotheoutputmodule.
PLC使用轮询方式借助一个精确的执行周期来运行。
这个周期基本上由三个步骤组成（如图3-3A-2显示的西门子PLC周期），三个步骤持续执行：
●在“读输入”阶段，PLC内核读入所有的输入模块并把值复制到它的内部输入存储器中；
●在“运行用户程序”阶段，PLC内核执行已经进入PLC存储器区域的用户程序。
它把执行结果存储在它的输出内部存储器中；
●在“写输出”阶段，PLC内核把内部输出存储器的内容复制到输出模块中。
Inadditiontothecycle,theOSmanagestheinterrupts（hardwareinterrupts,userprogramerrors,etc.）.Userprogram（controlprogram）areproducedwithadevelopmentenvironmentwhichisvendordependentandthendownloadedtothetargetCPU.ItremainsintheROMmemoryoftheCPUevenifthepowersupplyisoff.Ingeneral,allthePLCshavetwodifferentoperatingmodes:
STOPandRUNselectedbykeyswitchorbysoftware.Atstartup,thePLCgoesinRUNorSTOPmodedependingonwhatwasconfigured.
除了周期，OS（操作系统）还管理中断（硬件中断，用户程序错误等）。
用户程序（控制程序）借助一个供应商提供的开发环境产生，然后下载到目标CPU中。
即使电力中断，程序也保存在CPU的只读存储器中。
通常，所有的PLC都有两套不同的运行模式：
通过键开关或通过软件选择停止或运行。
启动时，PLC是以运行模式还是以停止模式工作取决于如何设置的。
PLCProgramming
PLC编程
ThedevelopmentofPLCprogramsistwofolds.OneshalldefinethehardwareconfigurationofthePLCandproducetheuserprogramsourcecode.
PLC程序开发是两折。
一个将定义PLC的硬件结构并产生用户程序源代码。
Thehardwareconfigurationdescribesthemodules（I/Oandcommunication）andtheorderinwhichtheyareinstalledinthePLC,theaddressesoftheI/Oareautomaticallygeneratedaccordingtothisorder.
硬件结构描述了模块（输入/输出和通信）和它们安装在PLC中的顺序，I/O的地址就是按照这个顺序自动生成。
ThesourcecodeisproducedwithIntegratedDevelopmentEnvironmentswhicharevendorspecific.Theyconsist,ingeneral,inasetoftoolsfor:
●Settingupandmanagingtheapplications;
●Configuringandassigningparameterstohardware;
●Configuringthefieldbusandthedevicesconnectedtoit;
●Configuringcommunicationlinks;
●CreatingtheuserprogramforthePLC;
●Downloadingtheuserprogramtothetargetandtestingit.
源代码是借助开发商指定的集成开发环境产生的。
它们（集成开发环境）通常用一套工具组成：
●建立和管理应用程序；
●构造和分配参数给硬件；
●设置现场总线和连接设备；
●设置通讯链路；
●为PLC创建用户程序；
●下载用户程序给目标并测试；
TheuserprogramcanbedoneinoneofthefiveprogramminglanguagesofIEC1131-3（InternationalElectrotechnicalCommission’sstandard）.TheIEC1131-3isaworldwidestandardthathastriedtomergePLCprogramminglanguagesunderoneinternationalstandard.Itharmonizesthewaypeoplelooktoindustrialcontrolbystandardizingtheprogramminginterface.ThisincludesthedefinitionofthelanguageSequentialFunctionCharts（SFC）,usedtostructuretheinternalorganizationofaprogram,andfourinteroperablelanguages:
LadderDiagram（LD）,FunctionBlockDiagram（FBD）,StructuredText（ST）andInstructionList（IL）.Thefirstthreelanguagesaregraphicalandthelasttwoaretextual.Eachmanufacturercanalsohavetheirownproprietarylanguages.
用户程序可以用IEC1131-3（国际电工技术委员会标准）的五种编程语言之一来编写。
IEC1131-3是一个世界范围的标准，它试图在一个国际标准下融合PLC编程语言。
它通过标准化编程接口协调了人们看待工业控制的方式。
这包括顺序功能图（SFC）语言定义，用于构造程序的内部组织，还有四种内部操作语言：
梯形图（LD），功能模块图（FBD），结构化文本（ST）和指令集（IL）。
前三种语言是图形化的，后两种语言是文本化的。
每个制造商也有自己的专有语言。
Byusingmodularizationanddeclarationofvariables,eachprogramisstructuredandsimplified,increasingitsreusability.Inaddition,IEC1131-3structuresthewayacontrolsystemisconfigured.Thereare,unfortunately,somedifferencesinthelanguages,thesourcecodeisnot100%portablefromonePLCtoanother.ThemajorissuesareinhardwareaddressingandthePLCkernel（howitoperates,howithandlestheinterrupts,howitcallstheuserprogram,etc.）.
通过使用模块化和变量申明，每个程序被构建和简化，增加了它的可靠性。
另外，IEC1131-3构建一个控制系统的方式得到配置。
不幸的是，所用的语言有一些不同，源代码不能100%从一台PLC移植到另一台。
主要问题是硬件中的地址和PLC内核（它怎样运行，怎样处理中断，怎样调用用户程序等）。
MostofthePLCvendorsbelongtothePLCopenorganizationwhichisavendorandproductindependentworldwideassociationthatbringsgreatervaluetousersofProgrammableControllersthroughthepursuitoftheIEC1131-3opensoftwaredevelopmentstandard.
大部分PLC制造商属于PLC开放组织，这个组织是一个全球供应商和产品独立的协会，协会通过追踪IEC1131-3开放软件开发标准给可编程控制器的用户带来更大的价值。
Today’sPLC
今天的PLC
AsPLCtechnologyhasadvanced,sohaveprogramminglanguagesandcommunicationscapabilities,alongwithmanyotherimportantfeatures.Today’sPLCsofferfasterscantimes,spaceefficienthigh-densityinput/outputsystems,andspecialinterfacestoallownon-traditionaldevicestobeattacheddirectlytothePLC.Notonlycantheycommunicatewithothercontrolsystems,theycanalsoperformreportingfunctionsanddiagnosetheirownfailures,aswellasthefailureofamachineorprocess.
随着PLC技术进步，它有可编程语言和通讯能力，连同许多其他重要特点。
今天的PLC提供更快的扫描时间、空间高效的高密度输入/输出系统、还有特殊接口允许非传统设备直接连到PLC。
它们不仅能与其他控制系统通信，也能执行报告功能并能诊断自身的故障、还有机器或过程的故障。
Sizeistypicallyusedtocategorizetoday’sPLC,andisoftenanindicationofthefeaturesandtypesofapplicationsitwillaccommodate.Small,non-modularPLCs（alsoknownasfixedI/OPLCs）generallyhavelessmemoryandaccommodateasmallnumberofinputsandoutputsinfixedconfiguratio
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