组态王与PLC构成的流体计量系统.docx

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组态王与PLC构成的流体计量系统

1组态软件

1.1工业组态软件的概念

工业组态软件简称为组态软件，是一个快速建立计算机监控系统界面的软件工具，组态软件通常运用与个人计算机平台，并与各类控制设备一起组成计算机监控系统。

其中，各类控制设备通称为下位机，而运行组态软件的计算机称为上位机。

组态软件支持的下位机设备包括：

PLC，PC板卡，仪表，变频器，模块等设备。

1.2工业组态软件的产生及国内发展状况

在工业组态软件出现之前，要实现某一监控任务，往往通过手工编写程序来实现。

编写程序不但工作量大，开发时间长，效率低，而且可靠性差，程序的通用性差，很难与其系统进行数据的交互，往往不能满足系统升级的要求。

随着工业计算机控制系统的应用普及，在面临规模更大，控制更复杂的控制系统时，人们逐渐认识到原有的上位机的弊端。

同时，管理信息系统和计算机集成制造系统的大量应用，要求工业现场为企业的生产，经营，决策提供了更多更详细更深入的数据，以便优化企业经营中的各个环节。

组态软件产品诞生于20世纪80年代初期，并在80年代末进入我国，在90年代中后期以来，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。

随着组态软件技术的快速发展，实时数据库，实时控制，通信及连网，开放数据接口，对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，在工业自动化领域得到越来越广泛的应用。

国际比较典型的组态软件有，美国Wonderware公司的InTouch组态软件，Intellution公司的iFIX组态软件，德国西门子公司的WinCC组态软件。

国内第一家较有影响力的是亚控科技推出的组态王（KINGVIEW），后来陆续出现了通态软件公司的MCGS组态软件以及大庆三维公司的力控（ForceControl）等一系列产品。

1.3工业组态软件的基本结构特点

组态软件产品具有类似的功能，比如几乎所有的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种资源（设备，变量，画面等）进行配置和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能等。

从形式上看，各种组态软件提供实现这些功能的方式方法却各不相同。

1.4工业组态软件的功能及发展方向

组态软件的主要功能：

●数据采功能

●组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行应用配置。

●脚本语言编写功能

●脚本语言是扩充组态软件功能的重要手段。

例如支持：

C语言，Basic语言，VB等。

●组态软件的可扩展性功能

●组态软件在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新的功能，这种功能的增加由组态软件的开发商提供第三方软件，用户自身开发。

●对Internet的支持功能

●现代企业的生产已经趋向国际化，分布式的生产方式。

Internet将是实现分布式生产的基础。

●组态软件的控制功能

●如软PLC功能，先进过程控制等。

组态软件的发展方向：

未来的组态软件将能提供更强大的分布式环境下的组态功能，全面支持过程控制，嵌入技术等，工业标准，控制功能强，并能通过Internet进行访问的开放式系统。

1.5工业组态软件的在自动控制系统中所处地位

在自动监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心，远程监视中心和数据转发中心，处于运行状态的监控软件与各种控制，检测设备（如智能能仪表，DCS等）共同构成快速响应的控制中心。

1.6组态王（KINGVIEW）软件介绍

1.6.1组态王的基本组成

组态王软件包括有工程管理器，工程浏览器和画面运行系统三部分组成。

其中，工程浏览器内嵌组态王画面开发系统，生成人机界面工程。

界面开发系统中的组态设计的界面工程将在画面系统中运行。

1.6.2组态王的版本类型

组态王包括五种类型，多个规格。

●开发版

开发版分为64点，128点，256点，512点，1024点，不限点共六种规格；内置编程语言；支持网络功能；内置高速历史库；内置WEB浏览器；支持运行在线8小时。

●运行版

运行版分为64点，128点，256点，512点，1024点，不限点共六种规格；支持网络功能，可选用通信驱动程序。

●NetView版

有512点，不限点两种规格；支持网络功能，可选用通信驱动程序。

●ForInternet应用版

有5用户，10用户20用户，50用户，无限用户五种；

●演示版

支持64点；内置编程语言；在线运行2小时；可选用通讯驱动程序。

1.6.3组态王的软PLC功能

KingACT是基于PC建立的实时性控制软件，他以Windows2000/WindowsNT4.0中文操作系统做为操作平台。

符合IEC标准的PLC编程语言。

KingACT分为开发系统和运行系统两部分，可以实现PLC的部分功能。

2可编程序控制器

2.1可编程序控制器的概念

可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PC）。

与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。

国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

可以预料：

在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。

PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。

用户程序由用户按控制要求设计。

2.2可编程序控制器的结构及功能

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。

但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。

对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。

无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。

PLC的基本结构框图如下：

接受驱动

现场信号受控元件

图2.1PLC的基本结构框图

2.2.1CPU的构成

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，

与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及地址总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。

它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由振荡信号控制。

CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。

CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。

一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。

箱体式PLC的主箱体也有这些显示。

它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设接口，用于接外部设备，有的还有通讯接口，用于进行通讯。

CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。

2.2.2I/O单元

PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

2.2.3电源模块

有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源以其输入类型有：

交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。

2.2.4底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

2.2.5外部设备

外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类：

编程设备：

有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。

监控设备：

有数据监视器和图形监视器。

直接监视数据或通过画面监视数据。

存储设备：

有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。

输入输出设备：

用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器，输入模拟量的电位器，打印机等。

2.2.6网络功能

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。

当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。

了解了PLC的基本结构，为购买可编程控制器（PLC）时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。

2.3可编程序控制器的发展方向及国内发展状况

     PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。

世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。

产量产值大幅度上升而价格则不断下降。

     目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：

美国：

AB通用电气、莫迪康公司；日本：

三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：

西门子公司；法国：

TE施耐德公司；韩国：

三星、LG公司等。

技术发展动向：

1）产品规模向大、小两个方向发展

大：

I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：

由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

3）不断加强通讯功能

4）新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等