1 PLC 控制系統(tǒng)硬件構成及功能

    PLC 控制系統(tǒng)由 CPU 控制模塊、電源模塊、輸入 ／ 輸出 I ／ O（Input Module ／ Output Module）接口卡件 、輔助設備及現(xiàn)場測量與控制儀表或設備等組成。 現(xiàn)場測量儀表或設備的模擬量輸入信號（Analog Input）、數(shù)字量輸入信號（Digital Input）接入PLC 控 制器輸入接口 I ／ O 卡 件上 ，PLC 控 制器 CPU 控 制模塊對現(xiàn)場測量信號進行采集、處理、運算后，通過 PLC 控制器輸出接口 I／O 卡件，將模擬量輸出信號（Analog Output）或數(shù)字量輸出信號（Digital Output）送出，去驅(qū)動連接在 PLC 控制器輸出I ／ O 接口卡件上的現(xiàn)場控制儀表或設備動作， 從而實現(xiàn)對工藝生產(chǎn)過程監(jiān)測與控制。

2 PLC 控制系統(tǒng)軟件構成及功能

    PLC 控制系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)軟件、 工程應用軟件及工具軟件組成。

    系統(tǒng)軟件由 PLC 控制器隨機配套提供， 安裝在 PLC 控制器系統(tǒng)程序存儲器內(nèi)，相當于計算機的操作系統(tǒng)，為 PLC 控制器應用軟件提供運行平臺。

    工程應用軟件是自控設計人員根據(jù)工藝操作管理要求，按著具體 PLC 控制器提供應用軟件編程技術手冊進行編寫。 它將滿足工藝現(xiàn)場溫度、壓力、液位、流量、分析等儀表信號采集處理及對現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥、開關閥、機泵等儀表設備控制要求。 工程應用軟件一般在個人計算機或編成器內(nèi)編寫生成， 然后下裝到 PLC控制器應用程序存儲器內(nèi)。

    工具軟件由 PLC 控制器隨機配套提供，為自控設計人員提供工程應用軟件編寫方式、軟件編寫技術要求及軟件運行環(huán)境。通常 PLC 控制器提供梯形圖、指令表、邏輯功能圖、高級語言等編程方式。

3 PLC 控制器硬件與軟件關聯(lián)技術

    工程應用軟件是 PLC 控制系統(tǒng)硬件與軟件關聯(lián)技術核心，我們以梯形圖編程方式為例，來描述其硬件與軟件關聯(lián)技術。 通過描述工程應用軟件編寫過程，解析 PLC 控制器硬件與軟件關聯(lián)技術各個環(huán)節(jié)。

    梯形圖編程方式為我們提供了各種編程元件， 像傳統(tǒng)的電氣元件一樣，如各種開關、觸點、繼電器、定時器、計數(shù)器等，采用軟件的方式實現(xiàn)硬件功能。 采用梯形圖編程方式編寫程序，類似設計電氣邏輯控制原理圖一樣，編寫成串聯(lián)、并聯(lián)、聯(lián)鎖等電氣連接關系。 因此在采用梯形圖方式編寫應用程序時，就要像了解各種物理電氣元件工作原理及使用方法一樣， 去了解各種編程元件的工作原理及使用方法。

    為了更好地解析 PLC 控制系統(tǒng)硬件和軟件關聯(lián)技術，我們可把梯形圖編程方式中的編程元件分為“外部編程元件”和“內(nèi)部編程元件”。

    “外部編程元件 ”：在用梯形圖編程方式編制工程應用軟件過程中， 將 PLC 控制器輸入 ／ 輸出 I／O 接口卡件上所連接的現(xiàn)場測控儀表和設備，用相應的編程元件來表示，讓梯形圖中所表示的編程元件及其編碼地址與連接在輸入 ／ 輸出 I／O 卡件上的現(xiàn)場測控儀表和設備一一對應起來， 我們將這些編程元件稱為“外部編程元件”。 “外部編程元件”與控制系統(tǒng)的硬件具有一一對應性和唯一性， 通過梯形圖這種編程方式將軟件與硬件進行連接。 ①對外采集儀表或設備輸入信號，如：現(xiàn)場溫度、壓力、液位、流量、分析儀表檢測及設備狀態(tài)信號。②對外輸出控制信號，如：調(diào)節(jié)閥、開關閥、機泵等控制信號。

    “內(nèi)部編程元件 ”：在以梯形圖編程方式編制工程應用軟件過程中，為了滿足各種邏輯控制、運算及工藝過程控制要求，梯形圖編程方式提供多種編程元件，類似電氣元件一樣，如開關、觸點、定時器、計數(shù)器等，這些編程元件我們稱為“內(nèi)部編程元件”。 “內(nèi)部編程元件”具有靈活性和多樣性，根據(jù)工藝生產(chǎn)過程控制要求，設計人員將這些編程元件進行各種組合和連接，以滿足各種數(shù)據(jù)處理和邏輯控制功能。

4 上位計算機與 PLC 控制器之間硬件關聯(lián)技術

    雖然 PLC 控制器可實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制功能，但在大多數(shù)工藝過程控制系統(tǒng)中，僅僅實現(xiàn)自動控制是不夠的，在許多情況下, 操作管理人員需要借助人機界面，對工藝過程及控制系統(tǒng)本身進行實時監(jiān)控。 通過人機界面可以增加人機交互的能力，不但使操作人員能夠?qū)崟r地監(jiān)控 PLC 控制系統(tǒng)工作情況，同時也可實時地監(jiān)控工藝生產(chǎn)過程運行情況。 因此采用 PLC 控制器與工業(yè)控制計算機組合方式，成為當今 PLC 控制系統(tǒng)普遍采用的設計方案。

    PLC 控制器作為下位機，完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別、輸出控制等；工業(yè)控制計算機作為上位計算機，完成采集數(shù)據(jù)信息的存儲、分析處理、狀態(tài)顯示以及打印輸出等。 這種控制系統(tǒng)設計方案充分利用了計算機和 PLC 控制器各自技術特點，利用硬件和軟件的關聯(lián)技術，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，從而得到了廣泛的應用。上位計算機硬件主要是由主機、通信網(wǎng)卡、顯示器、鼠標、鍵盤、打印機等組成，上位計算機與 PLC 控制器硬件連接一般采用 RS－232／485 接口的串行方式。

5 上位計算機與 PLC 控制器之間軟件關聯(lián)技術

    上位計算機軟件主要由操作系統(tǒng)軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)應用軟件組成。 監(jiān)控組態(tài)軟件是上位計算機與 PLC 控制器之間軟件關聯(lián)技術核心。 監(jiān)控組態(tài)軟件具有通信協(xié)議一致性、通信端口控制及通信端口初始化等功能， 實現(xiàn)上位計算機對 PLC 控制器存儲器中的編程元件狀態(tài)進行讀、寫、強制 ON、強制 OFF 等操作。 這樣上位計算機可從 PLC 控制器存儲器中讀取數(shù)據(jù)， 或向PLC 控制器存儲器寫入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與現(xiàn)場測控儀表運行數(shù)據(jù)一一對應。 根據(jù)操作人員的需要由上位計算機將這些數(shù)據(jù)進行顯示和處理，變成操作人員可利用的數(shù)據(jù)形式（如：動態(tài)的工藝流程圖、工藝參數(shù)、趨勢圖、報警畫面等）。 操作人員利用上位計算機顯示器上的人機界面， 通過 PLC 控制器采集現(xiàn)場檢測儀表信號或發(fā)送控制信號至現(xiàn)場控制儀表，這樣就建立了上位計算機硬件和軟件與 PLC 控制器硬件和軟件相互之間的雙重連接。

6 PLC 控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術

    硬件設計主要包括 PLC 控制器 CPU 控制模塊、輸入 ／ 輸出I ／ O 接口卡件、現(xiàn)場測控儀表、輔助設備選型、配置、安裝等方面設計。 在硬件設計過程中確保 PLC 控制器輸入 ／ 輸出 I／O 接口卡件與現(xiàn)場測控儀表之間電氣性能匹配， 滿足工藝生產(chǎn)裝置操作要求。

    軟件設計是根據(jù)生產(chǎn)工藝操作管理要求，利用 PLC 控制器專門提供的編程工具軟件和 PLC 控制器軟件編制手冊要求進行工程應用軟件設計。 在軟件設計過程中確保“外部編程元件”與連接在 PLC 控制器輸入 ／ 輸出 I／O 接口卡件上的現(xiàn)場測控儀表匹配，同時“內(nèi)部編程元件”選擇使用、程序執(zhí)行順序、各種編程元件相互連接關系，均要滿足工藝生產(chǎn)裝置操作要求。在上位計算機 Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下，自控設計人員編寫（或稱組態(tài)）上位計算機監(jiān)控組態(tài)軟件，建立一個人機界面。 這樣操作管理人員通過該人機界面， 可很方便地實現(xiàn)對生產(chǎn)工藝全過程進行監(jiān)控。 上位計算機監(jiān)控組態(tài)軟件具有較強大的數(shù)據(jù)處理功能，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行更深層次的加工、處理和分析，如儀表量程調(diào)整，報警值設定，流程畫面動態(tài)顯示，報表輸出打印等。 可提供不同數(shù)據(jù)形式以滿足不同用戶的需求，如操作人員需要現(xiàn)場實時監(jiān)控畫面，工藝工程師需要運行數(shù)據(jù)分析，管理人員需要成本核算數(shù)據(jù)等，使得人機界面更加豐富和友好。

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本文標題：PLC 控制系統(tǒng)硬件和軟件關聯(lián)技術解析

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