基于PC的PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用

馬 峰

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原030003）

1 系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)以可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制領(lǐng)域一直占有舉足輕重的地位，工業(yè)自動化領(lǐng)域大部分被可編程邏輯控制器（PLC）運(yùn)行的專用系統(tǒng)所占據(jù)，如圖1所示。隨著控制技術(shù)向智能化、分散化、網(wǎng)絡(luò)化以及開放式控制發(fā)展，傳統(tǒng)的PLC技術(shù)漸漸暴露出其不足之處，主要表現(xiàn)在其技術(shù)封閉，各個生產(chǎn)廠商的PLC產(chǎn)品互不兼容，各類PLC的編程語言差別較大，技術(shù)為少數(shù)幾家生產(chǎn)廠家所壟斷，因此開放性差、價格昂貴等缺點(diǎn)制約了其發(fā)展。

PC-Based控制技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)控制領(lǐng)域的IEC 61131國際標(biāo)準(zhǔn)的推出和實施，在工業(yè)PC上實現(xiàn)了PLC的功能，能夠解決傳統(tǒng)PLC應(yīng)用所存在的不足。1986年，Beckhoff成為第一家將PLC控制解決方案集成到標(biāo)準(zhǔn)PC平臺中的工業(yè)自動化公司，其系統(tǒng)硬件由標(biāo)準(zhǔn)的PC構(gòu)成，現(xiàn)場檢測器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過總線通信，控制任務(wù)完全由軟件實現(xiàn)，并且軟件系統(tǒng)全部基于Windows操作系統(tǒng)開發(fā)。

基于PC的PLC自動化系統(tǒng)僅由4個組件構(gòu)成：工業(yè)PC；用于I/O接口的開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)；用于用戶接口（HMI）的標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)（Windows系統(tǒng)）；控制軟件，如圖2所示。

PC系統(tǒng)可通過TCP/IP相互連接，通過擴(kuò)展PCI接口板的總線控制器，通過串行接口和現(xiàn)場總線（光導(dǎo) 總 線，PROFIBUS-DP，RS232，RS485，以 太 網(wǎng)TCP/IP）集成，現(xiàn)場檢測器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)全部帶總線接口，通過總線與PC控制器進(jìn)行通信［1］。

由于程序長度、存儲器、處理器大小等傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)限制不復(fù)存在，基于PC的PLC解決方案的性能大大好于傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)。無論是32位PC技術(shù)或64位PC技術(shù)所遇到的實際限制遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的PLC設(shè)備所受到的限制小，并且隨著PC性能的增強(qiáng)而不斷增強(qiáng)。

圖1 傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)

圖2 基于PC的PLC控制系統(tǒng)

2 基于PC的PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）一機(jī)多用，節(jié)省硬件資源，降低復(fù)雜性。在一臺工業(yè)PC機(jī)上實現(xiàn)多個PLC控制系統(tǒng)、I/O接口、編程開發(fā)和操作站HMI。

2）開放式系統(tǒng)，操作環(huán)境友好，易于學(xué)習(xí)和掌握。開放的、兼容的標(biāo)準(zhǔn)PC硬件，不依賴于生產(chǎn)廠家；采用國際標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程語言，含有5種編程語言；操作系統(tǒng)使用Windows系統(tǒng)，應(yīng)用程序開發(fā)全部集成到操作系統(tǒng)中。

3）用工業(yè)PC作主站，可靠性高，功能強(qiáng)大。多任務(wù)實時控制，執(zhí)行速度快，對自動化任務(wù)的性能可連續(xù)開發(fā)；采樣標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件，易于更替和升級，共享強(qiáng)大的計算機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)功能；編程開發(fā)平臺和實時運(yùn)行系統(tǒng)可選擇在一臺PC或不同的PC上執(zhí)行，程序和數(shù)據(jù)的存儲幾乎沒有限制。

4）可通過微軟標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)與其他軟件的數(shù)據(jù)通訊（OPC、0CX、DLL等）和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展要求，需要的組件少，系統(tǒng)的可靠性高。

3 Beckhoff基于PC的控制系統(tǒng)在橫切鋼板堆垛控制中的應(yīng)用

3.1 功能概述

熱連軋冷線堆垛系統(tǒng)，主要是對冷線橫切后的鋼板實現(xiàn)整齊剁放，提升產(chǎn)品質(zhì)量及外觀形象，該系統(tǒng)采用Beckhoff基于PC的控制系統(tǒng)，通過帶鋼的位置跟蹤計算、設(shè)備動作、鋼板定位、真空吸附等功能，實現(xiàn)產(chǎn)品堆垛功能的自動控制。

3.2 控制結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)組成

冷線堆垛控制系統(tǒng)采用Beckhoff基于PC的控制系統(tǒng)，主站由工業(yè)PC主站（帶PCI網(wǎng)絡(luò)通訊板）、30個DP從站、62個SERCOS從站、1個MPI從站組成，DP從站主要包括ET200、網(wǎng)絡(luò)型氣動閥臺、S7-400、耦合器，SERCOS從站主要包括力士樂伺服控制器，MPI從站包括可移動操作面板MP177。

堆垛控制系統(tǒng)主要由四種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：MPI網(wǎng)實現(xiàn)與其他傳統(tǒng)PLC（S7-400）之間的通訊；Profibus網(wǎng)實現(xiàn)Beckhoff PC與現(xiàn)場ET200、網(wǎng)絡(luò)型氣動閥臺等現(xiàn)場設(shè)備的通訊；Ethernet網(wǎng)實現(xiàn)Beckhoff PC與工程師站及HMI之間的通訊；SERCOS網(wǎng)實現(xiàn)Beckhoff PC與伺服傳動系統(tǒng)之間的通訊。

3.3 控制軟件組成

TwinCAT是Beckhoff公司開發(fā)的自動化實時控制軟件，并且所有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件都是運(yùn)行在Windows系統(tǒng)中，它包括了順序控制（軟件PLC控制），運(yùn)動控制（軟件PLC控制），組件間的通訊（ADS），接口功能（集控制器、通訊、OS功能等）。

3.4 現(xiàn)場檢測器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制設(shè)備

現(xiàn)場檢測器包括光柵、接近開關(guān)、壓力繼電器等信號經(jīng)ET2OO柜后通過網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)PC通訊，輥道運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行通過帶總線接口的伺服傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，真空吸盤通過網(wǎng)絡(luò)型氣動閥臺實現(xiàn)真空吸盤的吸附及釋放，對中系統(tǒng)通過帶總線接口伺服電機(jī)實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

4 結(jié)語

基于PC的PLC控制系統(tǒng)是不斷發(fā)展的新型控制技術(shù)，一臺標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC或者家用電腦，甚至筆記本電腦，裝上控制軟件之后就變成一個工業(yè)控制器了。與傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)相比，它具有開放的體系結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力和更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，能較好地滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化的要求，是目前工業(yè)自動化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。特別是其使用標(biāo)準(zhǔn)PC相同的自動化硬件與軟件，大大減少解決系統(tǒng)集成問題所需的時間和資金成本，不僅有技術(shù)上的優(yōu)勢，更是極大降低了系統(tǒng)硬件成本、開發(fā)資金和工廠維護(hù)成本，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用會越來越廣。