基于PC－Based PLC的控制系統(tǒng)的解決策略與實(shí)例
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PC-Based PLC也稱嵌入式控制器，它不再像IPC那樣以機(jī)箱加主板為主體結(jié)構(gòu)，再搭配諸如A/D、D/A、DI/DO等功能I/O板卡的組合產(chǎn)品，而是一個(gè)獨(dú)立的基于嵌入式PC技術(shù)的專用系統(tǒng)，適合應(yīng)用于小型的SCADA系統(tǒng)。如泓格的I-8000系列, 其主機(jī)內(nèi)部是40MHz主頻的80188 CPU，操作系統(tǒng)為兼容DOS的MiniOS7，其編程環(huán)境是基于PC的標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言程序，程序開發(fā)過程與PLC極其相似：首先在PC上編寫常駐任務(wù)程序，并將其編譯好后傳送到主機(jī)內(nèi)的Flash上、再讓其脫機(jī)運(yùn)行。另外為了使其具備PLC的優(yōu)勢(shì)特性，PC-Based PLC也可使用梯形圖編程，如泓格的ISaGRAF(配合I-8417/8817主機(jī))，相對(duì)于PLC而言，PC-Based PLC的優(yōu)勢(shì)在于擁有IPC強(qiáng)大的Computing、Data Processing和Communication功能，在軟件方面，PC-Based PLC支持IEC-61131-3（LD、SFC、FBD、IL、ST）的五種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言和軟邏輯。由于以上特點(diǎn)，PC-Based PLC將會(huì)更加開放和標(biāo)準(zhǔn)化，能適應(yīng)更加復(fù)雜的控制和管控一體化信息的需求。
總的來說，IPC是開放式架構(gòu)、開放式系統(tǒng)，PLC則是封閉式架構(gòu)、封閉式系統(tǒng)，而PC-Based PLC介于二者之間，是開放式架構(gòu)、封閉式系統(tǒng)。嚴(yán)格地說，IPC一般承擔(dān)著管理控制任務(wù)和協(xié)同下級(jí)小型控制器或智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制任務(wù)，而PLC一般用作現(xiàn)地控制器。由于PC技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)的交替發(fā)展，使得研發(fā)PC-Based PLC的投資相對(duì)減少，會(huì)有更多的廠家來共同推進(jìn)PC-Based PLC的發(fā)展。因此，PC-Based PLC會(huì)有非常好的發(fā)展前景，但這并不意味著在短時(shí)間內(nèi)PC-Based PLC會(huì)取代PLC，PLC和PC-Based PLC將會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展中逐漸走向融合[1 、2]。
2 基于PC-Based PLC架構(gòu)系統(tǒng)的應(yīng)用技巧
2.1 AI模塊
AI（Analog Inputs）的多寡對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性有較大的影響，尤其是當(dāng)AI模塊較多時(shí)其影響更大。主要原因?yàn)椋篒-8000模塊的CPU僅僅是一款主頻只有40MHz的80188的控制器，其數(shù)據(jù)處理能力、存儲(chǔ)空間有限，導(dǎo)致其運(yùn)算、邏輯處理以及事件響應(yīng)的快速性就沒有IPC那么強(qiáng)大，由于CPU要完成一次A/D的整個(gè)過程必須要進(jìn)行采樣、保持、同步、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理以及運(yùn)算等一系列的過程方可完成，比較費(fèi)時(shí)，因此，當(dāng)要完成的AI通道數(shù)較多時(shí)，必然會(huì)影響采樣的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常而言，在一個(gè)I-8000模塊中，一般不要超過兩塊如I-8017H系列的AI模塊為佳。
2.2 繼電器輸出模塊
繼電器輸出模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響最大，處理不好，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰和經(jīng)常出現(xiàn)當(dāng)機(jī)、主機(jī)板燒壞等現(xiàn)象，由于I-8000模塊的供電一般為10～30VDC，總的輸入功率為20W，不像IPC的輸入功率為250W那么大，假如繼電器輸出模塊尤其是大功率繼電器模塊插放的太多，由于系統(tǒng)供電能量不足，將會(huì)導(dǎo)致其輸出不正常，控制系統(tǒng)經(jīng)常誤動(dòng)作，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰、當(dāng)機(jī)，甚至?xí)?dǎo)致主控板燒壞，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性存在許多隱患因素。一般而言，像I-8060、I-8058、I-8063、I-8064、I-8065、I-8066、I-8068、I-8069等不要超過兩塊，尤其是I-8060、I-8063、I-8064、I-8065、I-8069這些功率模塊最好為一塊。假如系統(tǒng)要控制的功率繼電器較多，可以采用普通光隔開關(guān)量輸入/輸出模塊如I-8042利用多級(jí)放大的原理連接。
2.3 通信處理
在由PC-Based PLC架構(gòu)的控制系統(tǒng)最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)便是與上位機(jī)進(jìn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信過程，而這一環(huán)節(jié)往往是制約系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的因素，它容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)瓶頸。因?yàn)樯衔粰C(jī)通常為Windows操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序一般有人機(jī)交互界面和實(shí)時(shí)顯示界面，而往往將人機(jī)交互界面和實(shí)時(shí)顯示界面設(shè)計(jì)為前臺(tái)窗口，數(shù)據(jù)通信、分析以及存儲(chǔ)設(shè)計(jì)為后臺(tái)運(yùn)行，但Windows 并不是作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，是搶先式、多任務(wù)、基于消息傳遞機(jī)制的操作系統(tǒng)，但僅憑消息調(diào)度機(jī)制，顯然不能滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求，難以保證準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地完成前后臺(tái)控制任務(wù)。因此在Windows環(huán)境中，采用多線程技術(shù)，可以有效地利用Windows等待時(shí)間，加快程序的反應(yīng)速度，提高執(zhí)行效率。用一個(gè)線程管理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信，另一個(gè)線程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析與存儲(chǔ)，這樣在滿足數(shù)據(jù)連續(xù)采集的同時(shí)，增強(qiáng)了系統(tǒng)事件響應(yīng)和通信控制的實(shí)時(shí)性。
PC-Based PLC與上位機(jī)一般采用RS-485、CAN、ModBus或者Ethernet，假如采用RS-485、CAN、ModBus時(shí)，則要合理分配通信口，一般RS-485、CAN、ModBus的通信適配器卡有兩個(gè)口，因此假如控制系統(tǒng)有兩個(gè)I-8000模塊，上位機(jī)可以采用一個(gè)通信口與兩個(gè)下級(jí)控制器通信，但是假如有四、六個(gè)……，最好將其分成兩組，上位機(jī)則采用兩個(gè)通信口分別與其通信，上位機(jī)采用兩個(gè)線程編寫通信程序，配置圖見圖1所示。
2.4 電源配置
假如一個(gè)控制系統(tǒng)有多塊I-8000模塊，考慮到系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及安全性，最好每?jī)蓧KI-8000公用一個(gè)開關(guān)或者線性電源，考慮到電源本身的功耗，此時(shí)電源的功率必須大于60W，并且每個(gè)電源模塊分別接入～220VAC或者～380VAC的電源，千萬(wàn)不要串接。選擇開關(guān)電源時(shí)要注意選用系統(tǒng)功率因數(shù)大于0.99且紋波電壓Vrms≤1.0%、紋波系數(shù)≤0.2%的功率密度大、電磁兼容性好、低紋波開關(guān)電源。同時(shí)將控制器I/O通道和其它設(shè)備的供電采用各自的隔離變壓器分離開來，有助于提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。
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