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1、?1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/2006 年 第 21 卷 第 2 期 电 力 学 报 Vol.21 No.2 2006(总第 75 期)JOURNALOF EL ECTRIC POWER(Sum.75)文章编号:1005-6548(2006)02-0132-02软PLC技术的发展趋势与应用前景陈凤兰,孙竹梅(山西大学工程学院,山西 太原 030013)DevelopmentTrend and ApplicationForeground of Soft
2、 PLC TechnologyCHEN Feng2lan,SUN Zhu2mei(Engineering College of Shanxi University,Taiyuan030013,China)摘 要:论述了软PLC 技术产生的背景、特点和体系结构,分析了软PLC 的技术优势,并阐述了软PLC 的发展趋势和应用前景。关键词:工业控制;软 PLC 技术;现场总线;体系结构中图分类号:TP273 文献标识码:AAbstract:The background,characteristicsandconstruction of SoftPLC are discussed,and by the
3、way,its technique predominance is also analyzed.Inaddition the development trend and application fore2ground of SoftPLC technology is also expatiated.Key Words:industry control;softPLC technology;fieldbus;construction传统 PLC 经过几十年的发展,已成为 1项成熟技术,它以速度快、性能好、可靠性高的特点在工业控制领域得到广泛的应用。但在应用中也逐渐暴露出一些缺点:各 PLC 厂商
4、的产品互不兼容,致使难以构建开放的硬件体系结构;各类 PLC 的编程语言差别较大,用户必须学习特定的编程语言;传统PLC 的生产技术被少数生产厂家所垄断,致使价格昂贵。这些问题都制约了传统PLC 的快速发展。1993 年,为规范PLC 编程语言,IEC 发布了IEC61131-3 标准。该标准中允许在同1 个程序中使用多种语言混合编程,从而使编程者可根据不同的工作场合选择适合的编程语言。由此,1 项新的技术 软 PLC(Soft PLC)技术应运而生。所谓软 PLC 技术,就是使用PC机作为硬件支撑平台,利用软件实现标准PLC 硬件的基本功能。或者说,将 PLC 的控制功能封装在软件内,运行于
5、PC的环境中。这样的控制系统提供了PLC 的相同功能,却具备了PC机的各种优点。1 软PLC的技术优势及其体系结构1.1 软PLC技术的优势软 PLC 解决了传统的兼容性和通用性差等问题,具有以下优势:a1 开放的体系结构。软PLC 具有宽范围I/O端口和多种现场总线的接口,支持多种硬件,用户可自己选择合适的硬件来组成满足要求的软PLC。b1 丰富的指令集和控制模块。传统 PLC 的指令集是固定的,而实际工业控制中可能需要定义算法。软 PLC 支持多种控制算法和支持用户嵌入自己的控制算法。c1 更强的数据处理能力。能充分利用PC机的资源,如大容量的内存,高速 CPU 及其它硬件。d1 强大的网
6、络通讯能力。软 PLC 既可以与企业管理信息系统相连,便于企业的整合,也可监控收稿日期:2005-12-26修回日期:2006-01-17作者简介:陈凤兰(1964-),女,山西大同人,高级工程师,自动控制理论及应用;孙竹梅(1969-),女,山西神池人,工程师,产生过程自动化。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -?1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/工厂的设备运行,实现数据传输及在线监控、编辑、仿真、调试等功能。e1 编
7、 程 语 言 标 准 化。软PLC 技 术 是 基 于IEC61131-3 标准的,因此在掌握标准语言后开发就比较容易。尽管软PLC 具有很多优势,但该技术也有一些需要解决的问题。如设备的可靠性,要求能在恶劣的工业环境下工作;控制的实时性,软 PLC 首选的操作系统是Windows N T,但它并不是1 个硬实时的操作系统。传统 PLC 是具有硬实时的,正因为如此,它才能提供快速、确定而且可重复的响应。1.2软PLC技术的体系结构1.2.1 传统 PLC 和软 PLC 的比较传统 PLC 和软 PLC 控制结构分别见图1、2。图1传统PLC控制结构图2 软PLC控制结构从图 1 可见,传统PL
8、C 通过现场总线将PLC连接起来,上位机对各个PLC 的状态进行监控和分析,然后再将信息反馈到管理层,耗时较长,通信不便。从图 2 可见,软 PLC 是通过网络实现工厂设备层和管理层的直接通讯,将每台孤立的现场设备和设备工程师及企业管理者均作为网络节点,通过网络有机地连接在一起,形成 1 个有机的整体,能够实现企业管理和控制信息的无缝集成。1.2.2 软 PLC 的体系结构软 PLC 系统由开发系统和运行系统组成(见图3),二者相互独立而又密不可分,可分别单独运行。软 PLC 的开发系统,实际上就是带有调试和编译功能的PLC 控制系统编程器,包括编辑器、编译器、仿真环境和通信接口4 部分。用户
9、在编辑器中完成 PLC 程序的编辑。在编译器中进行编译,找出其中的语法错误。如果无错,则进行译码,即将程序转化成运行系统可以识别和运行的目标代码。仿真环境则为用户提供了在与硬件不相接的情况下检查 PLC 程序运行结果与预期的是否相吻合的调试环境。通信接口完成与运行环境的连接。由此可见,PLC 的开发系统应具有如下功能:a1 编程语言标准化:遵循 IEC61131-3 标准,支持多种语言编程,编程语言之间可以相互转换。b1 丰富的控制模块:支持多种PIO 算法,如常规 PIO、自适应 PIO、模糊控制等算法。c1 开放的控制算法接口:支持用户嵌入自己的控制算法模块。d1 仿真运行实时在线监控、修
10、改程序和编译。e1 强大的网络功能:支持基于TCP/IP 网络,通过网络实现PLC 远程监控,远程编程和控制。图3软PLC的体系结构软 PLC 运行系统是软PLC 的核心,完成输入处理、程序执行、输出处理等工作,亦即实现硬PLC的扫描周期,这由软 PLC 运行虚拟机来完成。运行系统通常由I/O 接口、通信接口等组成,作用是执行编程环境编译后产生的目标代码。I/O接口与外围 I/O 模块相连,负责采集数据和输出控制信号。通信接口实现与PLC 开发系统及HM I/SCAD 软件的通信。为能使用理想的SCAD 软件,软 PLC 运行系统还提供了OPC 标准过程数据访问接口,既可在PC/IPC上运行,
11、也可在嵌入式控制器中运行。2 软PLC的应用发展趋势近年来,欧美等西方国家都把软PLC 作为 1个重点投资对象进行研究开发,已投入市场的产品很多,有 SoftPLC 公司的SoftPLC、德 国 KW soft2ware 公司的MU ITIPRO G wt32、法国CJ Interna2tional 公司的 IsaGRAF 等。目前,国内也有一些著名的自动化软件公司正在研究开发具(下转第136页)331第 2 期 陈凤兰等:软 PLC 技术的发展趋势与应用前景名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -?1994-2010 China Academic Journa
12、l Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/mm2,配筋率大,不考虑大梁的外约束应力,只考虑非均匀降温和收缩应力。梁表面的相对收缩变形(=20 d):y()=2.05 10-4(1-e-0.03 20)=1.216 10-4;换算成收缩当量温差Teq=12.16。梁绝热温升:T0=WQC=320 4500.95 2500=60.6。式中:W为每 m3水泥含量,取值 320 kg/m3;Q为每 kg 的散热量,取 值 450 kJ/kg;C为比热,取值0.95 kJ/kg,;为容量,取值 2 500 kg/m3。梁内外水化热温差
13、:T()=60.6(1-e-0.358)。梁的散热系数取0.45,T=27.3。梁表面的总温差T=39.5。以大梁高度方向中心线为x 轴,且温度均匀分布,宽度方向为y 轴。大梁截面温度曲线T(y)=T(1-y2/h2)。20 d后,大梁全截面温度基本一致均匀,混 凝土应力松弛系数K=0.5,20 d 的弹性模量取为2.71104,温度应力为:t(y)=KET1-(y2h2-13)。混凝土表面应力t=4.2 MPa。混凝土中心处应力t=2.1 MPa。大梁属于偏心非均匀受拉,=1.7;则 20 d混凝土的抗拉设计强度:Rt(20)=3.97 MPa 4.2 MPa。计算结果表明,混凝土浇筑20
14、d后,大梁表面将开裂,必须采取预防措施,防止开裂。5 结束语混凝土工程裂缝最常出现的是由于混凝土收缩变形受到约束引发的收缩裂缝。降低浇筑温度,降低水泥水化热温升,减少水泥用量,降低约束,加强表面养护,改善混凝土的性能,配置预应力筋施加预压应力不使混凝土受到拉伸,采用膨胀水泥减小收缩变形,都可使裂缝受到控制。参考文献:1 富文权,韩素芳.混凝土工程裂缝分析与控制 M.北京:中国铁道出版社,2002,5:13.2朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制 M.北京:中国电力出版社,1998,3240.责任编辑:王 静(上接第133页)有自主版权的中心软PLC 产品。由于软 PLC 产品还不成熟,今后在
15、以下几方面应得到完善。a1 进一步提高系统的开放性。现有的产品大部分是基于Windows 系统,并不支持其他操作系统的应用程序,在没有开放式硬件和软件的支持下,并不能保证产品的开放性。b1 进一步增强系统的可靠性与实时性。c1 进一步提高网络通讯能力与第三方软件的整合性。控制软件间的协同工作能力是衡量开放式控制系统的重要指标。d1 进一步加强和改善企业整合能力。工厂控制与企业管理的整合是工业控制领域的1 种趋势。3结束语软 PLC 采用开放式体系结构,具有强大的网络通讯能力,能够完成比较复杂的控制任务,可以满足和实现自动化控制系统开放性和柔性的要求,为将来工业自动化向更高层次的发展提供了可靠的
16、技术保障。软 PLC 克服了传统硬PLC 的许多不足之处,随着软 PLC 技术的进一步提高与发展,其在冶金、电力、石油化工、机械、轻工等工业领域的应用前景将更为广阔。参考文献:1 杨洪兵等.可编程序控制器程序设计基础 M.沈阳:沈阳工业出版社,1998.2 彭瑜.PC控制的新近进展J.世界仪表与自动化,2001,5(3):14-22.3 付应红等.软PLC技术、产品及控制方案探讨J.微计算信息,2000,16(15):27-29.4朱文凯等.基于嵌入式PC的开放式软PLCJ.机械与电子,2002(3):3-7.5 周峰等.软PLC技术的发展现状及应用前景J.计算机工程与应用,2004(24):57-59.责任编辑:王 琨631 电 力 学 报2006 年名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -