基于PC的PLC控制系統應用

馬 峰

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原030003）

1 系統概述

傳統PLC系統以可靠性高、抗干擾能力強等優點在工業控制領域一直占有舉足輕重的地位，工業自動化領域大部分被可編程邏輯控制器（PLC）運行的專用系統所占據，如圖1所示。隨著控制技術向智能化、分散化、網絡化以及開放式控制發展，傳統的PLC技術漸漸暴露出其不足之處，主要表現在其技術封閉，各個生產廠商的PLC產品互不兼容，各類PLC的編程語言差別較大，技術為少數幾家生產廠家所壟斷，因此開放性差、價格昂貴等缺點制約了其發展。

PC-Based控制技術的發展，以及工業控制領域的IEC 61131國際標準的推出和實施，在工業PC上實現了PLC的功能，能夠解決傳統PLC應用所存在的不足。1986年，Beckhoff成為第一家將PLC控制解決方案集成到標準PC平臺中的工業自動化公司，其系統硬件由標準的PC構成，現場檢測器和執行機構通過總線通信，控制任務完全由軟件實現，并且軟件系統全部基于Windows操作系統開發。

基于PC的PLC自動化系統僅由4個組件構成：工業PC；用于I/O接口的開放式現場總線系統；用于用戶接口（HMI）的標準操作系統（Windows系統）；控制軟件，如圖2所示。

PC系統可通過TCP/IP相互連接，通過擴展PCI接口板的總線控制器，通過串行接口和現場總線（光導 總 線，PROFIBUS-DP，RS232，RS485，以 太 網TCP/IP）集成，現場檢測器和執行機構全部帶總線接口，通過總線與PC控制器進行通信［1］。

由于程序長度、存儲器、處理器大小等傳統PLC系統限制不復存在，基于PC的PLC解決方案的性能大大好于傳統的PLC系統。無論是32位PC技術或64位PC技術所遇到的實際限制遠比傳統的PLC設備所受到的限制小，并且隨著PC性能的增強而不斷增強。

圖1 傳統PLC控制系統

圖2 基于PC的PLC控制系統

2 基于PC的PLC控制系統的優點

1）一機多用，節省硬件資源，降低復雜性。在一臺工業PC機上實現多個PLC控制系統、I/O接口、編程開發和操作站HMI。

2）開放式系統，操作環境友好，易于學習和掌握。開放的、兼容的標準PC硬件，不依賴于生產廠家；采用國際標準的PLC編程語言，含有5種編程語言；操作系統使用Windows系統，應用程序開發全部集成到操作系統中。

3）用工業PC作主站，可靠性高，功能強大。多任務實時控制，執行速度快，對自動化任務的性能可連續開發；采樣標準的軟硬件，易于更替和升級，共享強大的計算機資源和網絡功能；編程開發平臺和實時運行系統可選擇在一臺PC或不同的PC上執行，程序和數據的存儲幾乎沒有限制。

4）可通過微軟標準接口實現與其他軟件的數據通訊（OPC、0CX、DLL等）和現場總線技術的發展要求，需要的組件少，系統的可靠性高。

3 Beckhoff基于PC的控制系統在橫切鋼板堆垛控制中的應用

3.1 功能概述

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

3.2 控制結構以及網絡組成

冷線堆垛控制系統采用Beckhoff基于PC的控制系統，主站由工業PC主站（帶PCI網絡通訊板）、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、網絡型氣動閥臺、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。

堆垛控制系統主要由四種網絡構成：MPI網實現與其他傳統PLC（S7-400）之間的通訊；Profibus網實現Beckhoff PC與現場ET200、網絡型氣動閥臺等現場設備的通訊；Ethernet網實現Beckhoff PC與工程師站及HMI之間的通訊；SERCOS網實現Beckhoff PC與伺服傳動系統之間的通訊。

3.3 控制軟件組成

TwinCAT是Beckhoff公司開發的自動化實時控制軟件，并且所有系統軟件和應用軟件都是運行在Windows系統中，它包括了順序控制（軟件PLC控制），運動控制（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 現場檢測器和執行機構控制設備

現場檢測器包括光柵、接近開關、壓力繼電器等信號經ET2OO柜后通過網絡與工業PC通訊，輥道運輸設備的運行通過帶總線接口的伺服傳動系統實現，真空吸盤通過網絡型氣動閥臺實現真空吸盤的吸附及釋放，對中系統通過帶總線接口伺服電機實現準確定位。

4 結語

基于PC的PLC控制系統是不斷發展的新型控制技術，一臺標準的工業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控制器了。與傳統的PLC系統相比，它具有開放的體系結構、強大的網絡通訊能力和更強的數據處理能力，能較好地滿足現代工業自動化的要求，是目前工業自動化領域研究的熱點之一。特別是其使用標準PC相同的自動化硬件與軟件，大大減少解決系統集成問題所需的時間和資金成本，不僅有技術上的優勢，更是極大降低了系統硬件成本、開發資金和工廠維護成本，隨著技術的不斷進步，在工業自動化領域的應用會越來越廣。