西门子6ES7222-1HF22-0XA8规格说明
1PLC 、IPC、PC-Based PLC
____随着PC技术的飞速发展，使得IPC（工业控制计算机）以及基于IPC的应用技术同样也得到了突飞猛进的发展。随着Internet技术的应用和所有生产信息过程和控制信息过程的集成与发展，并可通过Internet/Intranet浏览生产过程信息流中的制造过程、操作和监控现场智能设备等，IPC越来越多地承担着SCADA的人机交互控制任务和协同下级小型控制器或智能现场设备的控制任务。IPC还是适合应用于自动化控制平台的。但作为传统主流控制器的PLC，它拥有稳定性好、可靠性高、逻辑顺序控制能力强等优点，在自动化控制领域具有的优势。但有一大遗憾：其封闭式架构、封闭式系统（研发必须具备自己或OEM的CPU、芯片组、BIOS、操作系统、梯形图编程软件）、较差的开放性势必会造成其应用上的壁垒，也增加了用户维修的难度和集成的成本。有人断言，在不久的将来，基于PC的控制器将会逐步取代PLC而成为主流控制设备。为了改善这种局面，传统PLC生产厂家正在逐步将PLC的功能PC化（如Siemens的WinAC）、而IPC厂家也逐步将IPC的逻辑控制功能PLC化，使PLC和IPC在功能和规格方面越来越接近，由此就出现了基于PLC和IPC技术的中间控制器：PC-BasedPLC。
PC-BasedPLC也称嵌入式控制器，它不再像IPC那样以机箱加主板为主体结构，再搭配诸如A/D、D/A、DI/DO等功能I/O板卡的组合产品，而是一个独立的基于嵌入式PC技术的专用系统，适合应用于小型的SCADA系统。如泓格的I-8000系列,其主机内部是40MHz主频的80188CPU，操作系统为兼容DOS的MiniOS7，其编程环境是基于PC的标准C语言程序，程序开发过程与PLC极其相似：在PC上编写常驻任务程序，并将其编译好后传送到主机内的Flash上、再让其脱机运行。为了使其具备PLC的优势特性，PC-BasedPLC也可使用梯形图编程，如泓格的ISaGRAF(配合I-8417/8817主机)，相对于PLC而言，PC-BasedPLC的优势在于拥有IPC强大的Computing、DataProcessing和Communication功能，在软件方面，PC-BasedPLC支持IEC-61131-3（LD、SFC、FBD、IL、ST）的五种语言和软逻辑。由于以上特点，PC-BasedPLC将会更加开放和标准化，能适应更加复杂的控制和管控一体化信息的需求。
____IPC是开放式架构、开放式系统，PLC则是封闭式架构、封闭式系统，而PC-BasedPLC介于二者之间，是开放式架构、封闭式系统。严格地说，IPC一般承担着管理控制任务和协同下级小型控制器或智能现场设备的控制任务，而PLC一般用作现地控制器。由于PC技术、信息技术、通信技术的交替发展，使得研发PC-BasedPLC的投资相对减少，会有更多的厂家来共同推进PC-Based PLC的发展。PC-BasedPLC会有非常好的发展前景，但这并不意味着在短时间内PC-Based PLC会取代PLC，PLC和PC-BasedPLC将会在竞争的发展中逐渐走向融合[1 、2]。
2 基于PC-Based PLC架构系统的应用技巧
2.1 AI模块
____AI（Analogbbbbbs）的多寡对系统的运行的实时性和稳定性有较大的影响，尤其是当AI模块较多时其影响更大。主要原因为：I-8000模块的CPU仅仅是一款主频只有40MHz的80188的控制器，其数据处理能力、存储空间有限，导致其运算、逻辑处理以及事件响应的快速性就没有IPC那么强大，由于CPU要完成一次A/D的整个过程必须要进行采样、保持、同步、转换、存储、处理以及运算等一系列的过程方可完成，比较费时，当要完成的AI通道数较多时，必然会影响采样的实时性和系统的稳定性。通常而言，在一个I-8000模块中，一般不要超过两块如I-8017H系列的AI模块为佳。
2.2 继电器输出模块
____继电器输出模块对整个系统的影响大，处理不好，将会导致整个系统崩溃和经常出现当机、主机板烧坏等现象，由于I-8000模块的供电一般为10～30VDC，总的输入功率为20W，不像IPC的输入功率为250W那么大，假如继电器输出模块尤其是大功率继电器模块插放的太多，由于系统供电能量不足，将会导致其输出不正常，控制系统经常误动作，导致系统崩溃、当机，甚至会导致主控板烧坏，使系统的稳定性、安全性以及可靠性存在许多隐患因素。一般而言，像I-8060、I-8058、I-8063、I-8064、I-8065、I-8066、I-8068、I-8069等不要超过两块，尤其是I-8060、I-8063、I-8064、I-8065、I-8069这些功率模块好为一块。假如系统要控制的功率继电器较多，可以采用普通光隔开关量输入/输出模块如I-8042利用多级放大的原理连接。
2.3 通信处理
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____在由PC-BasedPLC架构的控制系统为重要的一个环节便是与上位机进行的实时数据通信过程，而这一环节往往是制约系统实时性和稳定性的因素，它容易出现数据瓶颈。因为上位机通常为bbbbbbs操作系统，应用程序一般有人机交互界面和实时显示界面，而往往将人机交互界面和实时显示界面设计为前台窗口，数据通信、分析以及存储设计为后台运行，但bbbbbbs并不是作为实时操作系统设计的，是抢先式、多任务、基于消息传递机制的操作系统，但仅凭消息调度机制，显然不能满足实时系统的要求，难以保证准确实时地完成前后台控制任务。在bbbbbbs环境中，采用多线程技术，可以有效地利用bbbbbbs等待时间，加快程序的反应速度，tigao执行效率。用一个线程管理计算机数据通信，另一个线程进行数据处理、分析与存储，这样在满足数据连续采集的增强了系统事件响应和通信控制的实时性。
PC-BasedPLC与上位机一般采用RS-485、CAN、ModBus或者Ethernet，假如采用RS-485、CAN、ModBus时，则要合理分配通信口，一般RS-485、CAN、ModBus的通信适配器卡有两个口，假如控制系统有两个I-8000模块，上位机可以采用一个通信口与两个下级控制器通信，假如有四、六个……，好将其分成两组，上位机则采用两个通信口分别与其通信，上位机采用两个线程编写通信程序，配置图见图1所示。
图1：配置图
2.4 电源配置
____假如一个控制系统有多块I-8000模块，考虑到系统的经济性以及安全性，好每两块I-8000公用一个开关或者线性电源，考虑到电源本身的功耗，此时电源的功率必须大于60W，并且每个电源模块分别接入～220VAC或者～380VAC的电源，千万不要串接。选择开关电源时要注意选用系统功率因数大于0.99且纹波电压Vrms≤1.0%、纹波系数≤0.2%的功率密度大、电磁兼容性好、低纹波开关电源。将控制器I/O通道和其它设备的供电采用各自的隔离变压器分离开来，有助于tigao控制系统的抗干扰能力。
2.5 信号地的处理
____正确、良好的接地可以将混入电源和I/O电路的干扰信号引入大地，消除或减小干扰的影响，是安全保护和抑制噪声的重要手段，对tigaoI-8000系统的稳定性、可靠性极其重要。为了尽可能减小电磁噪声影响，电源回路和控制回路要分别设立接地极。在控制系统中难免有变频器之类的功率器件，注意要将变频器散热器、电源中性线、变频器外壳和中性端、电机外壳和Y型接法中性端要可靠接于电源回路接地极上，所有接地线不可形成接地回路。变频器接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于4mm2，长度应控制在20m以内。屏蔽层、数字信号地接于控制回路接地极。为防止形成回路，屏蔽层应单端接地。控制器的接地线与电源线、动力线分开。I-8000好单独接地，也可以与其他设备公共接地，但严禁与其他设备串联接地。
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3 实际应用案例
____在小型石油公司中，要进行大量的油料计量工作如轻油、0＃汽油、90＃汽油等，其计量过程往往是车队从货运站拖回公司后经公司磅房过磅称毛重、卸料、车辆出厂时，再过磅称车重等等，过磅过程、手续、登记极其繁琐，有时还容易出现错磅和漏磅现象，极不容易管理，并且给统计、计量工作带来了极大的困难，过磅工人的劳动强度大，经常出现车队排队过磅的现象，办事效率极其低下，为改变这种局势，采用PC-BasedPLCI-8411嵌入式控制，并配以模拟信号输入模块I-8017H、模拟信号输出模块I-8024、光隔离数字输入/输出模块I-8042、I-8060继电器输出模块以及RS232/RS485转换器I-7520，并利用计算机控制技术，为其不同的油料的进站计量、出站计量、统计等开发了一套分布式的油料计量、统计管理系统，省时又省力，深得用户喜爱。系统架构图件图2所示。
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图2：基于I－8411的分布式计量架构图
3.1 功能模块
1）利用I-8017H的差分输入的6路分别采集运输车油罐的液位、液体温度、两个LUGB系列涡街liuliang变送器的liuliang值（备计算用，取两个liuliang计的平均值作为真正的liuliang值）、存储油罐的液位值以防液体溢出、温度等；
2） 利用I-8024的D/A功能，输出0～10V的直流信号作为Siemens公司的MicroMaster通用型变频器的变频控制输入信号，以使变频器能进行V/F转换，变成0～50Hz的交变信号实时控制三相异步电机，达到使电机变频运行、促使液体恒速流动的目的。
3） 利用I-8060功率继电器输出信号实时控制各种liuliang继电器、liuliang控制电磁阀、电气接触器的开启；
4）利用I-8042的数字I/O进行各种开关的检测与控制，实时检测liuliang继电器、liuliang控制电磁阀、电气接触器的闭合状态；
5） 利用I-7520作为RS-232/RS-485的转换器，使I-8411与上位机服务器的串口进行数据通信。
1引言
____在机床的控制中，经常遇到类似如工件的夹紧/放松，冷却液的启动/停止，顶针的前进/后退等等的操作。对于这类动作，操作者往往希望通过一个按钮来实现:按一下按钮，工件夹紧;再按一下按钮，工件放松;再按一下按钮，工件又夹紧;如此循环往复。把这样的按钮称为双稳态按钮，即有两种稳定状态:接通和断开，两种状态都能保持。在数控系统中，机床控制面板上一般会提供一些按键供用户自由定义，但按键的数量往往是非常有限的，对按键的分配不得不斟酌再三。如果在PLC程序中把按键做成双稳态的，一个按键身兼二职，就会使许多问题迎刃而解了。可见，PLC程序把按钮做成双稳态，还可以节省输入点的数量，这样在经济上也是很合算的。
2构成双稳态按钮的三种方法
____在PLC程序中构造双稳态按钮，有多种实现的方案，现在就介绍其中的三种方法。
2.1 通过SET和RESET指令来实现
图1 通过SET和RESET指令来实现双稳态按钮功能
____图1程序中，当次按下按钮I0.0，此时条支路因串联的M0.1为常闭点，而使M0.0接通条件满足置位。第二条支路的执行条件不满足，暂且不去理会。再看第三条支路，假设持续按着按钮不释放，因支路中串联进I0.0的常闭点而使接通条件不满足，直到释放按钮I0.0，因串联的M0.0已经置位，从而使M0.1和Q0.0输出保持为“1”。当第二次按下按钮I0.0时，因为M0.0的状态为“1”，条支路执行条件不满足，第三条支路因I0.0的按下而使M0.1和Q0.0输出为“0”，M0.1由“1”变为“0”产生一个下降沿，使M0.0复位为“0”，从而使M0.1和Q0.0的“0”状态得以保持，释放按钮I0.0以后。之后对按钮I0.0的操作，又重复上述过程。可见，得到的是一个双稳态按钮。
2.2 利用PLC基本逻辑指令来实现
____PLC程序是按照一定的PLC扫描周期循环往复地的执行程序代码。在每一个PLC扫描周期内，先读入输入映像区内的信号状态，执行用户程序，后刷新输出映像区的信号状态。用户程序的执行是按照代码的先后顺序自上往下依次执行的。
图2 利用PLC基本逻辑指令来实现双稳态按钮功能
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____图2程序中正是充分利用了PLC程序的执行的特点，现在分析一下它的工作过程。按一下按钮，使I0.1变为“1”，在个PLC扫描周期内，M0.0变为“1”，M0.1变为“1”，M0.1等于“1”会使M0.0变为“0”，但M0.0的状态变化要到下一个PLC扫描周期才会执行，可见M0.0是宽度为1个PLC扫描周期的脉冲信号。因为M0.0等于“1”，这样会使原来状态为“0”的Q0.0变为“1”。从第二个PLC扫描周期起，不论I0.1变为“0”或保持为“1”，M0.0变为“0”并稳定在“0”上，这样Q0.0通过M0.0常闭点与Q0.0常开点串联的支路保持为“1”状态。再按一下按钮，M0.0又产生宽度为1个PLC扫描周期的脉冲信号，这个脉冲信号使原来状态为“1”的Q0.0变为“0”并稳定在“0”上。如此每次按一下按钮，Q0.0就在“0”和“1”之间切换一次，形成双稳态信号。
这一段程序中使用的指令是所有PLC系统都支持的基本的指令，可以说在任何类型的PLC上都可以实现，非常具有代表性，值得借鉴。
2.3 借助于算术运算指令来实现
____在数字电路中，如果把输出的“非”端反馈到D触发器的“D”输入端，则每来一个时钟脉冲，D触发器的状态就翻转一次。
图3? 利用算术运算指令实现双稳态按钮功能
____图3所示的程序借鉴了数字电路中的D触发器的工作原理，按钮I0.0每按下一次，就相当于给触发器的CP端输入一个触发脉冲，相加所得“和”的低位状态就翻转一次，如果Q0.0取自低位，就可得到周期性状态在“0”、“1”之间改变的双稳态信号。为了避免加法的计算结果溢出，判断如果累加到16位整数所能表示的大值32767，就重新开始累加。
3?结束语
____文章开始提到的控制阀的两种状态，也可以选用具有保持功能的三位选择开关，这是一种硬件实现方案。当然可以选用本文所述的软件实现方案，殊途同归。但通过软件的方式，却节省了PLC输入点的开销，如果PLC的输入非常紧张，这是一种行之有效的方法，但若是输入点后还绰绰有余，这样做就有画蛇添足之嫌了。
硬件方案、软件方案，很难说究竟何者是佳方案。正如计算机的发展史，如果硬件非常昂贵，那就通过软件来实现这一功能 ____;如果硬件的成本非常低了，何不充分发挥硬件的功能，这样还可以缩短一下程序代码。PLC输入点的问题正是如此，适合的才是佳的
一、引言
____以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，一般的系统构成如图1所示。
____工作时操作人员通过控制机（可为PLC或工业PC）设定比例运行参数，控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低；大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机控制。
二、系统硬件构成
____系统硬件结构如图2所示，主要由下列组件构成；
____1、FX0N—24MR为PLC基本单元，执行系统及用户软件，是系统的核心。
____2、FX0N—485ADP为FX0N系统PLC的通讯适配器，该模块的主要作用是在计算机—PLC通讯系统中作为子站接受计算机发给PLC的信息或在多PLC构成n:n网络时作为网络适配器，一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上，将其作为通讯主站使用，完成变频调速器控制信号的发送。
____3、FR—CU03为FR—A044系列比例调速器的计算机连接单元，符合RS—422/RS—485通讯规范，用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制（如启动、停止、运行频率设定）、参数设定和状态监控等功能，是变频器的网络接口。
____4、FR—A044变频调查器，实现电机调速。
____在1:n（本文中为1:3）多分支通讯网络中，每个变频器为一个子站，每个子站均有一个站号，事先由参数设定单元设定。工作过程中，PLC通过FX0N—485ADP发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理，这样就保证了在网络上只有一个子站与主站交换信息。
三、软件设计
1、通讯协议
____FR—CU03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示，
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____该过程多分5个阶段。1、计算机发出通讯请求；2、变频器处理等待；3、变频器作出应答；4、计算机处理等待；5、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程，如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程；监视变频器运行频率时完成?~?五个过程。不论是写数据还是读数据，均有计算机发出请求，变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。
2、PLC编程
____要实现对变频器的控制，必须对PLC进行编程，通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。PLC程序应完成FX0N—485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。PLC梯形图程序（部分程序）如图5所示。
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____程序中通讯发送缓冲区为D127~D149；接受缓冲区为D150~D160。电机1启动、停止分别由X0的上升、下降沿控制；电机2启动、停止分别由X1的上升、下降沿控制；电机3启动、停止分别由X2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲M8002初始化FX0N—485ADP的通讯协议；进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例，X0的上升沿M50吸合，变频器1的站号送入D130，运行命令字送入D135，ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入D131、D132、D133；接着求校验和并送入D136、D137；后置M8122允许RS指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息，此信息FX0N—485ADP收到后置M8132，PLC根据情况作出相应处理后结束程序。
四、结语
____1、实际使用表明，该方案能够实现PLC通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。
____2、该系统多可控制变频调速器32台，大距离500m。
____3、控制多台变频器，成本明显低于D/A控制方式。
____4、随着变频器的增加，通讯延迟加大，系统响应速度低于D/A控制方式。