將PLC自動(dòng)控制原理應用在組態(tài)軟件控制系統中

1 前言

眾所周知，PLC自從問(wèn)世以來(lái)就在自動(dòng)控制各個(gè)行業(yè)發(fā)揮著(zhù)難以取代的核心控制作用。PLC運行可靠，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，PLC和工控機（IPC）相比，其運行可靠、可擴展性好、便于電氣連接、控制更專(zhuān)業(yè)，但是工控機良好的人機界面，方便高級語(yǔ)言都是PLC所不能比擬的。

組態(tài)軟件在很多場(chǎng)合應用于控制，可整個(gè)控制的中心往往還是PLC，組態(tài)軟件（上位機）所起的控制作用很小。人機界面一般用于簡(jiǎn)單的動(dòng)作控制，工藝參數的編制，配方的設定等等，雖然在概念上屬于控制范疇，但它并未真正起到核心控制作用，因為真正長(cháng)期的自動(dòng)運行控制是由PLC完成。我們不經(jīng)常使用工控機作為核心控制部分的原因有兩點(diǎn)：第一，工控機不適于在很惡略的環(huán)境下運行；第二，工控機經(jīng)常采用的Windows系統并不能夠讓人放心，其長(cháng)期運行效果并不好。
　　
盡管PLC、IPC在自動(dòng)化控制中扮演不同角色，在許多運行連續時(shí)間較短，環(huán)境相對比較好的地方，人們還是希望使用IPC進(jìn)行核心控制。使用IPC進(jìn)行核心控制有很多種實(shí)現方式，當然其中最為簡(jiǎn)單的辦法就是使用組態(tài)軟件。
　　
本文針對使用組態(tài)軟件做控制中用戶(hù)經(jīng)常遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論。在許多用戶(hù)使用組態(tài)軟件進(jìn)行控制，尤其是使用串口連接方式進(jìn)行控制時(shí)，發(fā)現組態(tài)軟件自動(dòng)控制會(huì )影響的數據的采集速度，本文著(zhù)重介紹如何解決此問(wèn)題，解決此辦法就是——將PLC的控制方式模仿的應用到上位機串口控制中。

2 用戶(hù)使用組態(tài)軟件控制后，導致數據采集慢的原因
　　
這是許多組態(tài)軟件用戶(hù)在編寫(xiě)上位機自動(dòng)控制程序中所遇到的問(wèn)題，到底是什么原因？能否有好的辦法來(lái)解決？
　　
我們先簡(jiǎn)單描述組態(tài)軟件數據采集控制的原理。在正常情況下，組態(tài)軟件定時(shí)向下位機發(fā)出讀命令來(lái)等待下位機回應以截取想要查詢(xún)的數據，周而復始的循環(huán)，數據便動(dòng)態(tài)的顯示在上位機上，實(shí)現數據“實(shí)時(shí)采集”。那么當我們需要對下位機進(jìn)行控制時(shí)，組態(tài)軟件就會(huì )相應寫(xiě)命令，實(shí)現上位機對下位機的“實(shí)時(shí)控制”。
　　
表面上看去合情合理，可為什么會(huì )出現數據采集慢這種情況？原來(lái)一切“歸咎于”組態(tài)軟件的讀寫(xiě)機制。組態(tài)軟件為實(shí)現快速的控制，所以給寫(xiě)命令最高的優(yōu)先執行權，也就是說(shuō)，當有寫(xiě)（控制）命令時(shí)，組態(tài)軟件首先執行寫(xiě)命令，直到?jīng)]有寫(xiě)（控制）命令時(shí)組態(tài)軟件才恢復正常的讀（采集）循環(huán)。
　　
由此，我們不難發(fā)現用戶(hù)經(jīng)常出現數據采集慢的原因。如果用戶(hù)頻繁將控制指令發(fā)出，系統將分配很少的時(shí)間給數據采集，從而導致數據采集變慢或者中斷。用戶(hù)在循環(huán)指令中重復給一個(gè)變量賦值（如y0=1），就會(huì )導致以上問(wèn)題，所以我們的解決辦法就是需要控制時(shí)控制，不需要控制時(shí)放手。為了實(shí)現這種控制方式，我們可以參考PLC的運行模式。

3 PLC運行原理



在沒(méi)有中斷的情況下，PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。
　　
1) 每次掃描過(guò)程。集中對輸入信號進(jìn)行采樣，集中對輸出信號進(jìn)行刷新。
　　
2) 輸入刷新過(guò)程。當輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執行階段時(shí)，輸入端有新?tīng)顟B(tài)，新?tīng)顟B(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新?tīng)顟B(tài)才被讀入。
　　
3) 一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執行，輸出刷新。
　　
4) 元件映象寄存器的內容是隨著(zhù)程序的執行變化而變化。
　　
5) 掃描周期的長(cháng)短由三條決定：1>CPU執行指令的速度；2>指令本身占有的時(shí)間；3>指令條數。
　　
6) 由于采用集中采樣。集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現象，即輸入/輸出響應延遲。

4 小結
　　
如上所述，在組態(tài)軟件控制中，我們采用先運算再輸出的方法，即，對IO變量有循環(huán)復雜運算操作時(shí)，我們采用中間變量計算，待計算出結果時(shí)我們再對IO變量賦值，這樣就會(huì )解決控制中采集慢的問(wèn)題。