幾種ＰＬＣ編程平臺(tái)的比較

李　坤　李成鋒　馬　平　黃　鑫　王海鵬

摘要：基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中最重要的部分，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的核心?；A(chǔ)自動(dòng)化大多通過(guò)PLC控制器進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化主要是進(jìn)行PLC的組態(tài)與編程。

關(guān)鍵詞：PLC軟件；基礎(chǔ)自動(dòng)化；組態(tài)；編程

中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）05-0030-02

基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中最重要的部分，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的核心?；A(chǔ)自動(dòng)化大多通過(guò)PLC控制器進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化主要是進(jìn)行PLC的組態(tài)與編程。目前市場(chǎng)上擁有多個(gè)PLC廠家及編程平臺(tái)，各自具有不同的特色，本文對(duì)冶金行業(yè)運(yùn)用較多的三種平臺(tái)進(jìn)行了比較闡述，對(duì)PLC編程平臺(tái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行概括，方便相關(guān)軟件的使用和改進(jìn)。

一、幾種PLC編程平臺(tái)

我國(guó)工控機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)，也相繼引進(jìn)了各種工控機(jī)系統(tǒng)，并開始自己設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和裝置，然后進(jìn)行消化吸收，進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。也有一些廠家引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，與外商合作合資組裝生產(chǎn)國(guó)外產(chǎn)品，并逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。工控機(jī)來(lái)講，主要產(chǎn)品有PLC、DCS、IPC、FCS、RTU等，其中份額最大的仍然是PLC，并且在其他工控產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)之下仍然保持這進(jìn)一步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC可與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也可下掛PLC及智能儀表，組成分布式控制系統(tǒng)。PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石油、化工、輕工、食品、市政、交通和軍工等行業(yè)，在冶金行業(yè)中，PLC是主流控制器，為PLC第一大應(yīng)用行業(yè)，且目前仍被國(guó)外產(chǎn)品壟斷，其中應(yīng)用最多的仍然為西門子，其他如ABB、Schnerder、Rockwell應(yīng)用也較多，Omron及Mitsubishi在冶金行業(yè)也有應(yīng)用，其他則使用很少。因?yàn)橐苯鹦袠I(yè)西門子PLC應(yīng)用較多，相關(guān)總線也以Profibus為主，組態(tài)平臺(tái)也就以西門子的STEP為主流，界面則多為WINCC設(shè)計(jì)，其他相對(duì)典型的是ABB的IndustrialIT工業(yè)控制系統(tǒng) AC 800M。PLC應(yīng)用包括選型、安裝、組態(tài)、編程、調(diào)試，最主要的便是編程，以程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程的自動(dòng)化，PLC供應(yīng)廠家通常同時(shí)提供自己的PLC軟件，其PLC及軟件除基本原理外各有各的特色，現(xiàn)對(duì)幾種運(yùn)用過(guò)的軟件平臺(tái)做一個(gè)比較與闡述，對(duì)PLC軟件平臺(tái)典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行概括，旨在給予軟件平臺(tái)使用的總體認(rèn)識(shí)及改進(jìn)的角度，方便學(xué)習(xí)與選擇。

（一）ALSTOM ALSPA P80I

ALSPA P80I 編程工具是ALSTOM用于對(duì)ALSPA C80 - HPCI高性能控制器進(jìn)行配置、編程和監(jiān)測(cè)的編程軟件，擁有圖像監(jiān)控輔助功能及含有PERTU變量曲線監(jiān)督（monitoring）工具，是面向?qū)ο笈c面向結(jié)構(gòu)的結(jié)合。其編程軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)為：

1．工程瀏覽器：第一層為項(xiàng)目（project），即主目錄；其下包含硬件組態(tài)、用戶自定義功能模塊列表及處理器層；第二層為處理器層(CPU)，最多可以配置4個(gè)處理器；第三層為資源（Resource）層，每個(gè)CPU可以設(shè)置最多32個(gè)資源，資源的概念實(shí)際上是CPU中程序按主要功能進(jìn)行分類，如PLC控制、通訊及數(shù)據(jù)庫(kù)處理等；第四層為文檔及任務(wù)層（Document and Task），文檔包含同一資源下所用到的所有程序，Task則是依據(jù)不同任務(wù)編制的程序，相當(dāng)于文檔中程序按照任務(wù)重新分類，不同的Task可以重復(fù)使用到同一個(gè)文檔程序，這樣的處理方式方便按任務(wù)查找程序，及對(duì)程序進(jìn)行統(tǒng)一瀏覽與管理，避免重復(fù)建設(shè)，亦即對(duì)需要重復(fù)使用的程序，只需直接復(fù)制或稍作修改，不必重新編寫，而在任何一個(gè)地方修改了程序就會(huì)作用到所有交叉使用到的同一程序中。ALSPA P80I 中任務(wù)程序必須從文檔中復(fù)制后再進(jìn)一步加工。

2．庫(kù)瀏覽器：顯示所有系統(tǒng)及用戶自定義的功能塊，用戶自定義包括自定義系統(tǒng)功能塊及自定義程序功能塊。自定義功能塊可以就功能塊外觀進(jìn)行設(shè)置，其內(nèi)容則需將新的功能塊放置在一個(gè)程序中然后打開編寫界面進(jìn)行編寫。

3．變量瀏覽器：查看所有數(shù)據(jù)庫(kù)變量。P80i的特點(diǎn)是樹狀結(jié)構(gòu)，硬件配置簡(jiǎn)單，沒有很復(fù)雜的選型；數(shù)據(jù)庫(kù)處理形式簡(jiǎn)明；庫(kù)的配置瀏覽比較方便。但程序語(yǔ)言只有功能塊（包括LogiCAD FBD及Cogito FBD）及梯形圖（Ladder：GEM80），由于功能塊連線較多鋪開范圍大，使得程序粗放而不利于瀏覽，雖然有導(dǎo)航窗口，但要將復(fù)雜的邏輯關(guān)系看得比較清楚仍然效率不高。

（二）ABB Industrial Compact Control Builder

ABB CompactCB 是ABB Industrial IT的組成部分，主要用于ABB高端PLC AC 800M的編程組態(tài)，與ALSPA P80i有些相似，都為庫(kù)-程序結(jié)構(gòu)。ALSTOM的ALSPA P80i將項(xiàng)目、庫(kù)、變量分窗口顯示，ABB的CompactCB則為分目錄顯示。P80i的庫(kù)主要是功能塊庫(kù)，而ABB的庫(kù)將庫(kù)之間的引用關(guān)系和變量描述包含在內(nèi)，且將控制器模塊獨(dú)立顯示，庫(kù)的層次感比較強(qiáng)，另外還包含有硬件庫(kù)提供硬件配置的選擇。

CompactCB的權(quán)限功能較強(qiáng)，對(duì)一些項(xiàng)目都有密碼設(shè)置功能以決定是否可以對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)操作。

CompactCB提供五種編程語(yǔ)言：功能塊（FBD）、結(jié)構(gòu)文本（Structure Text）、梯形圖（Ladder Diagram）、順控圖（Sequential Function Chart）和指令表（Instruction List），以及ABB自有的功能強(qiáng)大的Control Module語(yǔ)言。其應(yīng)用層結(jié)構(gòu)與庫(kù)層類似，亦分庫(kù)引用、數(shù)據(jù)類型、功能塊類型（Function Block Types）、控制模塊類型（Control Module Types）及控制模塊，程序則位于'program'項(xiàng)中。對(duì)控制模塊（控制塊類型）雙擊可打開，亦可用右鍵中Goto功能進(jìn)入編輯頁(yè)面，程序（功能塊類型）則需Goto狀態(tài)打開進(jìn)入編輯頁(yè)面（庫(kù)中可雙擊打開，編輯頁(yè)面存在權(quán)限設(shè)置），同時(shí)Goto中的項(xiàng)目中瀏覽（In project explore）可以查看該塊在庫(kù)中的位置。這些組成功能與STEP7是類似的。CompactCB的控制器層包括了應(yīng)用引用、庫(kù)引用、硬件配置、任務(wù)速度級(jí)別設(shè)置（快、中、慢）和變量。

CompactCB的特點(diǎn)是：功能及硬件配置較為齊全，支持語(yǔ)言較多，權(quán)限設(shè)置方便，但是顯得有些雜亂繁瑣，相比而言，ALSPA雖然簡(jiǎn)單粗放，但也簡(jiǎn)潔明了，說(shuō)明描述及程序邏輯關(guān)系都比較明確，而CompactCB的變量函數(shù)有時(shí)候要弄清名稱含義就得花費(fèi)不少功夫。

（三）SIEMENS STEP7

SIEMENS的STEP7本身組合了多種功能，是比較典型的大而全的軟件平臺(tái)，也是PLC編程組態(tài)的經(jīng)典軟件，其兼容普遍使用的編程環(huán)境，結(jié)構(gòu)明確、功能齊全、編程方便，這與SIEMENS的PLC控制器本身功能集成較為強(qiáng)大是相互關(guān)聯(lián)的。與ALSPA P80i基于庫(kù)、任務(wù)及ABB CompactCB基于庫(kù)、控制模塊的結(jié)構(gòu)不同，SIEMENS STEP7沒有繁瑣地定義庫(kù)，以程序本身為主，其結(jié)構(gòu)立足于處理器原理，著眼于控制器本身，將數(shù)據(jù)、變量、程序以塊的形式進(jìn)行組織，結(jié)構(gòu)明晰，使程序與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系更明朗化。編程界面支持LAD、STL、FBD三種典型的通用PLC編程語(yǔ)言，是使用最方便、程序閱讀最清楚的編程界面。雖然ALSPA P80i、ABB CompactCB同樣使用了高級(jí)語(yǔ)言如C、C++來(lái)編寫庫(kù)，但SIEMENS STEP7在編程界面風(fēng)格上與高級(jí)語(yǔ)言較為靠近，包括VC、VB的風(fēng)格，符合一般化的編程風(fēng)格模式，使用起來(lái)很方便，也易于程序員掌握。STEP7為不同偏好的程序員提供不同的語(yǔ)言，包括語(yǔ)句表STL（適用于偏好使用類似機(jī)器碼的語(yǔ)言進(jìn)行編程的用戶，程序?qū)⒏鶕?jù)運(yùn)行時(shí)間和存儲(chǔ)器要求進(jìn)行優(yōu)化）；梯形圖LAD（習(xí)慣于使用電路圖進(jìn)行工作的用戶，編寫邏輯控制程序）；功能塊圖FBD（熟練布爾代數(shù)的邏輯框的用戶，編寫邏輯控制程序）；F-LAD、F-FBD選項(xiàng)包（熟悉編程語(yǔ)言LAD和FBD的用戶，編寫F系統(tǒng)的安全程序）；SCL （結(jié)構(gòu)控制語(yǔ)言）選項(xiàng)包（使用過(guò)高級(jí)語(yǔ)言例如PASCAL或C語(yǔ)言進(jìn)行編程的用戶，編寫數(shù)據(jù)處理任務(wù)程序）；S7-GRAPH選項(xiàng)包（順序控制的簡(jiǎn)便描述）、HiGraph選項(xiàng)包（異步、非順序控制的簡(jiǎn)便描述）、CFC選項(xiàng)包（連續(xù)過(guò)程的描述，適用于希望面向技術(shù)功能進(jìn)行工作且不具備豐富編程/PLC知識(shí)的用戶）。STEP7的另一個(gè)特點(diǎn)是程序塊的類型，它包含五種程序塊：組織塊（OB），功能塊（FB），功能（FC），數(shù)據(jù)塊（DB）及系統(tǒng)功能（SFC）和系統(tǒng)功能塊（SFB），不同的程序塊使得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)條理清晰邏輯性強(qiáng)，有利于用戶對(duì)程序的掌握，同時(shí)STEP7的用戶自定義數(shù)據(jù)類型及變量表更拓展了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用及對(duì)程序監(jiān)控的方式。STEP7的硬件配置界面及網(wǎng)絡(luò)配置界面（NetPro）一目了然，在硬件配置工具中可將參數(shù)分配給功能模塊（FM）和通訊處理器（CP）。但對(duì)于初學(xué)者來(lái)講，由于其硬件配置明細(xì)，對(duì)選型要求較高。如果事先不知道用什么硬件，組態(tài)時(shí)選型比較麻煩。STEP7系統(tǒng)化結(jié)構(gòu)化強(qiáng)，適合開發(fā)更深更高級(jí)的應(yīng)用，對(duì)于PLC編程開發(fā)人員尤其冶金行業(yè)來(lái)講，掌握STEP7基本上就等于掌握PLC實(shí)現(xiàn)的通行證了。

二、結(jié)語(yǔ)

PLC軟件系統(tǒng)的一般功能結(jié)構(gòu)包括硬件組態(tài)、邏輯程序編制及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果監(jiān)視，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及編程語(yǔ)言，而就軟件形式來(lái)講，以上所用到的ALSTOM、ABB及SIEMENS平臺(tái)顯示了兩種典型的PLC編程軟件結(jié)構(gòu)，ALSPA與ABB皆呈現(xiàn)面向結(jié)構(gòu)的形式，而西門子則更類似于程序語(yǔ)言軟件。由于PLC控制器與編程軟件通常是捆綁在一起的，各個(gè)廠家并沒有通用的PLC編程平臺(tái)，因此編程軟件本身的功能也與PLC本身的性能緊密聯(lián)系。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除工藝功能外，要求設(shè)計(jì)人員對(duì)PLC的硬件性能，編程語(yǔ)言，軟件結(jié)構(gòu)都要了解。三種PLC控制系統(tǒng)在各自的項(xiàng)目應(yīng)用中皆能穩(wěn)定順利的運(yùn)行，但相對(duì)來(lái)講，ALSTOM用于電力系統(tǒng)的自動(dòng)化較為合適，對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)有所欠缺。從鋼廠的系統(tǒng)應(yīng)用效果來(lái)講，三種軟件平臺(tái)在順控方面的差異不大，而產(chǎn)品性能控制上，西門子、ABB較為成熟，西門子則相對(duì)更為精細(xì)一些，并具有行業(yè)和市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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