基于PC的PLC控制系统应用

马 峰

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西 太原030003）

1 系统概述

传统PLC系统以可靠性高、抗干扰能力强等优点在工业控制领域一直占有举足轻重的地位，工业自动化领域大部分被可编程逻辑控制器（PLC）运行的专用系统所占据，如图1所示。随着控制技术向智能化、分散化、网络化以及开放式控制发展，传统的PLC技术渐渐暴露出其不足之处，主要表现在其技术封闭，各个生产厂商的PLC产品互不兼容，各类PLC的编程语言差别较大，技术为少数几家生产厂家所垄断，因此开放性差、价格昂贵等缺点制约了其发展。

PC-Based控制技术的发展，以及工业控制领域的IEC 61131国际标准的推出和实施，在工业PC上实现了PLC的功能，能够解决传统PLC应用所存在的不足。1986年，Beckhoff成为第一家将PLC控制解决方案集成到标准PC平台中的工业自动化公司，其系统硬件由标准的PC构成，现场检测器和执行机构通过总线通信，控制任务完全由软件实现，并且软件系统全部基于Windows操作系统开发。

基于PC的PLC自动化系统仅由4个组件构成：工业PC；用于I/O接口的开放式现场总线系统；用于用户接口（HMI）的标准操作系统（Windows系统）；控制软件，如图2所示。

PC系统可通过TCP/IP相互连接，通过扩展PCI接口板的总线控制器，通过串行接口和现场总线（光导 总 线，PROFIBUS-DP，RS232，RS485，以 太 网TCP/IP）集成，现场检测器和执行机构全部带总线接口，通过总线与PC控制器进行通信［1］。

由于程序长度、存储器、处理器大小等传统PLC系统限制不复存在，基于PC的PLC解决方案的性能大大好于传统的PLC系统。无论是32位PC技术或64位PC技术所遇到的实际限制远比传统的PLC设备所受到的限制小，并且随着PC性能的增强而不断增强。

图1 传统PLC控制系统

图2 基于PC的PLC控制系统

2 基于PC的PLC控制系统的优点

1）一机多用，节省硬件资源，降低复杂性。在一台工业PC机上实现多个PLC控制系统、I/O接口、编程开发和操作站HMI。

2）开放式系统，操作环境友好，易于学习和掌握。开放的、兼容的标准PC硬件，不依赖于生产厂家；采用国际标准的PLC编程语言，含有5种编程语言；操作系统使用Windows系统，应用程序开发全部集成到操作系统中。

3）用工业PC作主站，可靠性高，功能强大。多任务实时控制，执行速度快，对自动化任务的性能可连续开发；采样标准的软硬件，易于更替和升级，共享强大的计算机资源和网络功能；编程开发平台和实时运行系统可选择在一台PC或不同的PC上执行，程序和数据的存储几乎没有限制。

4）可通过微软标准接口实现与其他软件的数据通讯（OPC、0CX、DLL等）和现场总线技术的发展要求，需要的组件少，系统的可靠性高。

3 Beckhoff基于PC的控制系统在横切钢板堆垛控制中的应用

3.1 功能概述

热连轧冷线堆垛系统，主要是对冷线横切后的钢板实现整齐剁放，提升产品质量及外观形象，该系统采用Beckhoff基于PC的控制系统，通过带钢的位置跟踪计算、设备动作、钢板定位、真空吸附等功能，实现产品堆垛功能的自动控制。

3.2 控制结构以及网络组成

冷线堆垛控制系统采用Beckhoff基于PC的控制系统，主站由工业PC主站（带PCI网络通讯板）、30个DP从站、62个SERCOS从站、1个MPI从站组成，DP从站主要包括ET200、网络型气动阀台、S7-400、耦合器，SERCOS从站主要包括力士乐伺服控制器，MPI从站包括可移动操作面板MP177。

堆垛控制系统主要由四种网络构成：MPI网实现与其他传统PLC（S7-400）之间的通讯；Profibus网实现Beckhoff PC与现场ET200、网络型气动阀台等现场设备的通讯；Ethernet网实现Beckhoff PC与工程师站及HMI之间的通讯；SERCOS网实现Beckhoff PC与伺服传动系统之间的通讯。

3.3 控制软件组成

TwinCAT是Beckhoff公司开发的自动化实时控制软件，并且所有系统软件和应用软件都是运行在Windows系统中，它包括了顺序控制（软件PLC控制），运动控制（软件PLC控制），组件间的通讯（ADS），接口功能（集控制器、通讯、OS功能等）。

3.4 现场检测器和执行机构控制设备

现场检测器包括光栅、接近开关、压力继电器等信号经ET2OO柜后通过网络与工业PC通讯，辊道运输设备的运行通过带总线接口的伺服传动系统实现，真空吸盘通过网络型气动阀台实现真空吸盘的吸附及释放，对中系统通过带总线接口伺服电机实现准确定位。

4 结语

基于PC的PLC控制系统是不断发展的新型控制技术，一台标准的工业PC或者家用电脑，甚至笔记本电脑，装上控制软件之后就变成一个工业控制器了。与传统的PLC系统相比，它具有开放的体系结构、强大的网络通讯能力和更强的数据处理能力，能较好地满足现代工业自动化的要求，是目前工业自动化领域研究的热点之一。特别是其使用标准PC相同的自动化硬件与软件，大大减少解决系统集成问题所需的时间和资金成本，不仅有技术上的优势，更是极大降低了系统硬件成本、开发资金和工厂维护成本，随着技术的不断进步，在工业自动化领域的应用会越来越广。