一文告诉你PLC与计算机的本质区别在哪里!小白都能看懂
你真的了解PLC吗?你知道PLC与计算机的本质区别吗?我来简单解释一下吧。
第一、PLC可以工作在极其恶劣的电磁环境中
如果我们把计算机直接放到PLC工作的环境中,无需太久,这些计算机将死机甚至烧毁。
在ABB的早期工程中,我们就是把工业控制计算机直接放在变电站开关柜中,用来实施测控和数据处理。然而,用不了多久,电源故障和硬盘故障,还有输入输出接口的故障就接踵而来。直到我们用PLC替换下这些工控机,事情才算完。
这叫做抵御电磁骚扰EMC的能力,PLC可达三级甚至四级,而计算机能达到二级就算很不错了。
抵御EMC电磁骚扰,会有许多措施。例如隔离技术、接地技术等等都是。
第二、PLC的程序是一行行顺序执行的,不会陷入死循环
我们在编写计算机程序时,经常会遇见循环。如果一个循环子程序设计不恰当,或者条件引起了程序返回,有可能进入到死循环中,系统当然就死机了。
然而,PLC的程序是一条接一条顺序执行的,只有到了程序末尾才会回头。在程序中任何部位,若条件满足,可以实现跳转,但程序还是一条接一条顺序执行。
如此一来,PLC几乎不会死机。这也是PLC区别于普通计算机的根本特性。
因此,我们会发现PLC的可靠性极高,这是普通计算机完全不能比拟的。
第三、冗余配置
所谓冗余配置,就是在控制过程中存在主机和从机,它们依靠握手线关联,并共享资源和信息。
如果是计算机,当主机出现问题时,切换到从机的时间较长。但对于PLC,我们可以在机架上安排2套CPU作为主从控制,它们之间的转换仅几个时钟周期即可完成。
例如我们的控制对象是汽轮机,它的转子在高速旋转。我们不妨假定转子的转速就是工频周期,也即每分钟3000转。如果我们对汽轮机实施DCS监控,在现场层面我们只能选用带冗余配套的PLC,绝不可能使用计算机。一旦PLC的主机发生故障,它立刻就转入从机控制,对于受控对象来说几乎感觉不到,但计算机就未必可以实现类似功能了。
事实上,带冗余配套的PLC系统就属于规模较大的PLC了。
第四、PLC的程序特点
PLC的程序规模都不大,一般才几千字节,能上万字节就算很大的程序了。
PLC有许多输入输出接口,以及各种类型的变量,这些都需要专门设置地址,以便在程序中使用。
我们看下图,此图是用PLC国际通用标准IEC61131-3模块化编程语言写成的:
图1:某地铁配电控制系统PLC的输入接口参数定义程序和延迟判误程序
在图1中,我们在左侧看到了许多输入参量,它们的末尾都有_s的标识,这些就是开关量输入参数,它们不但有地址,还有名称。这是必须的,否则程序无法辨识和使用它们。
我们由图1的程序看到,这种编程方法比所谓的C语言方便得多。事实上,每一个功能块就相当于一段C语言。例如TON模块,它是延迟模块,如果用C语言,怎么也要若干语句行,但这里仅仅只是一个程序模块而已。何者更方便一看便知。
我们再看下图:
图2:PLC的16位字解析为单个开关量的程序段
图2中,程序开头的AND(与逻辑模块)实施程序转移。当条件满足时,AND启动子程序入口。
在图2中,我们看到了UNPACK16模块,它的任务是把一个16位的字解析为16个开关量,供下一步程序使用。
我们很容易想到,这个UNPACK16模块若用C语言来写,又会有何种形式?何者更方便?
我们看下图:
图3:数据交换的RS485接口定义和MODBUS通信管理
图3是PLC对系统中各种数据交换的定义、数据采集和管理。图中的一个个模块就是处理MODBUS通信协议数据的,同时还实现数据采集轮巡操作。
这些模块用C语言该如何写?是不是会麻烦很多?
我们看到,PLC程序的便捷性是C语言无法比拟的。
第五、PLC的工作范围
PLC的内存不大,尽管它的可靠性很高,但PLC不能用于较大的计算。我曾经设计过一个PLC程序,用于浮点数的乘法,麻烦得很,最后不得不使用模块配合查表来解决问题。
PLC的内部其实就是单片机,只不过整个PLC的单片机系统经过了严格的EMC测试,而操作系统和编程系统也进行了优化,方便我们这些编程者使用。
既然PLC只是一台单片机系统,可想而知它与计算机不在同一个技术水平上。计算机能够完成的工作,哪怕只是一篇WORD文档的写作,用PLC绝不可能完成。但PLC能够轻松实现的控制功能,用计算机虽然也能勉强实现,但效果极差,且可靠性极低,尺寸也巨大。
如此看来,PLC与计算机的工作特性不一样,适用的工作对象当然也不一样。
工控自动化:如何将编程程序写入读出及PLC与PC连接,附方案
PLC与计算机连接需要用到通信电缆,常用电缆有两种:一种是FX-232AWC-H(简称SC09)电缆,如图所示,该电缆含有RS-232C/RS-422转换器;另一种是FX-USB-AW(又称USB-SC09-FX)电缆,如图所示,该电缆含有USB/RS-422转换器。
在选用PLC编程电缆时,先查看计算机是否具有COM口(又称RS-232C接口),因为现在很多计算机已经取消了这种接口,如果计算机有COM接口,可选用FX-232AWC-H电缆连接PLC和计算机。在连接时,将电缆的COM头插入计算机的COM接口,电缆另一端圆形插头插入PLC的编程口内。
如果计算机没有COM接口,可选用FX-USB-AW电缆将计算机与PLC连接起来。在连接时,将电缆的USB头插入计算机的USB接口,电缆另一端插入PLC的编程口内。 将FX-USB-AW电缆插到计算机USB接口时,还需要在计算机中安装这条电缆佩戴的驱动程序。驱动程序安装完成后,在计算机中选择“设备管理器”,弹出设备管理器窗口,如图所示,展开其中的“端口(COM和LPT)”,从中可以看到一个虚拟的COM端口,图中为COM3,记住该编号,在works2软件进行通信参数设置时要用到。
通信
用编程电缆将PLC与计算机连接好后,在启动works2软件,打开或新建一个工程,再执行菜单栏命令“工程数据列表区→连接目标”,再选择当前连接目标,弹出连接目标设置对话框,双击左上角的“串行usb”图标,出现出现详细的设置对话框,如图所示,在该对话框中选中“RS-232C”项,COM端口一项中选择与PLC连接的端口号,使用FX-USB-AW电缆连接时,端口号应与设备管理器中虚拟的COM端口号一致,在传输速度上选择某个速度(如选19.2kbps),单击确定返回连接目标设置对话框,如果想知道PLC与计算机是否连接成功,可在连接目标设置中点击通信测试按钮,若出现图中所示对话框,表示连接失败,则要重新选择COM端口。
程序的写入与读出
程序的写入是指将程序由编程计算机送入PLC,读出则是将PLC内的程序传送到计算机中。程序的读出操作过程与写入基本类似,可参照学习,这里不做介绍。在对PLC进行程序写入或者读出时,除了要保证PLC与计算机通信连接成功外,PLC还需要接上工作电源。
在线监视PLC程序的运行
在works2软件中将程序写入PLC后,如果希望看见程序在实际PLC中的运行情况,可使用软件的在线监视功能,该功能使用时,应确保PLC与计算机间通信电缆连接正常,PLC供电正常。
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