發布日期：2022-04-26 點擊率：1832 品牌：組態王_Kingview
一，引言
從世界第一臺PLC誕生之日到現在，傳統PLC已經歷經了幾十年的發展，其技術變得日益成熟，具有以下優點：可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單方便、網絡分布化等等，目前PLC技術已在汽車、電力、煙草、冶金、水處理、機械制造、新能源等行業得到廣泛的應用。軟PLC的出現又將PLC技術的發展大大向前推進一步，其使用處理速度更快及可靠性更強的工業控制計算機作為平臺，以軟件的方式實現傳統PLC的所有功能，而且具有傳統 PLC所不具有的一些優勢及特征。目前常見的軟PLC產品有西門子公司的WINAC，菲尼克斯電氣公司的 PC WORX RT BASIC，SOFTPLC公司的SoftPLC等,本文重點講述菲尼克斯電氣公司的基于PC WORX RT BASIC軟 PLC的PROFINET架構。
二， 菲尼克斯電氣軟PLC的結構及特征
PC WORX RT BASIC 軟件是一款基于PC機的PLC，目前支持的通訊協議為工業以太網PROFINET、現場總線INTERBUS。PC WORX RT BASIC軟件可通過PC機自身所攜帶的網卡輕松實現PROFINET工業以太網通訊，不需要特殊的硬件進行支持，如要實現現場總線INTERBUS方案，則需要在PC機的 PCI插槽上插入菲尼克斯電氣的IBS PCI SC/I-T卡。菲尼克斯電氣的軟PLC方案具有以下特征：
1，支持的硬件
目前PC WORX RT BASIC軟PLC已經在菲尼克斯的Valueline系列工控機上得到了驗證。它對工控機有如下特定的要求：
l 工控機的處理器為兩核或兩核以上，其中處理器的一個內核用于運行軟PLC的實時操作系統INtime，其他的處理器內核則用于運行標準操作系統(如 Windows XP，Windows 7)。這樣，即使在Windows標準操作系統出現藍屏的情況下，運行軟PLC的INtime實時操作系統仍可以繼續運行，大大保證系統的穩定性及可靠性。
l 工控機至少具有兩塊網卡，其中一塊網卡被永久指派給運行軟PLC的實時操作系統INtime使用，另外的網卡用于Windows標準操作系統上的通訊，這可保證可靠的和高性能的軟PLC的運行。其原理如圖1：
2，支持的操作系統
目前菲尼克斯電氣公司的PC WORX RT BASIC軟PLC支持Windows XP Professional SP3及Windows 7 Professional 32位。
3，兼容IEC61131標準
菲尼克斯電氣公司的PC WORX RT BASIC軟PLC使用符合IEC61131標準的PC WORX自動化軟件進行組態和編程。PC WORX自動化軟件可以和軟PLC安裝在同一臺計算機上，也可以安裝在不同的計算機，如安裝在同一臺計算機上，PC WORX自動化軟件與軟PLC的通訊則通過 Windows標準操作系統與INtime實時操作系統之間的虛擬以太網接口進行;如安裝在不同的計算機上，PC WORX自動化軟件與軟PLC的通訊則通過INtime實時操作系統綁定的網卡進行。PC WORX自動化軟件支持IEC61131-3編程語言標準：指令表、結構化文本、梯形圖、功能塊圖、順序流程圖。
4，標準以太網功能/工業以太網PROFINET
與軟PLC綁定的網卡服務為軟PLC的外部接口，除上述功能外(PC WORX自動化軟件可通過此網卡組態下載程序)，軟PLC不僅可通過此網卡接口作為PROFINET控制器 /PROFINET設備，也可通過此網卡執行包含透明TCP模式及透明UDP模式在內的IEC61131-5功能塊通訊。上位機SCADA系統與軟PLC 的通訊采用OPC客戶端/服務器方式，極大的方便了人機界面的交互。SCADA系統與軟PLC可以在同一臺計算機上，這樣可以節省一些投資，也可以在不同的計算機上，具有極大的靈活性。此外，菲尼克斯電氣公司的軟PLC還支持FTP、Webvisit、SQL、SNMP、SNTP等協議，具有強大的通訊能力。
總之，菲尼克斯電氣軟PLC將計算機技術和傳統PLC技術的優勢整合在一起，是真正一款體現IT-POWERED的產品。
三，菲尼克斯電氣軟PLC的通訊協議PROFINET簡介
PROFINET是基于工業以太網的用于工業自動化的開放標準，由菲尼克斯電氣和西門子共同開發。PROFINET根據通信目的的不同而采用不同的性能等級(見圖2)：
目前PC WORX RT BASIC軟PLC已經在菲尼克斯的Valueline系列工控機上得到了驗證。它對工控機有如下特定的要求：
l 工控機的處理器為兩核或兩核以上，其中處理器的一個內核用于運行軟PLC的實時操作系統INtime，其他的處理器內核則用于運行標準操作系統(如 Windows XP，Windows 7)。這樣，即使在Windows標準操作系統出現藍屏的情況下，運行軟PLC的INtime實時操作系統仍可以繼續運行，大大保證系統的穩定性及可靠性。
l 工控機至少具有兩塊網卡，其中一塊網卡被永久指派給運行軟PLC的實時操作系統INtime使用，另外的網卡用于Windows標準操作系統上的通訊，這可保證可靠的和高性能的軟PLC的運行。其原理如圖1：
§ PROFINET通過TCP/IP 或UDP/IP 在標準通道上發送及接受非苛求時間的數據，例如：IO設備的參數化、IO通道的組態數據和互連診斷信息等。除此以外，這還可滿足自動化層與其它網絡(SCADA,MES，ERP)的連接需求;
§ 對于生產裝備苛求時間的過程數據的傳輸，PROFINET可采用實時通道SRT(軟實時) ，它利用軟件的策略來實現，用于傳統的工廠自動化領域，通信方式如圖3：
在PROFINET周期性通訊期間，這種解決方案旁路了TCP/IP層，減少了報文長度，從而顯著地減少了通信報文所占的運行時間，提高了過程數據刷新速率方面的性能;另一方面，在需要傳輸的數據準備就緒發送(即：應用準備就緒處理)之前，只需較少的時間。
PROFINET RT 數據幀(見圖4)根據IEEE802.1Q/P協議定義了報文的優先級，設備之間的數據流則由網絡組件(比如交換機)依據此優先級進行處理，優先級6是用于實時數據的標準優先級，保證了PROFINET實時數據的優先處理，需要注意的是交換機選型時需要支持該協議。
l 對于同步應用，可采用等時同步實時通信(IRT)。它允許數據的更新速率小于等于 1ms，100個節點連續循環的抖動精度為 1μs，通過 IEEE1588(網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準”)來實現各PROFINET IO的時間同步，是一種基于時間槽的通訊模式，主要應用于運動控制領域，需要特殊的高速芯片(ASIC)進行支持。
涉及菲尼克斯電氣軟 PLC的解決方案目前采用的是 PROFINET SRT技術。PROFINET工業以太網通過以上機制實現了現場總線無法比擬的實時性及可靠性，它不僅允許不同的PROFINET節點根據自己的需求設置不同的更新率，也允許同一節點的輸入和輸出設置不同的更新率，有效地平衡了網絡中的負載，傳統的現場總線技術是無法做到這一點的。
二， 項目應用
目前菲尼克斯電氣軟PLC已在某一國家級物理研究所重離子治癌項目上得到測試及應用，該控制系統由磁鐵電源、RF、真空、離子源、引出、靶、冷卻、防護與其他輔助等九個子系統構成。其中菲尼克斯電氣軟PLC應用于磁鐵電源上的溫度監控系統，其控制策略比較簡便，即：當監視的某一路溫度值超出設定值，由軟 PLC發出動作。磁鐵電源溫度測量監控系統的上位機SCADA系統使用的是美國NI的Labview, 它通過OPC客戶端/服務器方式和菲尼克斯電氣公司的軟PLC進行通信，其拓撲圖如圖5
磁鐵電源溫度測量監控程序采用PC WORX自動化軟件編寫，編程較為簡單，部分界面如圖6;
五，結束語
菲尼克斯電氣軟PLC + 工業以太網PROFINET這種解決方案代表著工控領域發展的一種新方向，不但具有傳統PLC的諸多優點，而且可借助于強大可靠的工控機發揮一些傳統 PLC所不具備的優點，如處理速度快、網絡通訊能力強、可安裝與軟PLC相配套的軟件等等。工業以太網PROFINET在未來的發展中勢必會取代傳統的現場總線，在工控領域占據主導地位。
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