一，引言
從世界第一臺PLC誕生之日到現(xiàn)在，傳統(tǒng)PLC已經(jīng)歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，其技術(shù)變得日益成熟，具有以下優(yōu)點：可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單方便、網(wǎng)絡(luò)分布化等等，目前PLC技術(shù)已在汽車、電力、煙草、冶金、水處理、機械制造、新能源等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。軟PLC的出現(xiàn)又將PLC技術(shù)的發(fā)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(yè)控制計算機作為平臺，以軟件的方式實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的所有功能，而且具有傳統(tǒng) PLC所不具有的一些優(yōu)勢及特征。目前常見的軟PLC產(chǎn)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(gòu)。
二， 菲尼克斯電氣軟PLC的結(jié)構(gòu)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(xié)議為工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET、現(xiàn)場總線INTERBUS。PC WORX RT BASIC軟件可通過PC機自身所攜帶的網(wǎng)卡輕松實現(xiàn)PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)通訊，不需要特殊的硬件進行支持，如要實現(xiàn)現(xiàn)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(jīng)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：
●工控機的處理器為兩核或兩核以上，其中處理器的一個內(nèi)核用于運行軟PLC的實時操作系統(tǒng)INtime，其他的處理器內(nèi)核則用于運行標準操作系統(tǒng)(如 Windows XP，Windows 7)。這樣，即使在Windows標準操作系統(tǒng)出現(xiàn)藍屏的情況下，運行軟PLC的INtime實時操作系統(tǒng)仍可以繼續(xù)運行，大大保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。
● 工控機至少具有兩塊網(wǎng)卡，其中一塊網(wǎng)卡被永久指派給運行軟PLC的實時操作系統(tǒng)INtime使用，另外的網(wǎng)卡用于Windows標準操作系統(tǒng)上的通訊，這可保證可靠的和高性能的軟PLC的運行。
2，支持的操作系統(tǒng)
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(tài)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(tǒng)與INtime實時操作系統(tǒng)之間的虛擬以太網(wǎng)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(tǒng)綁定的網(wǎng)卡進行。PC WORX自動化軟件支持IEC61131-3編程語言標準：指令表、結(jié)構(gòu)化文本、梯形圖、功能塊圖、順序流程圖。
4，標準以太網(wǎng)功能/工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET
與軟PLC綁定的網(wǎng)卡服務(wù)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(wǎng)卡組態(tài)下載程序)，軟PLC不僅可通過此網(wǎng)卡接口作為PROFINET控制器 /PROFINET設(shè)備，也可通過此網(wǎng)卡執(zhí)行包含透明TCP模式及透明UDP模式在內(nèi)的IEC61131-5功能塊通訊。上位機SCADA系統(tǒng)與軟PLC 的通訊采用OPC客戶端/服務(wù)器方式，極大的方便了人機界面的交互。SCADA系統(tǒng)與軟PLC可以在同一臺計算機上，這樣可以節(jié)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(xié)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(shù)和傳統(tǒng)PLC技術(shù)的優(yōu)勢整合在一起，是真正一款體現(xiàn)IT-POWERED的產(chǎn)品。
三，菲尼克斯電氣軟PLC的通訊協(xié)議PROFINET簡介
PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)的用于工業(yè)自動化的開放標準，由菲尼克斯電氣和西門子共同開發(fā)。PROFINET根據(jù)通信目的的不同而采用不同的性能等級：
目前PC WORX RT BASIC軟PLC已經(jīng)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：
● 工控機的處理器為兩核或兩核以上，其中處理器的一個內(nèi)核用于運行軟PLC的實時操作系統(tǒng)INtime，其他的處理器內(nèi)核則用于運行標準操作系統(tǒng)(如 Windows XP，Windows 7)。這樣，即使在Windows標準操作系統(tǒng)出現(xiàn)藍屏的情況下，運行軟PLC的INtime實時操作系統(tǒng)仍可以繼續(xù)運行，大大保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。
●工控機至少具有兩塊網(wǎng)卡，其中一塊網(wǎng)卡被永久指派給運行軟PLC的實時操作系統(tǒng)INtime使用，另外的網(wǎng)卡用于Windows標準操作系統(tǒng)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(fā)送及接受非苛求時間的數(shù)據(jù)，例如：IO設(shè)備的參數(shù)化、IO通道的組態(tài)數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)(SCADA,MES，ERP)的連接需求;
§ 對于生產(chǎn)裝備苛求時間的過程數(shù)據(jù)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(xiàn)，用于傳統(tǒng)的工廠自動化領(lǐng)域，通信方式如圖1：
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(shù)據(jù)刷新速率方面的性能;另一方面，在需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準備就緒發(fā)送(即：應(yīng)用準備就緒處理)之前，只需較少的時間。
PROFINET RT 數(shù)據(jù)幀(見圖2)根據(jù)IEEE802.1Q/P協(xié)議定義了報文的優(yōu)先級，設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流則由網(wǎng)絡(luò)組件(比如交換機)依據(jù)此優(yōu)先級進行處理，優(yōu)先級6是用于實時數(shù)據(jù)的標準優(yōu)先級，保證了PROFINET實時數(shù)據(jù)的優(yōu)先處理，需要注意的是交換機選型時需要支持該協(xié)議。
●對于同步應(yīng)用，可采用等時同步實時通信(IRT)。它允許數(shù)據(jù)的更新速率小于等于 1ms，100個節(jié)點連續(xù)循環(huán)的抖動精度為 1μs，通過 IEEE1588(網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準”)來實現(xiàn)各PROFINET IO的時間同步，是一種基于時間槽的通訊模式，主要應(yīng)用于運動控制領(lǐng)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(shù)。PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)通過以上機制實現(xiàn)了現(xiàn)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(jié)點根據(jù)自己的需求設(shè)置不同的更新率，也允許同一節(jié)點的輸入和輸出設(shè)置不同的更新率，有效地平衡了網(wǎng)絡(luò)中的負載，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(shù)是無法做到這一點的。
四， 項目應(yīng)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(yīng)用，該控制系統(tǒng)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(tǒng)構(gòu)成。其中菲尼克斯電氣軟PLC應(yīng)用于磁鐵電源上的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，其控制策略比較簡便，即：當監(jiān)視的某一路溫度值超出設(shè)定值，由軟 PLC發(fā)出動作。磁鐵電源溫度測量監(jiān)控系統(tǒng)的上位機SCADA系統(tǒng)使用的是美國NI的Labview, 它通過OPC客戶端/服務(wù)器方式和菲尼克斯電氣公司的軟PLC進行通信。
磁鐵電源溫度測量監(jiān)控程序采用PC WORX自動化軟件編寫，編程較為簡單。
五，結(jié)束語
菲尼克斯電氣軟PLC + 工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET這種解決方案代表著工控領(lǐng)域發(fā)展的一種新方向，不但具有傳統(tǒng)PLC的諸多優(yōu)點，而且可借助于強大可靠的工控機發(fā)揮一些傳統(tǒng) PLC所不具備的優(yōu)點，如處理速度快、網(wǎng)絡(luò)通訊能力強、可安裝與軟PLC相配套的軟件等等。工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET在未來的發(fā)展中勢必會取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線，在工控領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。
（轉(zhuǎn)載）
