6SL3210-1PE24-5UL0西门子G120变频器

随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器的应用已广泛普及，成为自动化技术的重要组成。可编程控制器先出现在美国，1968年，美国的汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提出新一代控制器应具备以下条件：

（1）编程简单，可在现场修改程序； 

（2）维护方便，好是插件式； 

（3）可靠性高于继电器控制柜； 

（4）体积小于继电器控制柜； 

（5）可将数据直接送入管理计算机；

（6）在成本上可与继电器控制柜竞争； 

（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）； 

（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀； 

（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更； 

PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。继电器控制系统已有上百年历史，它是用弱电信号控制强电系统的控制方法，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，改造工期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。由于PLC是由微处理器、存储器和器件组成，所以应属于工业控制计算机中的一类。

        对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

什么是硬PLC呢？所谓硬PLC从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的ASIC芯片来实现PLC指令的持行．而软PLC是用一些通用的CPU或者MCU来实现PLC指令的解释或者编译持行．

　　像三菱（FX）和欧姆龙的PLC多是硬PLC，而西门子的有几种型号是属于软PLC的。 

　　硬PLC的核心是一个位处理器，也就是一个持行PLC专用指今的ASIC芯片，以前各厂商的这种处理器执行的是自家指令，但自从伟大而神圣的IEC61131－3出现后，大家都向这个标准上看齐了，IEC61131－3定义了5种语言——LD、FBD、SFC、ST、IL其中IL是像汇编的，所以大多数厂商的这个位处理器都是执行的一种类IL语言。我们在这里将这个位处理暂命名为IEC处理器。也有厂商用FPGA来实现这个处理器，由于这个处理器执行的是专用指令，所以速度相对软PLC来说要快许多倍。但它也有它的弱点，就是灵活性不高，并具一般只能处理位指令，而现代的PLC功能越来越强大，对模拟量的处理已和DCS不相上下，所以厂商一般要另加一块通用CPU来处理模拟量和复杂功能的实现。

可编程控制器单片机部分电路图如图3所示。

　USB通信部分选择Philips公司的PDIUSBD12[5]芯片作为系统的USB接口器件，片内集成了高性能USB接口电路、SIE、FIFO存储器、收发器以及电压调整器等，可与任何外部控制器或微处理器实现高速并行通信，其速率为2 Mb/s，完全能够满足设计所要求的数据传输速度。USB通信接口模块电路如图4所示。

3 系统软件设计

　系统软件结构如图5所示。图中，系统编辑模块为用户提供编辑环境，接收用户的梯形图程序输入，并将其存储为相应的文件。梯形图语言为一种图形语言，要直接对其进行编译十分困难，因此并不是直接对梯形图程序进行编译，而是先将其翻译成指令语言的文本形式，再对指令语言进行编译。图形语言编译问题的解决，提高了代码的利用率[6-7]。通过提取数据结构中的数据，形成C语言程序文件，经过C51编译器、连接器、转换器的编译、连接、转换过程，生成能够在PLC硬件上运行的可执行文件。

3.1 用户界面

　PLC用户界面是实现可编程人机交互的重要部分，它以梯形图语言的形式录入用户控制程序，以二进制形式通过串口下载到PLC硬件，其梯形图表示的用户编程区如图6所示。

PLC在进行逻辑运算之前，必须对外部信号进行采样[8]，若要实现指令的功能，首先要设置外部I/O在梯形图中的地址，系统才能够对用户程序中所使用的I/O地址与单片机的引脚地址相匹配。本设计在I/O设置对话框底层设计了如表1所示的数据处理函数。