工业控制设备应用-可编程控制器
一、公司产品介绍
公司设计开发的可编程（序）控制器（可编程逻辑控制器，简称PLC）产品是专门为在工业生产领域的控制应用而设计的电子设备，能够模拟继电器控制装置，长时间无故障地持续或者间歇运行客户编写的控制程序（遵循标准IEC 61131-3 edition 3.0 b:2013及GB/T 15969.3–2017），能够与上位机的数据交互（参考标准IEC 61131-5 edition 1.0:2000及GB/T 15969.5–2002）。
本产品具有数字输入、数字输出、用户程序写入/读出/解析/执行、串口通信、定时、计数等功能，提供脉冲输出、模拟输入、模拟输出等扩展功能。
（一）产品特性
(1) 输入和输出共14点
(2) 程序容量8000步
(3) 内置8 KB容量的数据存储器
(4) 由基本单元、I/O扩展单元和扩展模块以及特殊功能单元构成
(5) 基本单元包括核心控制器、存储、输入/输出和电源
(6) 注释记录功能
(7) RUN/STOP开关，面板上运行/停止开关易于操作
(8) 远程监控和运行以及在线监控时的程序写入
(9) 兼容三菱上位机软件（GX Developer，GX Works2）
(10) 持续扫描功能，为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期
(11) 具有断电保持元件
(12) 提供实时时钟
(13) 输入滤波器调节功能，可以用输入滤波器平整输入信号
(14) 2路AB编码器输出和2路外部脉冲计数
(15) 2路高速输出（Y0和Y1），脉冲输出和PWM
(16) 2路485 Modbus RTU主从模式
(17) 2路AD和2路DA
(18) MC和MCR指令
(19) FOR和NEXT指令
(20) 串口通信，RS232通信口波特率自适应
(21) CAN总线
(22) 为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块
(23) 为工厂自动化应用提供极大的灵活性和控制能力
（二）技术体系
核心控制器采用国产MCU，优先选择STM32F1××系列的国产替代型号（如兆易创新GD32，灵动MM32，沁恒CH32，华大HC32等）。开发工作基于传人记（网站：shop178536326.taobao.com）共享代码，在Keil MDK集成环境中，开发语言绝大部分采用C语言。暂不使用实时操作系统。
二、功能模块
（一）硬件框架
（二）固件的功能模块
逻辑运算和流程控制、程序存储、数据存储、定时、计数、数字输入、数字输出。
（三）选件模块
选件模块指本产品实现基本功能非必要的组成，可选择：I/O扩展、特殊功能、外设。
三、基本功能及实现
PLC采用循环扫描的方式执行用户程序。PLC的基本功能即用户程序的扫描。扫描过程包括输入采样、逻辑运算、流程控制、程序执行、输出刷新等5个阶段以及通信等程序的执行，扫描一次所需的时间称为扫描周期。扫描周期与核心控制器的运算/读写性能、PLC硬件配置和用户程序长短有关。
软元件是PLC内部具有一定功能、可编程的设备，功能设计的实现依赖于软元件的设计，功能模块划分见“功能模块：固件的功能模块”，具体实现如下：
核心控制器的功能分为逻辑运算和流程控制两部分。
（一）逻辑运算
本产品应当具有逻辑运算功能，包括位逻辑运算和算术逻辑运算。特别地，对于算术运算，设置至少两种数制。10进制常数K，主要用于定时器或计数器的设定值、应用指令的操作数和指令动作、编程用外围设备；16进制常数H，主要用于应用指令的操作数和指令动作、编程用外围设备。
（二）流程控制
程序流程控制的3种基本结构为顺序控制、分支控制、循环控制，没有过程中断。产品具体实现如表所示。
本产品设计有RUN/STOP拨码开关，供硬件切换PLC的操作模式：运行（RUN）和停止（STOP）。
（三）存储
可编程控制器的控制逻辑直接存放在存储单元内，因此本产品需要程序存储设备（如片上存储、板上存储模块、程序存储盒）或者软件定义的程序存储，支撑程序的下载、读取和变更。
程序存储单元的规格如下。
其中，开机自检、键盘输入处理、用户程序翻译、信息传输、工作模式选择等程序以及用户程序的调起属于系统程序，出厂时固化，适合存储于断电之后不会丢失内容且不允许用户重写的存储单元中；用户编写并下载的程序属于用户程序。
（四）定时/计数
本产品的定时/计数操作基于字元件T和C，其对应的线圈为位元件。
PLC的定时功能由定时器实现，可实现1-ms、10-ms、100-ms周期定时。
（五）定时器
见产品说明书。
（六）计数器
见产品说明书。
（七）输入/输出
PLC能控制多少电路，即PLC的点数。输入定义为输入继电器X，数字输出定义为输出继电器Y。X、Y的点数规格见“功能的扩展：点数”。
PLC的输入、输出和公共端，硬件上为接线端子，多以端子排形式呈现。必须在断电后进行端子的拆装和清理，以免触电；必须在外部电源全部切断后进行本产品的安装、布线等操作；在安装、布线工作结束后，通电运行前，必须盖上端子盖板。
本产品支持数字输入/输出和模拟输出/输出。
（八）其他软元件
四、实时时钟与人机交互
（一）实时时钟
内置实时时钟（RTC），可支持时间显示和设定以及时间控制。
（二）人机交互
PLC的人机交互功能可以包括指示灯和人机界面（由显示模块选件实现）。
指示灯设计如下：
人机界面（HMI）的产品，通常为触摸屏，包括HMI硬件和定制的屏幕组态软件。本产品支持HMI。
HMI与PLC系统时间同步可以选择传输完整RTC数据类型，并直接显示；也可以分段传输和显示（如年、月、日、时、分、秒的16位BCD码）。
（三）报错
PLC出现故障或者异常，通过错误捕获和记录问题。
五、通信
（一）基本内容
本产品的通信，涉及PLC和PLC、PLC和上位机、PLC和智能终端之间的数据交互。
通信主要有以下4种方式：通用串口、现场总线、标准工业以太网、厂商专用协议。
本产品PLC的组网主要有以下4种形式：简易PLC网络、主从式PLC网络、PLC网络通过特定网络接口连接到DCS（分散控制系统）中作为DCS的子网、厂商专用PLC网络。
本产品的上位机软件为“上位机软件”，本产品与上位机的串口通信支持以下操作：上位机控制PLC写入参数、程序和注释，PLC的运行监控，上位机读出PLC参数和程序。
（二）程序编辑
见产品说明书。
（三）监控模式
本产品应该实现上位机软件对自身当前运行/停止状态以及程序扫描位置、各点电平的监控。
（四）CAN
本产品支持CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）。
（五）Modbus
Modbus协议详细定义了校验码、数据序列等，这些都是特定数据交换的必要内容。Modbus协议在一根通讯线上采用主从应答式（半双工）连接：
（1）主计算机的信号寻址到一台唯一的终端设备（从机）；
（2）终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。
（六）CRC
见产品说明书。
六、功能的扩展
（一）点数
产品基本点数如下。
本产品通过IO扩展模块（包括输入专用扩展模块、输出专用扩展模块、输入/输出混合扩展模块）能够满足点数扩展需要。
（二）扩展功能
特殊功能模块面向专门功能，其可选择的数量之多寡、功能之强弱是衡量PLC产品水平高低的一项重要标志，也称作功能扩展板（function expansion board）。特殊功能模块主要如下表。
（三）外设接口
基于适配器（ADP）实现。
（四）安全电路和机构
本产品外部设置安全电路（紧急制动电路、保护电路、正反转电路等相反操作的互锁电路、防止机械损坏的定位上/下限的互锁电路等等）。
七、编程
本产品采用IEC 61131-3控制系统编程标准，该标准定义了：
梯形图（LD）；结构化文本（ST）；功能方框图（FBD）；指令表（IL）；顺序功能图（SFC）。
使用指令集包括：位逻辑指令、其他逻辑指令、步进指令。
本产品不支持高级语言。
八、特殊软元件
见产品说明书。
九、使用条件
（一）外形
本产品重量需满足要求。外形如图。
（二）安装与接线
见产品说明书。
（三）电源
（四）注意事项
见产品说明书。
（五）环境规格
