PLC可編程邏輯控制器

　　可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

　　工作原理

　　當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

　　輸入采樣階段

　　在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

　　可編程邏輯控制器

　　用戶程序執(zhí)行階段

　　在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。

　　在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。

　　輸出刷新階段

　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。

　　RTU

　　RTU，是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元。RTU是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測(cè)量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和設(shè)備，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制。RTU將測(cè)得的狀態(tài)或信號(hào)轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式，它還將從中央計(jì)算機(jī)發(fā)送來得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的功能控制。

　　RTU通常可以分為2種基本類型——“單板RTU”和“模塊RTU”。“單板RTU”在一個(gè)版子中集中了所有的I/O接口。“模塊RTU”有一個(gè)單獨(dú)的CPU模塊，同時(shí)也可以有其他的附加模塊，通常這些附加模塊是通過加入一個(gè)通用的“backplane”來實(shí)現(xiàn)的（像在PC機(jī)的主板上插入附加板卡一樣）。

　　RTU是一種耐用的現(xiàn)場(chǎng)智能處理器，它支持SCADA控制中心與現(xiàn)場(chǎng)器件間的通訊。它是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)獲取與控制單元。它的作用是在遠(yuǎn)端控制控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，獲得設(shè)備數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳給SCADA系統(tǒng)的調(diào)度中心。至少應(yīng)具備以下功能：

　　現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)及工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制與報(bào)警。例如：數(shù)據(jù)采集及處理、現(xiàn)場(chǎng)控制、數(shù)據(jù)傳輸（網(wǎng)絡(luò)通信）、現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程報(bào)警等等；某些RTU還具備流量累計(jì)等一系列針對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)量功能等等。

　　由于RTU是專用的器件，現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在通訊方面，通常情況下一個(gè)產(chǎn)家的RTU是不能和另一個(gè)產(chǎn)家的RTU混用的。協(xié)議的轉(zhuǎn)化和競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)。近期中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)專家咨詢委員會(huì)將向市場(chǎng)發(fā)布RTU的通用標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)大致包括如下：

　　通信標(biāo)準(zhǔn)DNPs和IEC870。

　　RTU編程標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。

　　中央處理器單元可以包含一個(gè)內(nèi)置的或獨(dú)立的modem。這些modems可以通過無條件租借的聲音級(jí)電話線或類似的聲道如：微波、無線電、光纖。也可以用異步串行數(shù)據(jù)端口來代替modem，來擴(kuò)展通訊設(shè)備最大可達(dá)36.6Kbaud。

　　中央處理器連續(xù)的選擇輸入通道將當(dāng)前的狀態(tài)或模擬量和以前的狀態(tài)作對(duì)比。如果模擬量的改變超過了死區(qū)限，就會(huì)向監(jiān)控中心通知發(fā)生了狀態(tài)改變；如果沒有改變發(fā)生，一個(gè)簡(jiǎn)短的確認(rèn)信號(hào)會(huì)返回到監(jiān)控中心。所有其他的信息都是在連續(xù)選取信息將交叉存取的，在忽略選取掃描時(shí)間沖突時(shí)，獲得最優(yōu)的響應(yīng)時(shí)間。

　　應(yīng)用

　　與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲(chǔ)容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計(jì)算功能。RTU產(chǎn)品在石油天然氣、水利、電力調(diào)度、市政調(diào)度等行業(yè)SCADA系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

　　RTU與PLC的區(qū)別

　　RTU是遠(yuǎn)程終端設(shè)備，是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中安裝在發(fā)電廠、變電站

　　的一種基于“遠(yuǎn)動(dòng)”技術(shù)（遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控）的自動(dòng)化設(shè)備。它具有遙控接收，輸出執(zhí)行，遙測(cè)、遙信量的數(shù)據(jù)采集及發(fā)送功能，隨著技術(shù)的日新月異，已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。

　　RTU最顯著的特點(diǎn)是遠(yuǎn)方功能，即它與調(diào)度中心之間通過遠(yuǎn)距離信息傳輸所完成的監(jiān)控功能。

　　PLC是可編程邏輯控制器，在場(chǎng)站內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和指令處理。它具有多種控制功能、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)和處理功能、數(shù)學(xué)運(yùn)算功能、輸入/輸出接口調(diào)理功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、人機(jī)界面功能、編輯調(diào)試功能。

　　1. RTU一般不受地理環(huán)境限制，可在室外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)附近安裝，一個(gè)RTU可以就地控制幾個(gè)、幾十個(gè)或幾百個(gè)I/O測(cè)量點(diǎn)，因而它的適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)。其工作溫度一般在-40~85℃；防護(hù)等級(jí)高，可用于潛水艇工作；一個(gè)電池組供電工作時(shí)間有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。PLC一般主要用于廠站內(nèi)工業(yè)流水線的控制，系室內(nèi)安裝。工作環(huán)境溫度要求0－－55℃，空氣濕度應(yīng)小于85%。超過溫度55℃，要安裝風(fēng)扇通風(fēng)，高于溫度60℃，要安裝風(fēng)扇或冷風(fēng)機(jī)降溫。 2.由于RTU不受工作環(huán)境約束，故要求其技術(shù)規(guī)格符合惡劣環(huán)境要求和特定要求。它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，模擬量采集能力強(qiáng)（最多24路），模擬功能遠(yuǎn)比PLC更強(qiáng)大。

　　3.RTU通信功能強(qiáng)大。由于RTU要將采集的模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量信息最終傳輸給調(diào)度中心，而調(diào)度中心有時(shí)遠(yuǎn)隔千里之外，故要求它具有遠(yuǎn)程通訊功能。PLC雖然也有通訊功能，但僅限于廠站內(nèi)部近距離傳送數(shù)據(jù)，其通信功能與RTU相比稍遜一籌。

　　4.傳統(tǒng)的RTU沒有可編程運(yùn)算功能，現(xiàn)在的RTU大都具備了可編程運(yùn)算功能，還有PID控制功能或邏輯控制功能、流量累計(jì)功能等。由于是新興技術(shù)，勢(shì)必是較先進(jìn)的技術(shù)。它具有梯形圖和C語言編程，屏幕組態(tài)軟件編程等技術(shù)，運(yùn)算能力強(qiáng)，可帶液晶顯示，就地顯示和控制。這一些都是PLC不能比擬的。

　　5.RTU與PLC使用功效也不盡相同。RTU具有遠(yuǎn)方功能、當(dāng)?shù)毓δ芤约白詸z與自調(diào)功能。它與調(diào)度中心相距遙遠(yuǎn)，與調(diào)度中心計(jì)算機(jī)通過信道相連接；它的當(dāng)?shù)毓δ苁侵窻TU通過自身或連接的顯示、記錄設(shè)備，就地實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視和控制的能力；RTU的程序自恢復(fù)能力是指RTU在受到某種干擾影響而使程序“走飛”時(shí)，能夠自行恢復(fù)正常運(yùn)行的能力。PLC僅有當(dāng)?shù)毓δ堋Ｔ诟鞴I(yè)領(lǐng)域，RTU 主要用于關(guān)乎企業(yè)重大經(jīng)濟(jì)效益的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控，PLC則側(cè)重于企業(yè)內(nèi)部消耗的工作節(jié)點(diǎn)參數(shù)控制。如發(fā)電廠RTU主要用于測(cè)量及傳輸發(fā)電機(jī)、主變、110kV、220KV及以上線路電流、有功功率、無功功率、有功電能量、無功電能量及全廠總有功功率、總無功功率、關(guān)口電度表總上網(wǎng)電量等數(shù)據(jù)，PLC則用于380V低壓電機(jī)、6kV高壓電機(jī)電流、有供負(fù)荷，汽機(jī)、鍋爐輔機(jī)溫度、壓力等參數(shù)量的控制，主要反映廠用電量、汽耗、熱耗、煤耗等內(nèi)部經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

　　6.現(xiàn)在許多發(fā)電廠（特別是水電廠）采用的是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，PLC是控制器，大多數(shù)情況下，一臺(tái)PLC能同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)組，各臺(tái)機(jī)組以成組方式接受PLC控制。AGC對(duì)PLC采用設(shè)點(diǎn)功率控制信號(hào)，向多臺(tái)機(jī)組給定一個(gè)總的設(shè)點(diǎn)功率指令，由PLC將有功功率要求按當(dāng)?shù)夭呗苑峙浣o參加調(diào)節(jié)的機(jī)組控制單元LCU（火電廠是指DCS），LCU響應(yīng)PLC發(fā)出的指令，經(jīng)分析比較后以增減功率的變脈寬信號(hào)發(fā)送給機(jī)組調(diào)速器并跟蹤機(jī)組實(shí)發(fā)功率，直到逐漸逼近期望值。而RTU遠(yuǎn)動(dòng)終端控制裝置是一種簡(jiǎn)易的發(fā)電機(jī)組控制方法。該裝置接受從調(diào)度中心發(fā)出的機(jī)組發(fā)電功率升降脈沖控制指令，直接控制調(diào)速器增減有功功率，其功率期望值的逼近是由AGC來判斷的，沒有中間閉環(huán)處理。由此可見，兩者的控制程序不一樣。