1 IPC、PLC、 PC-Based PLC三者的關(guān)系
　　隨著PC技術(shù)的飛速發(fā)展，使得IPC（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）以及基于IPC的應(yīng)用技術(shù)同樣也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。同時(shí)，隨著Internet技術(shù)的應(yīng)用和所有生產(chǎn)信息過(guò)程和控制信息過(guò)程的集成與發(fā)展，并可通過(guò)Internet/Intranet瀏覽生產(chǎn)過(guò)程信息流中的制造過(guò)程、操作和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備等，IPC越來(lái)越多地承擔(dān)著SCADA的人機(jī)交互控制任務(wù)和協(xié)同下級(jí)小型控制器或智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制任務(wù)?？傮w而言，IPC還是應(yīng)用于自動(dòng)化控制平臺(tái)的。但作為傳統(tǒng)主流控制器的PLC，它擁有穩(wěn)定性好、可靠性高、邏輯順序控制能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化控制領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。但有一大遺憾：其封閉式架構(gòu)、封閉式系統(tǒng)（研發(fā)必須具備自己或OEM的CPU、芯片組、BIOS、操作系統(tǒng)、梯形圖編程軟件）、較差的開(kāi)放性勢(shì)必會(huì)造成其應(yīng)用上的壁壘，也增加了用戶維修的難度和集成的成本。有人斷言，在不久的將來(lái)，基于PC的控制器將會(huì)逐步取代PLC而成為主流控制設(shè)備。為了改善這種局面，傳統(tǒng)PLC生產(chǎn)廠家正在逐步將PLC的功能PC化、而IPC廠家也逐步將IPC的邏輯控制功能PLC化，使PLC和IPC在功能和規(guī)格方面越來(lái)越接近，由此就出現(xiàn)了基于PLC和IPC技術(shù)的嵌入式控制器：PC-Based PLC。
　　從某種意義上講，PC-Based控制和PLC是一個(gè)矛盾、并列的概念。因?yàn)閺挠布旧韥?lái)說(shuō)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多功能強(qiáng)大的CPU，包括PC同類的芯片都可以作為新一代PLC控制器的核心處理器的選擇對(duì)象。但是，高性能CPU必須配合穩(wěn)定可靠的實(shí)時(shí)控制引擎（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及工業(yè)控制內(nèi)核）才能構(gòu)成真正意義上的PLC工業(yè)控制器，才可能滿足工業(yè)用戶在實(shí)時(shí)性和可靠性等方面的嚴(yán)格要求。因此，不同PLC供應(yīng)商會(huì)根據(jù)芯片在可靠性、性價(jià)比等各方面的綜合指標(biāo)，為其新型控制系統(tǒng)選擇相應(yīng)的"高性能CPU實(shí)時(shí)控制引擎"的控制器，包括Windows CE、Linux、WindRiver或者PLC廠商自有的某種實(shí)時(shí)控制引擎等的PC based控制器。
　　嚴(yán)格意義上說(shuō)，國(guó)內(nèi)常常提到的基于Windows NT/2000/XP操作系統(tǒng)的PC-Based控制系統(tǒng)只是某些供應(yīng)商所提供的某一類PC-Based控制系統(tǒng)。*，由于受到Windows NT/2000/XP平臺(tái)本身的影響（如實(shí)時(shí)任務(wù)處理、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、抗病毒和惡意攻擊等方面的限制），該類控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中還有很大的局限性。當(dāng)然，該類系統(tǒng)的存在也會(huì)促進(jìn)新一代PLC控制器在用戶友好和易于編程等方面的不斷提高。
　　PC-Based PLC嵌入式控制器，它不再像IPC那樣以機(jī)箱加主板為主體結(jié)構(gòu)，再搭配諸如A/D、D/A、DI/DO等功能I/O板卡的組合產(chǎn)品，而是一個(gè)獨(dú)立的基于嵌入式PC技術(shù)的系統(tǒng)，適合應(yīng)用于小型的SCADA系統(tǒng)。如Advantech的ADAM5510HC,ADAM5511HC系列, 其主機(jī)內(nèi)部是40MHz主頻的80188 CPU，操作系統(tǒng)為兼容DOS的ROMDOS，其編程環(huán)境是基于PC的標(biāo)準(zhǔn)ANSI C語(yǔ)言程序，程序開(kāi)發(fā)過(guò)程與PLC極其相似：首先在PC上編寫(xiě)控制任務(wù)程序，并將其編譯好后傳送到主機(jī)內(nèi)的RAM上、再讓其脫機(jī)運(yùn)行。另外為了使其具備PLC的優(yōu)勢(shì)特性，PC－Based PLC也可使用梯形圖編程，相對(duì)于PLC而言，PC－Based PLC的優(yōu)勢(shì)在于擁有IPC強(qiáng)大的Computing、Data Processing和Communication功能，在軟件方面，PC－Based PLC支持IEC-61131-3（LD、SFC、FBD、IL、ST）的五種標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言和軟邏輯。由于以上特點(diǎn)，PC－Based PLC將會(huì)更加開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化，能適應(yīng)更加復(fù)雜的控制和管控一體化信息的需求。
　　總的來(lái)說(shuō)，IPC是開(kāi)放式架構(gòu)、開(kāi)放式系統(tǒng)，PLC則是封閉式架構(gòu)、封閉式系統(tǒng)，而PC－Based PLC介于二者之間，是開(kāi)放式架構(gòu)、封閉式系統(tǒng)。嚴(yán)格地說(shuō)，IPC一般承擔(dān)著控制管理任務(wù)和協(xié)同下級(jí)小型控制器或智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制任務(wù)，而PLC一般用作現(xiàn)地控制器。由于PC技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)的交替發(fā)展，使得研發(fā)PC－Based PLC的投資相對(duì)減少，會(huì)有更多的廠家來(lái)共同推進(jìn)PC－Based PLC的發(fā)展。因此，PC－Based PLC會(huì)有非常好的發(fā)展前景，但這并不意味著在短時(shí)間內(nèi)PC－Based PLC會(huì)取代PLC，PLC和PC－Based PLC將會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展中逐漸走向融合[1 、2]。
2 PC－Based PLC：ADAM5510的通信系統(tǒng)
　　PC－Based PLC架構(gòu)與PLC一樣，由其架構(gòu)的控制系統(tǒng)zui為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)便是與上位機(jī)進(jìn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信過(guò)程，而這一環(huán)節(jié)往往是制約系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的因素，它容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)瓶頸。因?yàn)樯衔粰C(jī)通常為Windows操作系統(tǒng)，應(yīng)用程序一般有人機(jī)交互界面和實(shí)時(shí)顯示界面，而往往將人機(jī)交互界面和實(shí)時(shí)顯示界面設(shè)計(jì)為前臺(tái)窗口，數(shù)據(jù)通信、分析以及存儲(chǔ)設(shè)計(jì)為后臺(tái)運(yùn)行，但Windows 并不是作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，是搶先式、多任務(wù)、基于消息傳遞機(jī)制的操作系統(tǒng)，但僅憑消息調(diào)度機(jī)制，顯然不能滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求，難以保證準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地完成前后臺(tái)控制任務(wù)。因此在Windows環(huán)境中，采用多線程技術(shù)，可以有效地利用Windows等待時(shí)間，加快程序的反應(yīng)速度，提高執(zhí)行效率。用一個(gè)線程管理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信，另一個(gè)線程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析與存儲(chǔ)，這樣在滿足數(shù)據(jù)連續(xù)采集的同時(shí)，增強(qiáng)了系統(tǒng)事件響應(yīng)和通信控制的實(shí)時(shí)性。
　　PC－Based PLC與上位機(jī)一般采用RS－485、CAN、ModBus或者Ethernet，假如采用RS－485、CAN、ModBus時(shí)，則要合理分配通信口，一般RS－485、CAN、ModBus的通信適配器卡有兩個(gè)口，因此假如控制系統(tǒng)有兩個(gè)ADAM5510模塊，上位機(jī)可以采用一個(gè)通信口與兩個(gè)下級(jí)控制器通信，但是假如有四、六個(gè)……，將其分成兩組，上位機(jī)則采用兩個(gè)通信口分別與其通信，并且上位機(jī)采用兩個(gè)線程完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)。
3 ADAM5510的實(shí)際應(yīng)用案例
　　在小型石油公司中，要進(jìn)行大量的油料計(jì)量工作如輕油、0＃汽油、90＃汽油等，其計(jì)量過(guò)程往往是車隊(duì)從貨運(yùn)站拖回公司后經(jīng)公司磅房過(guò)磅稱毛重、卸料、車輛出廠時(shí)，再過(guò)磅稱車重等等，過(guò)磅過(guò)程、手續(xù)、登記極其繁瑣，有時(shí)還容易出現(xiàn)錯(cuò)磅和漏磅現(xiàn)象，極不容易管理，并且給統(tǒng)計(jì)、計(jì)量工作帶來(lái)了極大的困難，過(guò)磅工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，經(jīng)常出現(xiàn)車隊(duì)排隊(duì)過(guò)磅的現(xiàn)象，辦事效率極其低下，為改變這種局勢(shì)，采用PC－Based PLC ADAM5510嵌入式控制，并配以模擬信號(hào)輸入模塊ADAM5017H、模擬信號(hào)輸出模塊ADAM5024、光隔離數(shù)字輸入/輸出模塊ADAM5050、繼電器輸出模塊ADAM5060以及RS232/RS485轉(zhuǎn)換器ADAM4520（也可直接使用RS－485通信卡PCL－745B），并利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，為其不同的油料的進(jìn)站計(jì)量、出站計(jì)量、統(tǒng)計(jì)等開(kāi)發(fā)了一套分布式的油料計(jì)量、統(tǒng)計(jì)管理系統(tǒng)，省時(shí)又省力，深得用戶喜愛(ài)。系統(tǒng)架構(gòu)圖件圖1所示。
3.1 功能模塊
　?。?）利用ADAM5017H的差分輸入的6路分別采集運(yùn)輸車油罐的液位、液體溫度、兩個(gè)LUGB系列渦街流量變送器的流量值（備計(jì)算用，取兩個(gè)流量計(jì)的平均值作為真正的流量值）、存儲(chǔ)油罐的液位值以防液體溢出、溫度等；
　?。?）利用ADAM5024的D/A功能，輸出0～10V的直流信號(hào)作為Siemens公司的Micro Master通用型變頻器的變頻控制輸入信號(hào)，以使變頻器能進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，變成0～50Hz的交變信號(hào)實(shí)時(shí)控制三相異步電機(jī)，達(dá)到使電機(jī)變頻運(yùn)行、促使液體恒速流動(dòng)的目的。
　?。?）利用ADAM5060功率繼電器輸出信號(hào)實(shí)時(shí)控制各種流量繼電器、流量控制電磁閥、電氣接觸器的開(kāi)啟；
　　（4）利用ADAM5050的數(shù)字I/O進(jìn)行各種開(kāi)關(guān)的檢測(cè)與控制，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)流量繼電器、流量控制電磁閥、電氣接觸器的閉合狀態(tài)；
　?。?）利用ADAM4520作為RS－232/RS－485的轉(zhuǎn)換器，使ADAM5510與上位機(jī)服務(wù)器的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信（也可使用PCL－745B的兩個(gè)RS－485通信串行口）。
圖1：基于ADAM5510的分布式計(jì)量架構(gòu)圖

3.2 安全可靠措施
　?。?）尖峰脈沖的處理：由于在本系統(tǒng)中用到了大型的可控硅，其閉合與斷開(kāi)要產(chǎn)生巨大能量的尖峰脈沖，這一脈沖一旦進(jìn)入信號(hào)系統(tǒng)中，不僅會(huì)引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作和當(dāng)機(jī)，更為甚者，會(huì)燒壞控制設(shè)備、死鎖控制信號(hào)輸入通道。尤其是對(duì)ADAM5017H、ADAM5024、ADAM5050等模塊影響較大，為了減少其影響，在每個(gè)控制模塊的輸入或輸出端加入一阻容保護(hù)電路，以吸收其尖峰脈沖。同時(shí)信號(hào)地和電源地要分開(kāi)。
　?。?）變頻器過(guò)壓的處理：在本系統(tǒng)中利用變頻器拖動(dòng)大慣性的牽引電機(jī)，由于變頻器輸出的速度比較快，而負(fù)載靠本身阻力減速比較慢，使負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒(méi)有能量回饋單元，因而變頻器支流直流回路電壓升高，超出保護(hù)值，出現(xiàn)過(guò)壓故障。因此必須增加再生制動(dòng)單元，否則會(huì)干擾SCADA系統(tǒng)。
3.3 系統(tǒng)功能
　?。?）數(shù)據(jù)顯示：對(duì)每種油料以數(shù)字、棒圖、曲線的方式顯示實(shí)時(shí)采集的流量、溫度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)參數(shù)；
　　（2）可進(jìn)行流量和總量的計(jì)算，生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等；并可存儲(chǔ)多年的歷史記錄；
　?。?）數(shù)據(jù)修復(fù)維護(hù)：具有參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)丟失修復(fù)功能。
　　（4）與公司的MIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)
　　PC-Based PLC嵌入式控制器的發(fā)展得益于嵌入式CPU、嵌入式操作系統(tǒng)和IEC-61131-3（LD、SFC、FBD、IL、ST）標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言的發(fā)展，它具有IPC和PLC的兩重特性，具有PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又具有IPC的開(kāi)放式架構(gòu)，目前在工控界是IPC、PLC以及PC-Based PLC共存的時(shí)代，又是三者逐漸走向融合的時(shí)代，隨著嵌入式CPU、嵌入式操作系統(tǒng)以及符合IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具的發(fā)展，PC-Based PLC嵌入式控制器將更加開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化，功能將會(huì)更加強(qiáng)大、數(shù)據(jù)通信能力將會(huì)更強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理能力更快，更能適應(yīng)更加復(fù)雜的工業(yè)控制需求。