本文分享自中移OneOS微信公眾號(hào)《工業(yè)控制-PLC簡(jiǎn)介》。

工業(yè)控制的前世今生

先來(lái)一段比較拗口的概念性描述：

工業(yè)控制系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)和工業(yè)過程控制部件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)測(cè)，并以控制信號(hào)的方式輸出計(jì)算結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行或是對(duì)被控對(duì)象的管理與監(jiān)控。由于大數(shù)據(jù)量和高速率傳輸?shù)囊?#xff0c;自動(dòng)控制系統(tǒng)與以太網(wǎng)逐漸結(jié)合，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，其發(fā)展從CCS（計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)）、DCS（分散控制系統(tǒng)），到如今最為流行的FCS（總線控制系統(tǒng)）。

Q1:如何完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)（壓力、位移、速度、加速度、溫度、流量等）的采集和控制?

A:傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用一對(duì)一的I/O連接方式，即每個(gè)對(duì)象都需要單獨(dú)和控制器連接，如果信號(hào)數(shù)量繁多，線路連接就會(huì)很復(fù)雜，如下圖所示：?

但隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)，這一問題得到很大改善，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)設(shè)備通過總線的拓?fù)浞绞竭B接?？偩€連接方式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，減小后期維護(hù)成本，并且由于現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性，能較大提高信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度，減少傳送誤差。

?Q2:控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)?

A:開環(huán)控制只受輸入的影響，無(wú)反饋，控制精度和抑制干擾能力較差，比如生活中使用的風(fēng)扇就可以理解為開環(huán)控制系統(tǒng)，設(shè)定好擋位，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速就基本是一定的，無(wú)反饋，不能根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)轉(zhuǎn)速。

?而閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋的基礎(chǔ)上，通過輸入值和期望值的偏差進(jìn)行系統(tǒng)控制，可以得到較好的控制性能，比如冰箱的控制系統(tǒng)就是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它會(huì)根據(jù)冰箱內(nèi)實(shí)際溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

可編程邏輯控制器

再來(lái)一段拗口的描述：

控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部件，目前使用最廣泛的是可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，PLC是一種在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的數(shù)字運(yùn)算控制器，基于可編程的存儲(chǔ)器，其執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算等操作，控制各種工業(yè)設(shè)備。

在這里不得不提PLC中一種關(guān)鍵技術(shù)—循環(huán)掃描執(zhí)行方式：

在一個(gè)掃描周期內(nèi)，PLC執(zhí)行過程分為三步：輸入、計(jì)算、輸出。系統(tǒng)啟動(dòng)后，PLC會(huì)依次掃描系統(tǒng)各個(gè)輸入點(diǎn)（例如外接傳感器），讀取各輸入點(diǎn)數(shù)據(jù)，輸入的數(shù)據(jù)按照既定程序進(jìn)行計(jì)算，最終根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號(hào)?？刂破飨到y(tǒng)就一直按照用戶設(shè)定的掃描周期周而復(fù)始執(zhí)行輸入、計(jì)算、輸出。?

?下面以鍋爐的溫度調(diào)節(jié)控制為例來(lái)解釋為什么循環(huán)掃描的執(zhí)行方式非常適合于工業(yè)過程控制。

該溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用是讓鍋爐內(nèi)的溫度保持穩(wěn)定，設(shè)計(jì)的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本原理如上圖所示，在每個(gè)掃描周期，PLC會(huì)計(jì)算設(shè)定溫度和實(shí)際溫度之差，然后將溫度誤差作為PID控制器的輸入進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為一定占空比的脈沖輸出，進(jìn)而控制功率模塊，最終輸出電壓控制發(fā)熱管，保持爐內(nèi)溫度穩(wěn)定。PID控制器可以讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到一定的控制要求（動(dòng)態(tài)誤差、靜態(tài)誤差、超調(diào)、穩(wěn)定時(shí)間等），讓系統(tǒng)調(diào)控能夠更加快速穩(wěn)定。

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OneOS與可編程控制器

借助CODESYS的東風(fēng)，OneOS將不斷豐富源碼中的工業(yè)控制組件，同時(shí)OneOS將推出一款基于IEC 61131-3編程的功能強(qiáng)大的工業(yè)控制器，敬請(qǐng)期待！

實(shí)時(shí)性保證
工業(yè)控制器的操作系統(tǒng)是硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠保證系統(tǒng)能在確定的時(shí)間能有確定的輸出，由于PLC循環(huán)掃描的執(zhí)行方式，不斷執(zhí)行輸入，計(jì)算，輸出，所有的操作都需要在一個(gè)掃描周期內(nèi)完成，特別是運(yùn)動(dòng)控制，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。而OneOS內(nèi)核是一款極簡(jiǎn)的硬實(shí)時(shí)內(nèi)核，提供多任務(wù)管理調(diào)度、任務(wù)間同步的信號(hào)量和互斥量、任務(wù)間通信的消息隊(duì)列和郵箱、以及內(nèi)存管理等，支持任務(wù)搶占、優(yōu)先級(jí)繼承等機(jī)制，具備優(yōu)異的實(shí)時(shí)性。

總線協(xié)議支持
在工業(yè)控制領(lǐng)域，最為流行的是基于總線的控制系統(tǒng)，總線通訊適用于遠(yuǎn)距離通訊以及被控對(duì)象較多的情況，OneOS支持CANopen、Modbus等經(jīng)典總線協(xié)議，能較方便的將工業(yè)過程控制部件納入一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)，能夠做到便捷、實(shí)時(shí)的控制。

可靠與安全
可靠與安全是工業(yè)產(chǎn)品的重要標(biāo)簽，工控產(chǎn)品大都需要能長(zhǎng)時(shí)間安全可靠的運(yùn)行，OneOS內(nèi)核本著極簡(jiǎn)、穩(wěn)定的初衷進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，并符合IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)，通過了PSA安全認(rèn)證，是一款可靠安全的內(nèi)核。

支持多種工業(yè)編程語(yǔ)言
CODESYS為OneOS提供符合IEC 61131- 3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并支持全部PLC通用編程語(yǔ)言的開放式工業(yè)軟PLC開發(fā)工具套件，方便用戶專心于上層應(yīng)用軟件的開發(fā)，可以無(wú)視底層系統(tǒng)的變化，能夠快速進(jìn)行工業(yè)控制解決方案的開發(fā)。?

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應(yīng)用案例

OneOS與知名物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)展開合作，共同開發(fā)一款聯(lián)網(wǎng)型PLC，包括支持Modbus協(xié)議、梯形圖編輯、以太網(wǎng)、4G聯(lián)網(wǎng)通信等功能。目前主要承接芯片、驅(qū)動(dòng)移植及PLC系統(tǒng)開發(fā)套件的適配開發(fā)工作，預(yù)計(jì)下半年產(chǎn)品會(huì)正式上線。?

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在工業(yè)芯片層面，與寧波中控微電子展開合作，將OneOS集成于CMC芯片，其支持多種工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)、多種控制算法以及IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的5種編程語(yǔ)言。

CMC芯片可應(yīng)用于智能制造裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)，助力中小企業(yè)輕松實(shí)現(xiàn)智能控制。?

?OneOS是中國(guó)移動(dòng)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域推出的輕量級(jí)操作系統(tǒng)，具有可裁剪、跨平臺(tái)、低功耗、高安全等特點(diǎn)，支持ARM Cortex-M/R/A、MIPS、RISC-V等主流CPU架構(gòu)，兼容POSIX、CMSIS等標(biāo)準(zhǔn)接口，支持Micropython語(yǔ)言開發(fā)，提供圖形化開發(fā)工具，能夠有效提高開發(fā)效率并降低開發(fā)成本，幫助客戶開發(fā)穩(wěn)定可靠、安全易用的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 官網(wǎng)地址：https://os.iot.10086.cn/

OneOS技術(shù)交流群：158631242?

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一文普及工业控制、PLC的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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