本文分享自中移OneOS微信公眾號《工業控制-PLC簡介》。

工業控制的前世今生

先來一段比較拗口的概念性描述：

工業控制系統是由計算機和工業過程控制部件組成的自動控制系統。工業控制系統對現場數據進行采集與監測，并以控制信號的方式輸出計算結果，最終實現設備的自動化運行或是對被控對象的管理與監控。由于大數據量和高速率傳輸的要求，自動控制系統與以太網逐漸結合，向網絡化發展，其發展從CCS（計算機集中控制系統）、DCS（分散控制系統），到如今最為流行的FCS（總線控制系統）。

Q1:如何完成現場數據（壓力、位移、速度、加速度、溫度、流量等）的采集和控制?

A:傳統的自動控制系統采用一對一的I/O連接方式，即每個對象都需要單獨和控制器連接，如果信號數量繁多，線路連接就會很復雜，如下圖所示：?

但隨著現場總線技術的出現，這一問題得到很大改善，現場工業設備通過總線的拓撲方式連接。總線連接方式設計簡單，減小后期維護成本，并且由于現場總線的實時性，能較大提高信號傳輸的準確度，減少傳送誤差。

?Q2:控制系統分為開環控制系統和閉環控制系統?

A:開環控制只受輸入的影響，無反饋，控制精度和抑制干擾能力較差，比如生活中使用的風扇就可以理解為開環控制系統，設定好擋位，風扇轉速就基本是一定的，無反饋，不能根據環境溫度自動轉速。

?而閉環控制系統是建立在反饋的基礎上，通過輸入值和期望值的偏差進行系統控制，可以得到較好的控制性能，比如冰箱的控制系統就是閉環控制系統，它會根據冰箱內實際溫度進行調節。

可編程邏輯控制器

再來一段拗口的描述：

控制器是整個控制系統的核心部件，目前使用最廣泛的是可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，PLC是一種在工業上廣泛應用的數字運算控制器，基于可編程的存儲器，其執行邏輯運算、順序控制、數學運算等操作，控制各種工業設備。

在這里不得不提PLC中一種關鍵技術—循環掃描執行方式：

在一個掃描周期內，PLC執行過程分為三步：輸入、計算、輸出。系統啟動后，PLC會依次掃描系統各個輸入點（例如外接傳感器），讀取各輸入點數據，輸入的數據按照既定程序進行計算，最終根據計算結果輸出相應的控制信號。控制器系統就一直按照用戶設定的掃描周期周而復始執行輸入、計算、輸出。?

?下面以鍋爐的溫度調節控制為例來解釋為什么循環掃描的執行方式非常適合于工業過程控制。

該溫度調節系統的作用是讓鍋爐內的溫度保持穩定，設計的溫度調節系統基本原理如上圖所示，在每個掃描周期，PLC會計算設定溫度和實際溫度之差，然后將溫度誤差作為PID控制器的輸入進行計算，計算結果轉換為一定占空比的脈沖輸出，進而控制功率模塊，最終輸出電壓控制發熱管，保持爐內溫度穩定。PID控制器可以讓整個系統達到一定的控制要求（動態誤差、靜態誤差、超調、穩定時間等），讓系統調控能夠更加快速穩定。

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OneOS與可編程控制器

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

實時性保證
工業控制器的操作系統是硬實時操作系統，硬實時操作系統能夠保證系統能在確定的時間能有確定的輸出，由于PLC循環掃描的執行方式，不斷執行輸入，計算，輸出，所有的操作都需要在一個掃描周期內完成，特別是運動控制，對系統的實時性提出了更高的要求。而OneOS內核是一款極簡的硬實時內核，提供多任務管理調度、任務間同步的信號量和互斥量、任務間通信的消息隊列和郵箱、以及內存管理等，支持任務搶占、優先級繼承等機制，具備優異的實時性。

總線協議支持
在工業控制領域，最為流行的是基于總線的控制系統，總線通訊適用于遠距離通訊以及被控對象較多的情況，OneOS支持CANopen、Modbus等經典總線協議，能較方便的將工業過程控制部件納入一個總線網絡，能夠做到便捷、實時的控制。

可靠與安全
可靠與安全是工業產品的重要標簽，工控產品大都需要能長時間安全可靠的運行，OneOS內核本著極簡、穩定的初衷進行設計與開發，并符合IEC 61508標準，通過了PSA安全認證，是一款可靠安全的內核。

支持多種工業編程語言
CODESYS為OneOS提供符合IEC 61131- 3國際標準，并支持全部PLC通用編程語言的開放式工業軟PLC開發工具套件，方便用戶專心于上層應用軟件的開發，可以無視底層系統的變化，能夠快速進行工業控制解決方案的開發。?

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應用案例

OneOS與知名物聯網企業展開合作，共同開發一款聯網型PLC，包括支持Modbus協議、梯形圖編輯、以太網、4G聯網通信等功能。目前主要承接芯片、驅動移植及PLC系統開發套件的適配開發工作，預計下半年產品會正式上線。?

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在工業芯片層面，與寧波中控微電子展開合作，將OneOS集成于CMC芯片，其支持多種工業通訊標準、多種控制算法以及IEC61131-3標準的5種編程語言。

CMC芯片可應用于智能制造裝備、工業互聯網、工業機器人等行業，助力中小企業輕松實現智能控制。?

?OneOS是中國移動針對物聯網領域推出的輕量級操作系統，具有可裁剪、跨平臺、低功耗、高安全等特點，支持ARM Cortex-M/R/A、MIPS、RISC-V等主流CPU架構，兼容POSIX、CMSIS等標準接口，支持Micropython語言開發，提供圖形化開發工具，能夠有效提高開發效率并降低開發成本，幫助客戶開發穩定可靠、安全易用的物聯網應用。 官網地址：https://os.iot.10086.cn/

OneOS技術交流群：158631242?

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總結

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

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