三菱PLC的局限与超越

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一、三菱PLC的局限
        三菱PLC是较早进入中国市场的PLC之一，在中国市场占有较大的份额，国内很多人都曾研究过或还在研究三菱的PLC，但大部分的研究局限在指令描述、通讯命令和文件结构上。其结果是国内出现了很多的三菱的仿真PLC，真是五花八门，各种形态的都有，这类PLC直接使用三菱PLC的上位机软件进行编程和调试，在技术上并没有任何创新之处，因为三菱PLC的局限没有得到任何的改进。三菱PLC的局限在哪些方面？暂且不谈，后面详解。
三菱公司是较早研究和应用PLC的公司，三菱早期的PLC，如：FX0S、FX1S、FX1N等系列的PLC现在还在使用和生产中，这些PLC从最早量产到现在恐怕有一、二十年了吧，这一方面说明了PLC的可靠性，另一方面也说明我们现在还在用几十年前的产品和技术，这恐怕也只有PLC这类工控产品了，要是消费类电子产品，应该进博物馆了。
        搞电子产品设计的人都知道，过去的一、二十年，电子技术、软件技术取得了巨大的进步，CPU从8位发展到32位，软件编程从汇编语言发展到C/C++，软/硬件设计工具、调试工具非常强大，可以在短期内设计出功能强大的产品。
记得在1982年做毕业设计时，写一个2K的程序都要花半个月左右，那时IBM-PC都没有，更没有电路板布线软件和编译器之类的软件。程序写好要自己翻译成机器码，用键盘逐字的敲入，外部存储器是普通的录音磁带，在此情况下要设计功能强大的产品是很困难的，或者是很高昂的，需要在计算中心的大型机上实现。
        因此，早期的电子产品有很大的局限，功能上较为简单，没有体系架构，这点在三菱早期的PLC上得到了很好的体现，也一直延续到现在，归纳起来有三个方面，分别是：指令系统、通讯协议，上位机软件。

1、        指令系统
三菱PLC的指令系统让我们清晰地看到三菱早期PLC结构简单，功能弱的痕迹。在三菱的PLC中，将一条基本指令称为一程序步，一程序步占一个字内存（16比特位，2字节），字的高4位代表不同的指令，字的低12位为操作数。4比特可以代表16种状态，0和1用于功能指令的扩展，2~7分别表示LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI，8和A用于标识数据，9和B未用，C为OUT指令，D为SET指令，E为RST指令，F表示单字指令。
12比特数可以代表4096（0xFFF）种状态，这4096分为6个区：
0x000~0x3FF:                S寄存器区, 最大1024；
0x400~0x4FF:                X寄存器区, 最大256;
0x500~0x5FF:                Y寄存器区, 最大256;
0x600~0x6FF:                T定时器状态区, 最大256;
0x700~0x7FF:                内部使用；
0x800~0xDFF:                M寄存器区, 最大1536;
0xE00~0xEFF:                C计数器状态区, 最大256;
0xF00~0xFFF:                M8000~M8255, 最大256;
这些值在FX1S、FX1N中基本够用，超过上述范围的值需使用扩展指令，在三菱FX2N中， 就将M寄存器扩展到M3071。
因此，在三菱PLC中，有些存储区是不连续的，分别在不同的位置，不过这些对用户并不重要，但从另一角度看，这是很不合理，是无奈的、打补丁的方法。这只是内存的安排方面，功能指令的设计则更不合理，三菱PLC有些指令长度到达17步，而实现相同功能的指令，英凯的PLC只要10步。
                三菱PLC的指令只适合软解释，若要实现硬解释将是很昂贵的。
2、        通讯协议
三菱的通讯协议更是简陋，只有几个命令，而且是直接读/写PLC的内存地址，这极大地限制了PLC的灵活性，相反，却对破_解三菱的PLC提供了便利，这也揭示了市场上为何有很多三菱仿真PLC的原因。事实上，三菱PLC的密码保护功能形同虚设，没有什么作用。
3、        上位机软件（平台软件）
三菱PLC的上位机软件有很多种，如FXGP/WIN，功能很弱，不值得一提，功能稍微强点的，如GX Developer，看上去功能按扭很多，但大部分是针对梯形图编辑的，其实，功能很一般。而且这种布局并不好，无用功能的按钮占了屏幕的很多空间。三菱的上位机软件还称不上是平台软件。
事实上，PLC的平台软件在PLC体系中占有非常重要的地位，也很难搞，需要投入大量的人力和物力，而且看不到利益，国内对这方面的研究是不感兴趣，这也导致我国的PLC技术长期落后于国外。相反，对PLC硬件产品的研究倒是很热闹，各种实现都有，这是因为产品搞出来就能变现，多容易啊。
平台软件应该如何定义？应该有哪些功能？这是仁者见仁、智者见智的问题，在超越部分中所述的平台软件的功能都是三菱PLC软件所不具备的。
二、超越三菱
这个话题很沉重，同时也是多少工控人的梦想，我提出此话题恐怕要招人攻击，因为，三菱PLC在中国市场的使用已经很广泛了，拥有大量的客户群或粉丝，他们已经习惯了三菱的那套东西，已经习惯成自然，熟能生巧了。我出此言有点不自量力。
1、 要超越三菱，首先得站在三菱的肩膀上，这就要求在梯形图和指令表这一级要兼容，这样可以最大限度的利用现有的资源，节省人力物力，保护用户的先期投入。在指令的内部实现这一级（即指令的字节码），由于三菱PLC的指令系统存在局限，英凯PLC重构了这一级，即英凯PLC的平台软件可以导入三菱PLC的程序文件，经修改、重新编译所产生的指令码与三菱的完全不同，这就避开了知识产权的问题。因为PLC的程序文件的知识产权是用户的，用户可以将其转换成任何形式的文件。
英凯PLC的指令系统综合考虑了现有的技术条件和将来的扩展，既适合软件解释，也适合硬件解释（将来有条件做成PLC专用CPU的话）。
英凯PLC指令系统的性能简述如下：
指令的位寻址范围：0~65536, (16 比特位寻址)；
指令的字寻址范围：2GW（32比特位寻址）；
定时器数量不限，视机器配置；
计数器数量不限，视机器配置；
程序空间不限，视机器配置；
指令数： 4096条以上；
寄存器区数量： 最大30个；
变量类型： IEC61131建议的22种 + 自定义的3种；
2、 通讯协议重新设计，与三菱的完全不同，不直接读写PLC内部的内存，而是根据工作区（寄存器区）及偏移量进行读写，这就对PLC的内部架构进行了有效的封装，内部数据可以任意布局和重构，只要按协议进行通讯即可，不再受物理内存的限制。这极大地提高了构建PLC的灵活性，各种不同规模的CPU都可以构建PLC。
3、PLC平台软件
                PLC平台软件在PLC的整个体系中占用非常重要的地位，是最具核心技术的部分。PLC就产品而言，是完整的，就系统而言，只能算是个半成品，PLC功能再强，若没有下载控制程序也不具有任何功能。而控制程序的编辑、调试全靠PLC平台软件实现。在小型的PLC系统中，花在编程和调试程序上的时间和人力所产生的费用远比PLC本身的高，因此，缩短编程和调试程序的时间就意味降低系统成本。

                英凯PLC平台软件历经8年的研究和开发，现已基本定型，即将发布。英凯PLC平台软件采用了很多当前最先进的软件技术，简述如下：
（1）、ATL/WTL（活动模板库/窗口模板库），ATL/WTL具有轻量、速度快的特性，相比MFC则过于庞大和臃肿，速度慢。WTL还有一个优点是源码公开，但其架构也非常复杂，需要花很长的时间学习和研究，我就花了近一年的时间才搞懂，并修改了其中的近百个错误，才完成了框架部分的构建。就我所知，目前还没有哪个大型软件是基于WTL的，市场上也没有相关的书籍。WTL应用的最大问题是没有提供对象的序列化机制，我用半年的时间构建了WTL的对象序列化机制。当然上述所说的时间都是业余时间，而非工作时间。
（2）、结构化存储（复合文档）技术，项目中的所有文件都在一个复合文件中，这避免了项目文件在存储、拷贝的过程中遗失文件。
（3）、XML技术，XML文件用于记录各种设备和资源的配置信息。
（4）、HTML技术，HTML文件可以包含各种动态的文字和图像，通过浏览器呈现出动态的效果，在软件中应用HTML技术实现设备、资源、指令应用解释的动态显示。
（5）、FLASH技术，在软件中应用FLASH技术实现程序运行状态的图形化显示。
（6）、软件采用框架+插件的体系结构，各种设备，如：PLC、HMI、OPC等以插件的方式加入到系统中，随用随加，灵活方便。
除了采用这些先进技术之外，英凯PLC平台软件还具许多PLC上位机软件不具有的功能，下面简单介绍。
（7）、能流显示
能流显示能快速定位问题，在能流显示图中，元件的状态一目了然，这对复杂的网络调试非常有用，能够节省大量的调试时间。
（8）、仿真功能
仿真功能实际上只有象征意义，或具有演示功能，因为仿真器无法模拟实际系统的响应，在仿真器中调通的程序在实际的环境中不一定能运行。
（9）、在线编辑
                在线编辑功能，对于一些不能停机的设备，或程序比较大而只需要小改动时，是很有用的，否则，每次修改程序都要重新下载是很麻烦的。
（10）、内部数据的显示、监控与保存
很多情况下，在调试程序时，需要知道内部数据的状态，以便分析问题，定位故障，内部数据的显示和监控功能提供一种有效的工具。内部数据的保存和恢复功能则对批量生产设备的用户提供了方便，用户只要将一台配置好的设备内部数据保存为文件，再在需要配置的设备上恢复数据即可完成配置，即节省了时间，还避免的错误。
（11）、结构化梯形图
在PLC中，可以将所有的指令放在一个模块中，这是许多小型PLC通行的做法，简单、易用。在中、大型PLC中，由于系统相对复杂，将所有的指令放在一个模块中会导致结构不清，调试困难，必须将大一统的程序切分为几个较小的、相对独立的模块，如：冷启动模块、热启动模块、关机模块、定时（按时、按日）保存数据模块，中断模块、电源故障模块、通讯故障模块、程序错误模块等，每种模块独立的编辑和调试，再经配置管理器的组合构成完整的控制程序。
（12）、资源配置管理
在小型PLC中，资源很少，资源配置管理并不很需要，在中、大型PLC中，资源配置管理能够有效的利用系统资源，充分发挥PLC性能。
（13）、符号化编程
通常，PLC通过I/O接口控制外部设备，I/O接口则映射到PLC内部的数据区，并且，每一个I/O都有唯一的编号（或地址）方便程序中引用，从而实现PLC的程序控制功能。
I/O接口与设备之间的连接关系事实上形成一张表，这张表我们称为：“地址定位表”，“地址定位表”有两个主要用途：1，程序员根据该表决定了PLC内部地址的使用与分配。2，配线人员根据该表完成PLC的I/O接口到设备之间的接线工作。
在实际工作中，我们会遇到两类项目，新项目和重复项目。对于新项目，接线和编程都会出现大量的错误，甚至在项目进行的中途，大范围更改“地址定位表”都是很常见的，这可能是更换接口卡种类，增加、减少或合并接口卡等引起的。
更改“地址定位表”就意味着要更改配线和程序，如果要在程序中由程序员逐个完成“地址定位表”中的地址变动，小程序尚可，大程序对程序员来说将是个灾难，同时将有可能带来新的错误，使原来运行很好的程序不能运行，因为程序员很少能够把所有改动的地方都找出，并改正确的，除非有软件的帮助。
重复项目同样存在更改“地址定位表”的问题，由于技术进步、市场、客户要求变化等因素影响，项目的内容将更改，原先使用的接口卡可能更新、替换，这都有可能引起“地址定位表”的大幅改动，同样要改动程序。
我们知道，一个程序，特别是大型程序要可靠、稳定地运行，需要大量的人力、物力和时间才能实现，要更改程序就意味着再投入。当然，再投入是不能避免的，将再投入的成本降到最小，换句话说就是将改动量减到最小，是我们的终极目标。
在高级的PLC编辑软件中，引入“符号变量”的概念，能高效处理“地址定位表”的改动问题，
“符号变量”是抽象的概念，当程序中全部采用“符号变量”编程时，程序就不再局限于某种型号的PLC使用了，并能将调试好，运行稳定的程序块，网络块保存到程序库中，供以后项目使用。
“符号变量”与PLC的地址之间是一一对应的关系，也可以认为“符号变量”就是地址的名字。在PLC中，地址通常是用数字表示的，很不方便记忆，给地址赋予名字将使程序的可读性大为提高，也为修改地址提供了方便。
英凯的PLC平台支持符号化编程。
（14）、多PLC联合编程与调试
在一个项目中，可能有多个PLC联网运行，如果平台软件只有编辑、调试单个PLC的能力则很费时、费力，多PLC联合编程与调试功能可以提供方便。
（15）、在系统升级
在系统升级功能对于正处于测试阶段的软件而言是非常有用的，可以随时修改错误，增加功能，而对成熟的软件而言并没有多大的作用，应为成熟的软件很少会再升级。但从另一角度看，如果PLC的硬件可以支持不同体系的软件，将一种通讯的软件升级成另一体系的软件，也许很有趣，也有使用价值。举例说明：如果你购买的是英凯公司兼容三菱指令的PLC，由于实际情况发生变化，你希望将现有的PLC升级成符合IEC61131标准的PLC，或其他的类型的PLC，如兼容siemens指令的PLC等，这一功能就能实现你的要求。英凯公司目前还没有复合IEC61131标准的PLC，也没有兼容siemens指令系统的PLC，但将来会有的。
（16）、产品的个性化管理
英凯公司生产的每一台PLC都有一个全球唯一的序列号，该序列号用于记录该产品生产、制造过程中的各种数据，也可以用于产品的维修、维护，为提供产品的质量提供数据支持。
（17）、知识产权的保护
英凯PLC对知识产权的保护体现在2个方面：一是项目文件的密码保护，密码采用2048比特的密码，如果项目文件设定了密码，要破译是非常困难的，几乎不可能。二是PLC内部的密码，PLC内部采用1024比特的密码，一旦设定密码，下载、上传程序、修改密码都需输入密码，可以有效防止非法获取程序。
三、英凯PLC产品简介
        英凯PLC产品目前有4个型号，分别是：IK1S-020-R01、IK1U-020-R01、IK1S-030-R01、IK1U-030-R01。
IK1S与IK1U的差别在于IK1U增加了一个USB编程口，其他的指标是一样的。
下表是IK1S/U与FX1S的基本性能列表

(原文件名:2011083100400001.JPG)

IK1S/U-020-R01的外观及接线方式与FX1S-20MR相同，IK1S/U -030-R01的外观及接线方式与FX1S-30MR相同。