浔之漫智控技术（上海）有限公司（w）

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西门子WINCC软件全国一级总代理

控制系统。2.可靠性高

微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达40000～50000h。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。3.维护方便

PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。4.功能强

PLC除了具备逻辑运算、定时、计数等基本功能外，还具备模拟信号采集、运动控制、通信联网等功能。5.编程简单目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.离散行业自动化

数字量的逻辑控制是PLC基本、广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机及自动化流水线。如注塑机、印刷机、装订机械、组合机床、磨床、包装生产线和电镀流水线等，2.过程控制工业

在工业生产过程当中，有许多连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、液位和速度等。为了使PLC处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PI

开发人员的素质和数量是影响软件质量和开发效率的重要因素，开发人员应该少而精。这一条基本原理基于两点原因：高素质开发人员的效率比低素质开发人员的效率要高几倍到几十倍，开发工作中犯的错误也要少得多；当开发小组为N人时，可能的通信信道为N（N-1）/2，可见随着人数N的增大，通信开销将急剧增大。7.承认不断改进软件工程实践的必要性遵从上述七条基本原理，就能够较好地实现软件的工程化生产。但是，它们只是对既有经验的总结和归纳，并不能保证赶上技术不断前进发展的步伐。因此，Boehm提出应把承认，不断改进和提升软件质量。但是优化是一个多目标的优决策，在不可能使所有目标都达到优时，需要进行折中来实现整体的优。

Wasserman 规范给出了对软件工程发展有重大影响的若干技术，这些技术分别是抽象、软件建模方法、用户界面原型化、软件体系结构、软件过程、软件复用、度量、工具和集成环境。其中，抽象是一种降低复杂性的处理方法；软件建模方法可以帮助工程师理解和刻画系统的分析和设计结果，便于开发人员进行沟通和交流；用户界面原型化可以克服需求难以确定的困难；软件体系结构对产品质量是至关重要的；软件过程、软件复用和度量都是工程方法的组成部分；工具和集成环境对于提高软件开发效率是必不可少的。

Wasserman 指出，上述八个技术变化中的任何一个都对软件开发过程有着重大的影响，它们合在一起，改变了我们的工作方式。

在软件工程中，软件的可靠性是软件在所给条件下和规定时间内，能完成所要求的功能的性质。软件工程的软件可靠性理论及其评价方法，是贯穿整个软件工程各个阶段所必须考虑的问题。

软件工程的目标在于研究一套科学的工程化方法，并与之相适应，发展一套方便的工具与环境，供软件开发者使用。建立了各种软件工具箱，支持软件开发的全过程。更进一步，人们将用于开发软件的软、硬件工具和软件工程数据库（包括分析、设计、编码和测试等重要信息的数据结构）集成在一起，建立集成化的计算机辅助软件工程CASE。

现在开源的工具非常多，贯穿于整个开发过程。具体来说，软件建模工具可以支持建立系统的需求和设计模型；软件构造工具包括程序编辑器、编译器、解释器和调试器；软件测试工具可以帮助人们分析代码质量，执行软件测试和评价产品的质量；在软件维护阶段，一些代码分析工具和重构工具，可以帮助人们理解和维护代码。除此之外，还有一些软件工程管理工具，帮助人们有效管理开发过程，控制代码的更改，支持团队进行协作开发。

软件过程贯穿于软件开发的各个环节，它定义了方法使用的顺序、可交付产品（文档、报告以及格式）的要求、为保证质量和协调变化所需要的管理以及软件开发过程各个阶段完成的标志。

软件开发过程一般包括一系列基本的开发活动，这些活动将用户的需求转化为用户满意的产品。通过对开发过程中各个活动环节质量的有效控制，来保证终产品的质量。首先要研究和定义用户的问题；确定和分析用户的实际需求；设计整个系统的总体结构；编程实现

顾名思义，软件工程就是把工程化的方法应用到软件之中，是一门研究如何用系统化、规范化、数量化等工程原则和方法去进行软件的开发和维护的学科。人们曾经对“软件工程”给过许多定义，下面是两个比较典型的。

1968年NATO会议上提出：“软件工程是为了经济地获得可靠的和能在实际机器上高效运行的软件，而建立和使用完善的工程原理。”这个定义不仅指出了软件工程的目标是经济地开发出高质量的软件，而且强调了软件工程是一门工程学科，它应该建立并使用完善的工程原理。

1993年IEEE进一步给出了一个更全面更具体的定义：“软件工程是①将系统化的、规范的、可度量的方法应用于软件的开发、运行和维护的过程，即将工程化应用于软件中；②对①中所述方法的研究。”

1.2.2 软件工程的发展

统计数据表明，大多数软件开发项目的失败，并不是由于软件开发技术方面的原因。它们的失败是由于不适当的管理造成的。遗憾的是，尽管人们对软件项目管理重要性的认识有所提高，但在软件管理方面的进步远比在设计方法学和实现方法学上的进步小，至今还提不出管理软件开发的通用指导原则。

在软件的长期发展中，人们针对软件危机的表现和原因，经过不断的实践和总结，越来越认识到：按照工程化的原则和方法组织软件开发工作，是摆脱软件危机的一条主要出路。软件工程的发展大概经历了4个阶段。

（1）1968年以前，属于软件工程的史前阶段。在这个时期，没有什么工程化的开发方法可循，更多的是个人作坊式的开发。当时的软件几乎都是为每个具体应用而专门编写的，编写者和使用者往往是同一个或同一组人。这些个体化的软件设计环境，使软件设计成为在人们头脑中进行的一个隐含过程，后除了程序清单外，没有其他文档资料保存下来。于是20世纪60年代末，爆发了软件危机。

（2）从1968年开始，一直到20世纪80年代末，软件工程进入了一个新的时期。1968年提出了“软件工程”的概念。瀑布模型成为软件开发的经典模型，整个软件开发过程被划分成需求、设计、编码、测试等不同阶段，并且这些阶段都是严格按照线性的方式执行的。

（3）从1983年到1995年，人们逐步意识到过程质量对产品质量的重大影响。这个时期面向对象的方法和软件过程改进运动逐渐盛行，提出了CMM/ISO9000/SPICE等质量标准体系。

（4）从20世纪90年代至今，

在众多国产PLC品牌中，北京和利时是我国工控市场较早的参与者之一，长期专注自动化控制系统。主要产品有可编程序控制器、集散控制系统（Distributed Control System，DCS）、核电站数字化仪控系统、运动控制器、触摸屏、驱动器、光电接近开关、变频器等。

除此之外，还有无锡信捷、黄石科威、安控科技、上海正航电子科技、汇川技术和英威腾等一大批公司也都是国内致力于工业控制领域PLC产品开发的企业。

1.1.2 PLC的特点

S7-300的模拟量地址由地址标志域（I和Q）、数字长度标志（W）和字节地址（0～30之间的十进制偶数）组成。其中I表示模拟量输入，Q表示模拟量输出。例如IW12，I表示模拟量输入，W说明数据长度为字，字节地址为12。设备和网络”可以显示所有设备、添加设备以及组态网络；“PLC编程”可以创建PLC程序；“可视化”可以组态HMI画面；“在线与诊断”可以显示组态的设备以及状态。PLC系统通电后，首先进行内部处理，包括：①系统的初始化，如设置堆栈指针，工作单元清零，初始化编程接口，设置工作标志及工作指针等；②工作状态选择，如编程状态、运动状态等。PLC系统工作过程对用户编程来说影响不大，但是PLC在运行用户程序时的工作过程对于用户编程者来说关系密切，务必引起用户编程人员注意。

严格地讲，一个扫描周期主要包括：为保障系统正常运行的公共操作占用时间，系统与外界交换信息占用时间及执行用户程序占用时间三部分，输入信号采样阶段又叫输入刷新（I刷新）阶段，PLC以扫描方式顺序读入外面信号的输入状态（接通或断开状态），并将此状态输入到输入映像存储器中，PLC工作在输入刷新阶段，只允许PLC接受输入口的状态信息，PLC的第二、第三阶段的动作处于屏蔽状态。

用户指令执行阶段：PLC执行用户程序总是根据梯形图的顺序先左后右，从上到下地对每条指令进行读取及解释，并送至输入映像存储器和输出映像存储器中读取输入和输出的状态，结合原来的各软元件的数据及状态进行逻辑运算，运算出每条有的CPU集成装载存储器，有的可以用微存储器卡（Multi-Media Card，MMC）来扩展，CPU 31xC的用户程序只能装入插入式的MMC。断电时数据保存在MMC存储器中，数据块的内容基本上保留。下载程序时，用户程序被下载到CPU的装载存储器，CPU把可执行部分复制到工作存储器，符号表和注释保存在编程设备中。2.工作存储器

它是集成的RAM存储器，用于存储用户程序和数据，包括组织块、功能、功能块、数据块。为了保证程序执行的快速性和不过多占用工作存储器，只有与程序执行有关的块才会被装入工作存储器。复位CPU的存储器时，工作存储器中数据会被清除，但程序不会被删除。3.系统存储器

系统存储器是CPU为用户运行程序提供的存储区。系统存储器被划分成多个地址区，常用的存储区有过程映像输入区（I）、过程映像输出区（Q）、外部设备输入区（PI）、外部设备输出区（PQ）、位存储区（M）、定时器（T）、计时器（C）、数据块寄存器（DB/DI）、本地数据寄存器（L）、累加器

（ACCU）、地址寄存器（AR）和状态字寄存器等。

1）过程映像输入区（I）又称输入继电器区，在每个扫描周期开始时，CPU将输入模块外部端子的状态读入过程映像输入区，该过程称为输入刷新。在执行程序阶段，CPU不理会新状态值，直到下一个扫描周期开始才读入新状态值。

2）过程映像输出区（Q）又称输出继电器区，在执行程序阶段，产生的各种输出值不是马上送往输出模块，而是先保存在过程映像输出区，等程序执行结束后，CPU马上将过程映像输出区的这些输出值送往输出模块，使之从输出端子产生输出，该过程称为输出刷新。

3）对外部输入/输出设备进行访问，除了可以通过映像区外，还可以通过外部设备输入/输出区（PI/PQ）直接进行访问。但通过外部设备输入/输出区访问时，只能是按照字节、字、双字来存取。由于过程映像区在CPU模块中，所以访问过程映像区要比外部设备输入/输出区速度快得多。

4）位存储区（M）又称辅助继电器，辅助继电器可分为普通型和保持型，普通型继电器在CPU处于停止状态时，其状态全部复位。保持型继电器在CPU处于停止状态时，其状态保持停止前的状态。辅助继电器通常用来保存中间结果。OR位会被清零。模块式PLC又称为组合式PLC，由机架和模块组成，配置灵活。中、大型PLC常采用模块式，如西门子的S7-300和S7-400系列PLC。模块式PLC将组成PLC的多个单元分别做成相应的模块，各模块可以灵活安插在机架上，通过总线相互联系，进行广泛地组合和扩展。1.CPU模块

互联网技术和应用迅速发展。为了应对需求变化和快速交付的需要，人们开始尝试一种新型的敏捷开发方法。这种方法采用迭代和增量的开发过程，强调更紧密的团队协作。目前，敏捷开发方法已经广泛地应用于软件企业之中，给软件行业带来了巨大的变化。

，尽管“软件危机”并未被彻底解决，但软件工程已经成为现代软件产业一个关键的技术，并且正在向成熟发展，在未来对网络时代的软件开发将有更大的推动力。现在以下4个方面。

在的难题。

之所以出现软件危机，其主要原因一方面是与软件本身的特点有关，另一方面是与软件开发和维护的方法不正确有关。

软件的特点前面已经有一个简单介绍。软件开发和维护的不正确方法主要表现为：忽视软件开发前期的需求分析；开发过程没有统一、规范的方法论的指导，文档资料不齐全，忽视人与人的交流；忽视测试阶段的工作，提交给用户的软件质量差；轻视软件的维护。与程序开发维护和使软件的一致性。软件不能独立存在，需要依附于一定的环境（如硬件、网络以及其他软件）。因此，软软件过程是为了获得高质量软件所需要完成的一系列任务的框架，它规定了完成各项任务的工作步骤。一个软件过程定义了软件开发中采用的方法以及该过程中应用的技术方法和自动化工具。

通常使用生命周期模型简洁地描述软件过程。软件生命周期模型规定了把软件生命周期划分成的阶段及各个阶段的顺序，因此也称为过程模型。

（1）客户不满意。软件产品的交付质量难以保证，许多功能不是用户所需要的，用户在使用的过程中遭遇很多

D调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用

PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用编程软件，可方便地查看、编辑、修改用户程序。6.设计、施工、调试周期短

用继电器—接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出电气元器件的布置和接线图等，再进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线来实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。

和继电器控制系统相比，PLC具有修改程序就能改变控制功能的优点，但是在进行简单控制时，成本较高。另外，利用单片机也能实现自动控制，各种控制系统的比较