前言

工業自動化作為國民經濟的支柱之一，在提高工業企業生產效率、保證產品質量等方面發揮了重要作用。隨著現代信息技術和電子技術的飛速發展，其在傳統自動化領域的應用極大地提高了控制系統的性能和應用范圍，具體表現在以下幾個方面：

● 可編程控制器（PLC）和HMI面板的處理速度大幅度提高，這大大改進了工業生產自動檢測水平、執行精確度與速度，達到了優化裝置和過程的效果。

● 以實時以太網為基礎的現場總線技術，如PROFINET、EtherCAT、Ethernet/IP等使得控制系統與現場設備之間的通信更加可靠、高效。

● 現代網絡通信技術可以把整個企業的資金、物流、生產裝置狀態、生產效率和能力等信息準確、全面、系統地提供給企業，供企業決策者和管理者做實時和準確的決策，給用戶提供管理和控制一體化設備的系統和服務。

信息化和工業化的結合必然為工業自動化產品制造和應用帶來很大的發展空間，同時，隨著經濟的發展，社會生產組織形式越來越傾向于小批量、定制化的柔性生產方式。基于以上兩個因素，德國為了保持其在制造領域的優勢，在政府層面提出了“工業4.0”戰略；美國則希望由強勢的信息產業優勢向傳統制造領域回歸，提出了“工業互聯網”的概念；中國則相應地提出了自己的“中國制造2025”戰略。但是這些宏觀的戰略都需要得到現場級自動化技術的強力支撐，如現代PLC技術、現代現場總線技術和智能機器人等，否則就如同在沙灘上建立大廈一般不穩固。

自1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求以來，隨著集成電路技術和計算機技術的發展，現在已出現第五代PLC產品了。20世紀80年代至90年代中期是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30%～40%。PLC由于在模擬處理能力和網絡方面的進步，擠占了一部分DCS（過程控制）的市場，并逐漸壟斷了污水處理等行業，但是由于工業PC（IPC）的出現，特別是近年來現場總線技術的發展，IPC和DCS也擠占了一部分PLC市場，總體來說DCS和PLC有相互融合的趨勢。目前，全世界有200多家工廠生產300多個品種的PLC產品，主要應用在汽車、糧食加工、化學/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業。

由于各PLC廠商的產品在指令系統上的差異以及在編程方法上對用戶的要求不同，近年來為了規范化，IEC針對PLC規定了一系列標準，即IEC 61131標準。1995年，與國際標準等效的國家標準相繼頒布，2006年，IEC 61131最新國際標準的中文對照版GB/T 15969出版。其中第一部分規定了PLC系統的定義。IEC 61131-3是該系列標準中的第三部分，主要涉及PLC編程語言的語法和語義定義。它規定了指令表、梯形圖、順序功能圖、功能塊圖、結構化文本5種編程語言。這包括文本化編程和圖形編程兩個方面，SFC在這兩類編程語言中均可使用。

IEC 61131標準是不同的PLC廠商相互協調、討論并妥協的產物，因此該標準中也有很多與具體實現相關的功能定義。對于這些功能，不同的廠商可采用不同的策略來實現。這既增加了標準的靈活性，又減弱了標準的非二義性。

本書主要目的不在于詳細闡述IEC 61131標準的相關內容，而在于以德國菲尼克斯電氣軟件公司的MULTIPROG/ProConOS eCLR控制軟件為例，展示如何構建一個符合IEC 61131標準的實際控制系統。至于IEC 61131的詳細內容，用戶可以直接參考國際標準或者等效國標GB/T 15969。至于如何在生產實際中使用IEC 61131-3所定義的編程語言對PLC進行編程控制，用戶可以參考其他的一些書籍或文章，如彭瑜先生所著《IEC 61131-3編程語言及應用基礎》、Karl-Heinz John先生參與撰寫的《IEC 61131-3 Programming Industrial Automation System》等。在本書中，各章內容安排如下：

● 第1章簡要介紹IEC 61131標準所定義的各種模型以及標準編程語言。

● 第2章主要涉及PLC編程環境MULTIPROG的操作使用，即如何在MULTIPROG中實現IEC 61131所定義的各項要素。

● 第3章重點介紹基于ProConOS eCLR的二次開發。ProConOS eCLR只是實現了一個基本的PLC運行時內核，要構建一個完整的PLC系統，用戶在這個基礎上還需要添加額外的模塊，比如能完成特定功能的自定義功能塊和I/O模塊的相應驅動等。

● 第4章主要描述了eCLR與不同現場總線的協同工作，如PROFINET、EtherCAT、Modbus TCP、CANopen和Powerlink等。

● 第5章介紹MULTIPROG/ProConOS eCLR與PLCopen運動控制的集成。

謹此機會，感謝我的家人在本書的撰寫過程中給予的長期支持。另外，假如沒有PLCopen中國組織名譽主席彭瑜老師和菲尼克斯電氣軟件公司的同事及好友梁恩泉的大力協助，本書恐怕也難以寫成；同時還要感謝菲尼克斯電氣軟件、acontis technologies GmbH、ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH以及Tenesys等公司在寫作過程中對我提供的幫助。

任向陽

2016年8月于德國比勒菲爾德

聲明

IEC 61131是國際電工委員會（IEC）頒布的可編程控制器（PLC）國際標準，用于規范可編程控制器編程工具和應用控制程序的開發。對應的等效國標為GB/T 15969。

PLCopen MC運動規范為PLCopen國際組織以IEC 61131-3為基礎建立的標準運動控制應用功能塊庫。

本書所涉及的MULTIPROG/ProConOS eCLR為德國菲尼克斯電氣軟件公司的注冊商標，與其相關的信息、圖片和資料的版權均歸菲尼克斯電氣軟件公司所有。

EcMaster和EC-Engineer為acontis technologies GmbH公司的EtherCAT主站和總線配置器產品，及本書中所涉及的EcMaster和EC-Engineer相關資料版權均為acontis technologies GmbH公司所有。

INtime為Tenasys公司注冊商標，本文中所有與INtime相關的信息版權均歸Tenasys公司所有。

VirtuOS和ISG運動內核為ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH產品，ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH擁有本書涉及VirtuOS和ISG運動內核部分所有信息的全部版權。

若本書對上述內容的描述與國際標準/公司產品說明有沖突，請以國際標準/公司產品說明為準。