根據(jù)水源地控制系統(tǒng)的要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)后，確定選配2個(gè)KL1408(共16路DI模塊)，2個(gè)KL2408（共16路DO模塊），1個(gè)KL3458(8路AI模塊)，1個(gè)KL4438(8路AO模塊)。KL9010總線結(jié)束端子用來保證總線耦合器和總線端子之間的數(shù)據(jù)交換，每套PLC系統(tǒng)必須在末端使用KL9010為結(jié)束端子塊，以保證PLC系統(tǒng)的正常工作，并起到故障復(fù)位的作用^[3]。
2.2?I/O映像寄存器區(qū)的生成規(guī)則及設(shè)置
　　PLC在編程前，首先要針對(duì)PLC配置情況在TwinCAT中確定其I/O點(diǎn)的絕對(duì)地址，以此作為I/O的映像寄存器的存取內(nèi)容。PLC中內(nèi)存的I/O的映像寄存器與實(shí)際輸入量、輸出量連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，以確保PLC輸出量的正確執(zhí)行及輸入量的正確讀入，如表1所示^[4]。

?

　　在BC8100系列PLC中，I/O絕對(duì)地址采用的是自動(dòng)分配方式，通過KS2000軟件自動(dòng)檢測(cè)到PLC所安裝的實(shí)際模塊，并能夠連續(xù)分配出對(duì)應(yīng)模塊的地址。PLC系統(tǒng)默認(rèn)的地址首先是模擬輸入量地址，其次是模擬輸出量地址，最后是開關(guān)量的地址。模擬量的地址從%IW0開始，KL3454模塊的A/D分辨率是12位，KL4438模塊的D/A分辨率也是12位，每個(gè)模擬量占用2B的內(nèi)存單元，但由于在BC8100系列PLC中，1個(gè)模擬量地址分配的是4個(gè)內(nèi)存單元，其中模擬量地址的前2B被占用，不可以再作其他用途。因此在配置時(shí)需將AI的起始地址設(shè)置為%IW2；當(dāng)涉及開關(guān)量時(shí)，同一組編號(hào)的輸入量與輸出量占用同一地址時(shí)，實(shí)際是以高低字節(jié)區(qū)分，而不會(huì)產(chǎn)生沖突。在本系統(tǒng)中，共用到了8個(gè)AI，8個(gè)AO，16個(gè)DI，16個(gè)DO。根據(jù)表1中的地址分配規(guī)則，對(duì)本系統(tǒng)中I/O地址的具體分配如以下程序所示，下面選取出典型程序中的I/O地址設(shè)置。
　　(************* AI物理地址對(duì)照表*************)
　　AI1 AT %IW0: INT;? (*AI模塊第1通道*)
　　AI2 AT %IW4: INT;? (*AI模塊第2通道*)
　　AI8 AT %IW28:INT;? (*AI模塊第8通道*)
　　(*************AO物理地址對(duì)照表*************)
　　AO1 AT%QW32:INT; (*AO模塊第1通道*)
　　AO2 AT%QW36:INT; (*AO模塊第2通道*)
　　AO8 AT%QW62:INT; (*AO模塊第8通道*)
　　(*************DI物理地址對(duì)照表*************)
　　DI1?AT%IX64.0:BOOL; (*DI模塊第1通道*)
　　DI2?AT%IX64.1:BOOL; (*DI模塊第2通道*)
　　DI16 AT%IX65.7:BOOL; (*DI模塊第16通道*)
　　(************* DO物理地址對(duì)照表*************)
　　DO1?AT%QX64.0:BOOL; (*DO模塊第1通道*)
　　DO2 AT%QX64.1:BOOL; (*DO模塊第2通道*)
　　DO16 AT%QX65.7:BOOL; (*DO模塊第16通道*)
2.3 上位映像存儲(chǔ)區(qū)設(shè)置
　　為了實(shí)現(xiàn)PLC中的輸入量、輸出量及中間量與上位機(jī)通訊時(shí)的一一對(duì)應(yīng)，需要在TwinCAT中Globdl-variables環(huán)境下構(gòu)建一個(gè)專為上位機(jī)可存取的PLC專用內(nèi)存空間，以確保上位機(jī)準(zhǔn)確可靠地控制監(jiān)控PLC的I/O點(diǎn)或中間量，稱其為PLC的內(nèi)存上位映像存儲(chǔ)區(qū)，每個(gè)數(shù)據(jù)的上位映像存儲(chǔ)區(qū)都是由一個(gè)數(shù)組構(gòu)成。系統(tǒng)的內(nèi)存空間提供了32KB/64KB供用戶根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)置使用。考慮到本系統(tǒng)以后的可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)中PLC的數(shù)據(jù)空間設(shè)置了500B容量的上位映像存儲(chǔ)區(qū)，設(shè)置的上位映像存儲(chǔ)區(qū)定義如下：
　　VAR_GLOBAL
　　(*定義3個(gè)數(shù)據(jù)的內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)用于同上位機(jī)通訊*)
　　Inputs?? AT %MW0:??? ARRAY[0..127] OF REAL;
　　outputs? AT %MW128:? ARRAY[0..127] OF REAL;
　　memory?? AT %MW256:? ARRAY[0..127] OF REAL;
　　END_VAR
　　其中,Inputs數(shù)據(jù)組存放的是由PLC上傳給上位機(jī)的輸入數(shù)據(jù)，包括模擬輸入量和開關(guān)輸入量數(shù)據(jù)，它在PLC內(nèi)存中的上位映像存儲(chǔ)區(qū)起始地址偏移量為0，容量設(shè)定為128B；Outputs數(shù)據(jù)組存放的是由上位下傳給PLC的輸出數(shù)據(jù)，包括模擬輸出量和數(shù)字輸出量數(shù)據(jù)，它在PLC內(nèi)存中的上位映像存儲(chǔ)區(qū)起始地址被設(shè)置為128，其容量設(shè)定為128B；中間量的上位映像存儲(chǔ)區(qū)起始地址偏移量為256，其容量設(shè)定也為128B，中間量包括中間繼電器的狀態(tài)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的數(shù)值及移位寄存器的數(shù)值等內(nèi)容。
前面只是在PLC的內(nèi)存區(qū)定義了相應(yīng)的上位映像存儲(chǔ)區(qū)，其內(nèi)容是在PLC的開發(fā)應(yīng)用程序中通過構(gòu)建FB和賦值指令等可執(zhí)行程序在PLC執(zhí)行后才能將對(duì)應(yīng)的輸入變量、輸出變量及中間變量實(shí)時(shí)地一一對(duì)應(yīng)到相應(yīng)內(nèi)存的上位映像存儲(chǔ)區(qū)里。
2.4?RTU存儲(chǔ)區(qū)
　　Modbus RTU TwinCAT PLC 軟件庫提供了Modbus 終端設(shè)備的串行通訊功能塊。通過調(diào)用該軟件庫中的功能模塊可以實(shí)現(xiàn)BC8100與上位機(jī)之間的通訊功能。在此，將該存儲(chǔ)區(qū)稱為RTU存儲(chǔ)區(qū)，由于其在內(nèi)存區(qū)的定義靈活，沒有位置的限制，本系統(tǒng)中將模擬量的RTU存儲(chǔ)區(qū)地址排在開關(guān)量地址的前面，與I/O地址設(shè)置統(tǒng)一起來。以下選取了典型的RTU存儲(chǔ)區(qū)的定義:
　　(*本地上傳的參數(shù)*)
　　P1101? ?AT %MW0???? ?:REAL;
　　P1402? ?AT %MW28??? ?:REAL;
　　DI_1?? ?AT%MX32.0?? ?:BOOL
　　DI_16? ?AT%MX33.7?? ?:BOOL;
　　(*上位下傳的參數(shù)*)
　　T1101? ?AT %MW128?? ?:REAL;
　　T1402? ?AT %MW156? ?:REAL;
　　DO_1?? ?AT%MX160.0? ?:BOOL;
　　DO_16? ?AT%MX161.7? ?:BOOL;
　　其中，P1101是由PLC上傳給上位機(jī)的AI數(shù)據(jù)，DI_1是由PLC上傳給上位機(jī)的DI數(shù)據(jù)；T1101是由上位機(jī)下傳給PLC的AO數(shù)據(jù)；DO_1是由上位機(jī)下傳給PLC的DO數(shù)據(jù)。
　　同時(shí)需要在TwinCAT中的Global_Variables_Modbus環(huán)境下定義數(shù)據(jù)內(nèi)存地址在傳送的Modbus報(bào)文中的編址方式，以確保所有的通訊數(shù)據(jù)能夠與上位機(jī)相關(guān)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)。
　　VAR_GLOBAL CONSTANT
　　(* maximum length of modbus telegrams *)
　　MAX_TELEGRAM_IDX:???INT:=255;
　　(* COM-Port FIFO Maxindex *)
　　COM_BUFFER_MAXIDX:?????? INT:=63;
　　MODBUSRTU_OUTPUTACCESS_OFFSET:WORD:=16#0800;
??? MODBUSRTU_MEMORYACCESS_OFFSET:WORD:=16#4000;
　　END_VAR
　　其中，系統(tǒng)默認(rèn)Inputs輸入數(shù)據(jù)組在傳送的報(bào)文中的地址從0開始進(jìn)行偏移， Outputs輸出數(shù)據(jù)組在傳送的報(bào)文中的地址從0800H（16#0800）開始進(jìn)行偏移，memory內(nèi)存數(shù)據(jù)組在傳送的報(bào)文中的地址從4000H(16#4000)開始進(jìn)行編址。
　　最后還要在TwinCAT中Variable_Configuration的環(huán)境下定義總線終端控制器的仿真地址：
　　VAR_CONFIG
　　(*定義程序中modbus塊和上位機(jī)通訊時(shí)使用的串口地址，BC8100使用的串口是固定500，*)
　　MAIN.MODRTU1.com.Port.IO.out AT %QB500 : Modbus-
　　KL6outData5B;
　　MAIN.MODRTU1.com.Port.IO.in AT %IB500 : Modbus-
　　KL6inData5B;
　　END_VAR
　　當(dāng)程序編寫完成并成功下載到PLC中后，需將PLC的開關(guān)地址設(shè)置為“99”，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
　　如圖2所示，首先在TwinCAT中根據(jù)倍福BC8000 PLC I/O分布規(guī)律設(shè)定相應(yīng)編號(hào)的I/O映像寄存器單元，然后定義上位映像存儲(chǔ)區(qū)的空間位置，并在應(yīng)用程序（如梯形圖）定義實(shí)現(xiàn)各物理量的對(duì)應(yīng)單元，最后確定對(duì)應(yīng)的RTU存儲(chǔ)區(qū)。

3 PLC的程序設(shè)計(jì)
　　本設(shè)計(jì)中采用LD（L梯形圖）作為MAIN POU的編程語言,FBD作為構(gòu)建功能塊的編程語言。典型的LD圖如圖3所示。

　　在LD圖中，第一梯層是深水泵的啟動(dòng)控制程序，當(dāng)上位機(jī)下達(dá)深水泵的啟動(dòng)命令后，DO_1為TURE，則DO1為TURE，即水泵開始啟動(dòng)。由于現(xiàn)場(chǎng)深水泵從啟動(dòng)切換為運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間不足2s，所以保證DO1的TURE狀態(tài)為2s已足夠。當(dāng)M10為TURE時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束。為滿足水泵不能頻繁啟動(dòng)的要求，當(dāng)深水泵結(jié)束運(yùn)行后，必須要過2min延時(shí)后才能重新啟動(dòng)，以保證深水泵不會(huì)因?yàn)槎虝r(shí)間的連續(xù)啟動(dòng)造成損壞。第二梯層的功能塊實(shí)現(xiàn)模擬量檢測(cè)與轉(zhuǎn)換功能，在通過程序算術(shù)運(yùn)算后，將現(xiàn)場(chǎng)采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的實(shí)際值，由于現(xiàn)場(chǎng)采集到的液位和流量都是線性變化的，又知道其上、下限對(duì)應(yīng)的量程，可以公用這一個(gè)模塊，在調(diào)用時(shí)只需將Value_max輸入值修改為流量，或液位實(shí)際的最大值，圖中的Value_max只供參考。第三梯層的功能塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的調(diào)節(jié)控制水流量，將上位機(jī)給定的數(shù)值通過運(yùn)算后輸出對(duì)應(yīng)的控制電流。其中第二、三梯層中的功能塊并不是TwinCAT PLC軟件提供的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，而是需要在另一個(gè)POU中，通過FBD調(diào)用一些基本函數(shù)（功能塊）構(gòu)建的，如圖4所示。
第四、五梯層的功能塊為MODBUS RTU TwinCAT PLC 軟件庫提供了MODBUS 終端設(shè)備的串行通訊功能塊，通過調(diào)用功能模塊實(shí)現(xiàn)了BC8100 PLC與上位機(jī)之間的通訊功能。功能塊 MODBUSRtuSlave_KL6x5B 通過串行總線端子KL6001完成MODBUS 從站通訊^[5]。