2. PLC基础与选型

可编程逻辑控制器（PLC）是工业自动化与SCADA系统的底层控制核心。在厂务监控系统中，PLC负责采集现场传感器信号、执行逻辑控制，并通过通信网络与SCADA服务器交换数据。理解PLC的工作原理与选型逻辑，是构建可靠SCADA系统的前提。

2.1 PLC的工作原理与扫描周期

PLC采用“循环扫描”的工作方式，一个完整的扫描周期（Scan Cycle）包含以下四个阶段：

1. 内部处理与自诊断：CPU检查硬件状态、通信接口及内存完整性。
2. 通信服务：处理与编程器、HMI、SCADA或其他PLC的数据交换。
3. 输入采样（Input Scan）：批量读取所有物理输入（DI/AI）的状态，并存入输入映像区。
4. 程序执行（Program Execution）：CPU逐条执行用户程序，从输入映像区读取数据，运算结果写入输出映像区。
5. 输出刷新（Output Scan）：将输出映像区的数据一次性传送到物理输出模块（DO/AO）。

2.2 主流PLC品牌及技术特点

全球PLC市场由西门子（Siemens）、罗克韦尔（Rockwell Automation/Allen-Bradley）和三菱（Mitsubishi）三大品牌主导。在厂务监控领域，西门子与罗克韦尔占据高端市场，三菱在中小型项目中应用广泛。

2.3 厂务场景PLC选型要点

厂务监控系统（FMCS）对PLC的选型有特殊要求，不能简单套用产线自动化标准。以下是五个核心选型维度：

• I/O点数与类型：统计数字量输入（DI，如水泵启停状态）、数字量输出（DO，如阀门开关）、模拟量输入（AI，如温度、压力、流量）、模拟量输出（AO，如变频器频率给定）。预留15%~20%余量。
• 通信接口与协议：必须支持SCADA系统所需的通信协议。厂务场景中，Modbus TCP 和 PROFINET 是最常见的两种选择。若需接入第三方设备（如冷机、电表），需确认PLC是否支持该设备的协议。
• 环境适应性：PLC安装环境（控制柜内）的温度、湿度、电磁干扰等级。厂务场景通常要求工作温度0~55℃，防护等级IP20以上。
• 冗余与可靠性：关键厂务设备（如纯水系统、冷冻水系统）建议选用支持CPU冗余或电源冗余的PLC系列（如西门子S7-1500R/H、罗克韦尔ControlLogix冗余系统）。
• 编程与维护成本：考虑团队技术储备。若运维团队熟悉西门子TIA Portal，则优先选用西门子PLC，避免因跨平台学习导致调试周期延长。

2.4 厂务场景选型对照表

下表总结了不同厂务子系统对PLC的典型选型建议：

2.5 选型后的通信规划

PLC选型完成后，需同步规划与SCADA的通信方案。以下为厂务场景中三种主流通信架构：

• 直连模式：PLC通过以太网口直接连接SCADA服务器，适用于单站或小规模系统。协议常用Modbus TCP或S7通信。
• 工业交换机网络：多台PLC通过工业以太网交换机组成环网或星型网络，SCADA服务器通过OPC UA或专用驱动采集数据。适用于中型厂务系统。
• 冗余环网+双服务器：采用PRP/HSR冗余协议，SCADA服务器双机热备，PLC支持双网口冗余。适用于半导体、制药等不允许停机的关键厂务系统。