根據水源地控制系統的要求，對現場I/O點數統計后，確定選配2個KL1408(共16路DI模塊)，2個KL2408（共16路DO模塊），1個KL3458(8路AI模塊)，1個KL4438(8路AO模塊)。KL9010總線結束端子用來保證總線耦合器和總線端子之間的數據交換，每套PLC系統必須在末端使用KL9010為結束端子塊，以保證PLC系統的正常工作，并起到故障復位的作用^[3]。
2.2?I/O映像寄存器區(qū)的生成規(guī)則及設置
　　PLC在編程前，首先要針對PLC配置情況在TwinCAT中確定其I/O點的絕對地址，以此作為I/O的映像寄存器的存取內容。PLC中內存的I/O的映像寄存器與實際輸入量、輸出量連接點一一對應，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絕對地址采用的是自動分配方式，通過KS2000軟件自動檢測到PLC所安裝的實際模塊，并能夠連續(xù)分配出對應模塊的地址。PLC系統默認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，每個模擬量占用2B的內存單元，但由于在BC8100系列PLC中，1個模擬量地址分配的是4個內存單元，其中模擬量地址的前2B被占用，不可以再作其他用途。因此在配置時需將AI的起始地址設置為%IW2；當涉及開關量時，同一組編號的輸入量與輸出量占用同一地址時，實際是以高低字節(jié)區(qū)分，而不會產生沖突。在本系統中，共用到了8個AI，8個AO，16個DI，16個DO。根據表1中的地址分配規(guī)則，對本系統中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地址設置。
　　(************* AI物理地址對照表*************)
　　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 上位映像存儲區(qū)設置
　　為了實現PLC中的輸入量、輸出量及中間量與上位機通訊時的一一對應，需要在TwinCAT中Globdl-variables環(huán)境下構建一個專為上位機可存取的PLC專用內存空間，以確保上位機準確可靠地控制監(jiān)控PLC的I/O點或中間量，稱其為PLC的內存上位映像存儲區(qū)，每個數據的上位映像存儲區(qū)都是由一個數組構成。系統的內存空間提供了32KB/64KB供用戶根據實際需要來設置使用?？紤]到本系統以后的可擴展性，本系統中PLC的數據空間設置了500B容量的上位映像存儲區(qū)，設置的上位映像存儲區(qū)定義如下：
　　VAR_GLOBAL
　　(*定義3個數據的內存存儲區(qū)用于同上位機通訊*)
　　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數據組存放的是由PLC上傳給上位機的輸入數據，包括模擬輸入量和開關輸入量數據，它在PLC內存中的上位映像存儲區(qū)起始地址偏移量為0，容量設定為128B；Outputs數據組存放的是由上位下傳給PLC的輸出數據，包括模擬輸出量和數字輸出量數據，它在PLC內存中的上位映像存儲區(qū)起始地址被設置為128，其容量設定為128B；中間量的上位映像存儲區(qū)起始地址偏移量為256，其容量設定也為128B，中間量包括中間繼電器的狀態(tài)、定時器/計數器的數值及移位寄存器的數值等內容。
前面只是在PLC的內存區(qū)定義了相應的上位映像存儲區(qū)，其內容是在PLC的開發(fā)應用程序中通過構建FB和賦值指令等可執(zhí)行程序在PLC執(zhí)行后才能將對應的輸入變量、輸出變量及中間變量實時地一一對應到相應內存的上位映像存儲區(qū)里。
2.4?RTU存儲區(qū)
　　Modbus RTU TwinCAT PLC 軟件庫提供了Modbus 終端設備的串行通訊功能塊。通過調用該軟件庫中的功能模塊可以實現BC8100與上位機之間的通訊功能。在此，將該存儲區(qū)稱為RTU存儲區(qū)，由于其在內存區(qū)的定義靈活，沒有位置的限制，本系統中將模擬量的RTU存儲區(qū)地址排在開關量地址的前面，與I/O地址設置統一起來。以下選取了典型的RTU存儲區(qū)的定義:
　　(*本地上傳的參數*)
　　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*)
　　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上傳給上位機的AI數據，DI_1是由PLC上傳給上位機的DI數據；T1101是由上位機下傳給PLC的AO數據；DO_1是由上位機下傳給PLC的DO數據。
　　同時需要在TwinCAT中的Global_Variables_Modbus環(huán)境下定義數據內存地址在傳送的Modbus報文中的編址方式，以確保所有的通訊數據能夠與上位機相關參數一一對應。
　　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，系統默認Inputs輸入數據組在傳送的報文中的地址從0開始進行偏移， Outputs輸出數據組在傳送的報文中的地址從0800H（16#0800）開始進行偏移，memory內存數據組在傳送的報文中的地址從4000H(16#4000)開始進行編址。
　　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塊和上位機通訊時使用的串口地址，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
　　當程序編寫完成并成功下載到PLC中后，需將PLC的開關地址設置為“99”，以實現上位機的遠程監(jiān)控。
　　如圖2所示，首先在TwinCAT中根據倍福BC8000 PLC I/O分布規(guī)律設定相應編號的I/O映像寄存器單元，然后定義上位映像存儲區(qū)的空間位置，并在應用程序（如梯形圖）定義實現各物理量的對應單元，最后確定對應的RTU存儲區(qū)。

3 PLC的程序設計
　　本設計中采用LD（L梯形圖）作為MAIN POU的編程語言,FBD作為構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控制程序，當上位機下達深水泵的啟動命令后，DO_1為TURE，則DO1為TURE，即水泵開始啟動。由于現場深水泵從啟動切換為運行狀態(tài)的時間不足2s，所以保證DO1的TURE狀態(tài)為2s已足夠。當M10為TURE時，啟動過程結束。為滿足水泵不能頻繁啟動的要求，當深水泵結束運行后，必須要過2min延時后才能重新啟動，以保證深水泵不會因為短時間的連續(xù)啟動造成損壞。第二梯層的功能塊實現模擬量檢測與轉換功能，在通過程序算術運算后，將現場采集到的模擬信號轉換為現場參數的實際值，由于現場采集到的液位和流量都是線性變化的，又知道其上、下限對應的量程，可以公用這一個模塊，在調用時只需將Value_max輸入值修改為流量，或液位實際的最大值，圖中的Value_max只供參考。第三梯層的功能塊實現對電磁閥的調節(jié)控制水流量，將上位機給定的數值通過運算后輸出對應的控制電流。其中第二、三梯層中的功能塊并不是TwinCAT PLC軟件提供的標準庫函數，而是需要在另一個POU中，通過FBD調用一些基本函數（功能塊）構建的，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 終端設備的串行通訊功能塊，通過調用功能模塊實現了BC8100 PLC與上位機之間的通訊功能。功能塊 MODBUSRtuSlave_KL6x5B 通過串行總線端子KL6001完成MODBUS 從站通訊^[5]。