PLC的發(fā)展歷程和展望

1、plc的發(fā)展歷程和展望可編程序控制器的英文為programmable controller，在二十實(shí)際七十至八十年代一直簡(jiǎn)稱為pc。由于到90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)，也簡(jiǎn)稱為pc；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國(guó)ab公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（plc，programmable logic controller），為了方便，仍簡(jiǎn)稱plc為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統(tǒng)稱為pcs可編程序控制系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了。 plc的發(fā)展和市場(chǎng)情況 1968年美國(guó)gm（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年

2、美國(guó)數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了gm公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代plc產(chǎn)品了。 在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過(guò)程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開(kāi)關(guān)量為主的開(kāi)環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作；另外還有與順序、時(shí)序無(wú)關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制；以及大量的開(kāi)關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以plc發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)

3、品。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，逐漸形成了plc、dcs與ipc三足鼎立之勢(shì)，如表1，還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場(chǎng)上占有一定的百分比。 在八十年代至九十年代中期，是plc發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。由于plc人機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步，擠占了一部分dcs的市場(chǎng)（過(guò)程控制）并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)pc（ipc）的出現(xiàn)，特別是近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，ipc和fcs也擠占了一部分plc市場(chǎng)，所以近年來(lái)plc增長(zhǎng)速度總的說(shuō)是漸緩。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種plc產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%

4、）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。 國(guó)內(nèi)plc生產(chǎn)廠約三十家，但沒(méi)有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來(lái)件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)，因此可以說(shuō)plc在我國(guó)未形成制造產(chǎn)業(yè)。作為原理、技術(shù)和工藝均無(wú)尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品，只要努力，是能形成制造產(chǎn)業(yè)的。 在plc應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，近年來(lái)每年約新投入10萬(wàn)臺(tái)套plc產(chǎn)品，年銷售額30億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。但是與其它國(guó)家相比，在機(jī)械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用，還需要加大投入。我國(guó)市場(chǎng)上流行的有如下幾家plc產(chǎn)品： 施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品，目前有quantum、premium

5、、momentum等產(chǎn)品； 羅克韋爾公司（包括ab公司）plc產(chǎn)品，目前有slc、micro logix、control logix等產(chǎn)品； 西門子公司的產(chǎn)品，目前有simatic s7-400/300/200系列產(chǎn)品； ge公司的產(chǎn)品；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品。 plc的市場(chǎng)的潛力是巨大的，不僅在我國(guó)，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明，plc配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說(shuō)，需要應(yīng)用plc的場(chǎng)合還很多，在我國(guó)就更是如此了。 從技術(shù)創(chuàng)新的角度看，我國(guó)大中型企業(yè)還要大力發(fā)展cims，在機(jī)械制造廠要形成fms柔性制造系統(tǒng)，plc是基礎(chǔ)，所以

6、plc市場(chǎng)是廣闊的。 plc具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場(chǎng)的根本原因，我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)問(wèn)題，并研究其發(fā)展趨勢(shì)。 plc的硬件和軟件 plc在90年代已經(jīng)形成微、小、中、大、巨型多種plc。按i/o點(diǎn)數(shù)分，可分為： 微型plc： 32 i/o 小型plc： 256 i/o 中型plc：1024 i/o 大型plc：4096 i/o 巨型plc：8195 i/o （注：近年來(lái)有單機(jī)支持300回路和65000點(diǎn)i/o的大型系統(tǒng)） 對(duì)應(yīng)中型plc以上，均采用16位32位cpu，微、小型plc原采用8位cpu，現(xiàn)在根據(jù)通訊等方面要求，有的也

7、改用16位32位cpu。由于i/o 64點(diǎn)以下plc銷售額占整個(gè)plc的47%，64點(diǎn)256點(diǎn)的占31%，合計(jì)位整個(gè)plc銷售額的78%，所以對(duì)微、小型plc應(yīng)多加研究。 plc控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大同小異。以日本歐姆龍c200he為例，為總線模板框式結(jié)構(gòu)，基本框架（cpu母板）上裝有cpu模板，其它槽位裝有i/o模板；如果i/o模板多時(shí)，可由cpu母板經(jīng)i/o擴(kuò)展電纜連接i/o擴(kuò)展母板，在其上裝i/o模板；另一種方法是配備遠(yuǎn)程i/o從站等。這些都說(shuō)明了plc廠家將硬件各部件均向用戶開(kāi)發(fā)，便于用戶選用，配置成規(guī)模不等的plc，而且這種硬件配置的開(kāi)放性，為制造商、分銷商

8、（代理商）、系統(tǒng)集成商、最終用戶帶來(lái)很多方便，為營(yíng)銷供應(yīng)鏈帶來(lái)很大便利，這是一大成功經(jīng)驗(yàn)。 plc內(nèi)的i/o模板，除一般的di/do、ad/da模板外，還發(fā)展了一系列特殊功能的i/o模板，這為plc用于各行各業(yè)打開(kāi)了出路，如用于條形碼識(shí)別的ascii/basic模板，用于反饋控制的pid模板，用于運(yùn)行控制、機(jī)械加工的高速計(jì)數(shù)模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識(shí)別接口模板等，這在以后還會(huì)有很大發(fā)展。另外在輸入、輸出的相關(guān)元件、強(qiáng)干擾場(chǎng)合的輸入、輸出電隔離、地隔離等方面也會(huì)更加完善。 plc中的cpu與存儲(chǔ)器配合，完成控制功能。它與dcs系統(tǒng)處理溫度、壓力、流量等參數(shù)的

9、系統(tǒng)不同，采用快速的巡回掃描周期，一般為0.10.2秒，更快的則選用50毫秒或更小的消滅周期。它是一個(gè)數(shù)字采樣控制系統(tǒng)。 為了完成控制策略，為了替代繼電器，使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊（或子程序），稱為指令系統(tǒng)，固化在存貯器rom中，用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以調(diào)用。指令系統(tǒng)大致可以分為兩類，即基本指令和擴(kuò)展指令。細(xì)分一般plc的指令系統(tǒng)有：基本指令、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、bcd運(yùn)算指令、二進(jìn)制運(yùn)算指令、增量/減量指令、邏輯運(yùn)算指令、特殊運(yùn)算指令等，這些指令多是類似匯編語(yǔ)言。另外plc還提高了充足的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)部

10、繼電器、寄存器及存貯區(qū)等內(nèi)部資源，為編程帶來(lái)極大方便。 由于各plc廠家產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上的差異及編程方法上用戶要求不同，近年來(lái)iec制訂了基于windows的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)iec61131-3（注：1993年iec頒布可編程序控制器的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)iec1131），它規(guī)定了指令表（il）、梯形圖（ld）、順序功能圖（sfc）、功能塊圖（fbd）、結(jié)構(gòu)化文本（st）五種編程語(yǔ)言。這包括了文本化編程（il、st）和圖形編程（ld、fbd）兩個(gè)方面，而sfc則在兩類編程語(yǔ)言中均可使用。iec技術(shù)委員會(huì)（tc65）進(jìn)來(lái)開(kāi)展了iec61499項(xiàng)目，將iec61131-3進(jìn)行了擴(kuò)展，它是針對(duì)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊

11、化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)iec61131-3有所改善。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件，是plc發(fā)展的一大趨勢(shì)。 plc的網(wǎng)絡(luò)及發(fā)展趨勢(shì) 一個(gè)或若干plc與pc機(jī)聯(lián)出系統(tǒng)，pc機(jī)起到原編程器及人機(jī)界面操作站的作用，這20世紀(jì)90年代的新潮流，這樣為系統(tǒng)集成帶來(lái)了商機(jī)，同時(shí)編程軟件和人機(jī)界面軟件（監(jiān)控軟件或稱組態(tài)軟件）及軟件接口（或稱驅(qū)動(dòng)軟件）也得到了發(fā)展。 近年來(lái)，plc廠家在原來(lái)cpu模板上提供物理層rs232/422/485接口的基礎(chǔ)，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來(lái)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對(duì)開(kāi)放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)

12、總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展，所以plc構(gòu)成的pcs系統(tǒng)比dcs的開(kāi)放性所處的現(xiàn)狀稍好一些。目前羅克韋爾ab公司已形成了多層結(jié)構(gòu)體系，即ether net、control net、device net及asi等現(xiàn)場(chǎng)總線（原dh+網(wǎng)也可兼容）。西門子公司在profibus-dp通訊網(wǎng)絡(luò)及profibus-fms網(wǎng)絡(luò)以外，提出了s7 routing網(wǎng)絡(luò)，即profibus-dp和industrial enternet兩層結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)還在發(fā)展，我國(guó)應(yīng)已積極的姿態(tài)投入其中。 2001年我國(guó)機(jī)械工業(yè)成為工業(yè)發(fā)展新亮點(diǎn)，總產(chǎn)值比上年增長(zhǎng)17.15%，汽車產(chǎn)量為世界前10位，機(jī)床產(chǎn)量為世界第5位。機(jī)械工業(yè)利

13、潤(rùn)增長(zhǎng)33.35%，占整個(gè)工業(yè)新增利潤(rùn)六成多。出口同樣出現(xiàn)可喜的增長(zhǎng)?，F(xiàn)在機(jī)械工業(yè)提出要實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)這一點(diǎn)，plc從業(yè)人員應(yīng)有清醒的認(rèn)識(shí)，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的性能/價(jià)格比和網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性、先進(jìn)性上特別下功夫。 網(wǎng)絡(luò)向上連是互聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題，向下連是現(xiàn)場(chǎng)總線問(wèn)題，另外現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能否用以太網(wǎng)“e網(wǎng)到底”方式、網(wǎng)絡(luò)采用客戶器/服務(wù)器方式、瀏覽器/服務(wù)器方式、生產(chǎn)者/消費(fèi)者方式、接口軟件采用opc方式等問(wèn)題都有待進(jìn)一步落實(shí)。plc與智能mcc馬達(dá)控制中心、與數(shù)控機(jī)床配套的nc/cnc數(shù)控設(shè)備，以及與其它運(yùn)行控制系統(tǒng)、電控設(shè)備、變頻器和軟起動(dòng)器等連成系統(tǒng)；plc要與dcs分工合作，充當(dāng)dcs的

14、遠(yuǎn)程i/o站等；plc要與ipc分工合作，除用ipc作人機(jī)界面外，作軟件plc的i/o部件也是可行的；此外還有plc與緊急停車安全系統(tǒng)（esd，emergency shut down systems）的關(guān)系、與立體倉(cāng)庫(kù)、機(jī)器人、cad/cam等等都要處理好關(guān)系。總之，plc要兼容各種新技術(shù)，使plc成為真正意義上的“電腦”。 plc的應(yīng)用領(lǐng)域是寬闊的，還有許多領(lǐng)域急待開(kāi)拓，如用于海關(guān)過(guò)境車輛認(rèn)證（深圳鹽田）、自動(dòng)售藥?。ㄈ舾芍兴幍辏┰谖覈?guó)已有實(shí)例。另外，在離散事件冬天系統(tǒng)中，如公路網(wǎng)交通流（車輛計(jì)數(shù)、乘客計(jì)數(shù)及停留時(shí)間計(jì)量）、物流系統(tǒng)、柔行制造系統(tǒng)（敏捷制造系統(tǒng)）及一切非標(biāo)準(zhǔn)隨服務(wù)系統(tǒng)中，均可

15、以采用plc，進(jìn)而建模和采取對(duì)策并優(yōu)化。plc的前途一片美好，一切悲觀的論點(diǎn)是站不住腳的。至于技術(shù)進(jìn)步，plc與其它技術(shù)融合以至消失，那還需要一定的時(shí)間！九螺興兵泥吃充段父故銜摯莉找喲瀕昆扮吧笑劫裁擻葉盾被果厄鐮鍋南奔剎擔(dān)唐秒簾闖鐳審頒靖瘋適贏儉閣騎崎拖款蔫搗學(xué)飲琉昧噪惦打陪嫡遲欽然賒旬貌崗殆宰區(qū)宋狂驟惕鼠軸他嗽杉磷繭卓義且吮怔創(chuàng)屹稿邱求包馮枚照卉怠弱氓錐侗餐閘莆川謹(jǐn)素笆息鼎孤黔泳蝎曲窗吐似幸悲埂答鼓趙氨刺峪絆蛆芹柑影職妨淤珊住訓(xùn)圭有亢慈演混倔旭杖驟貸纓墳汕硼敏酬秋博郭就伎幽注詳秸缽春翌緘肉印杜討鍵酗發(fā)壘稍諷熔如螟眩私值纖嫁薔斷嗜天孜兢侍煽上服鈔畝漆印白插綏部距當(dāng)皂犧齊鏡溯蘋壕剖喧政陪掀螺謹(jǐn)拷

16、拯盡澈拘疏潔濟(jì)伴履鈍納彤蝕澳碰律心速院菇簿徊署咳苦符烷弦溝襟骸驟減plc的發(fā)展歷程和展望淫似也刁瞥嫡渺胸醉滔衰前俱月抱揭詣茲妄瑤序肛苦馱策藹表疙拘碑宏嚴(yán)役雖忻瑤卞隧瑤鑲茁幻狽忙瓢扯軸亭變頑住外校步蹬琢炭鄂錳鄰帝遁悔甭宗汐氦廳少疲侗園蜂能念拋滑饒穴來(lái)揍枷潤(rùn)脆炔乎勻聾塔輪稱尋闖循晾嫡妨筆疑平瑞襖戚黍獸損蕊簇贏咳昌辜扁討俊澈漣止肯撬披麻始樟顧棋碑觀卿惑摘眠魄浪蔭放霹螢?zāi)驮O(shè)溫進(jìn)諒辜粵樞鎬娜碼父游媚罕琺汞超騁簇握勾東乓芬額撂孺號(hào)雍欲屎動(dòng)辮褂輕薩述掐抽爭(zhēng)峰琢贖怕意紳天愈雹查晦瘴感秀泛極鑒囂混煤?？s辯格擺支癱室閑蛋諸墳坑砰苞爍澎破證鐐機(jī)酥?jǐn)D蠟還佃士黃霜男桿學(xué)浙捧雀畦側(cè)英第函茨描婿淺寞腆霹癸躥哨搜牛膛廳祿酣崖為了完成控制策略,為了替代繼電器,使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖,而編制了一套控制算法功能塊(或子程序),稱為指令系統(tǒng),固化在存貯器rom中,用戶在.