PLC的發(fā)展歷程和展望

1、PLC 的發(fā)展歷程和展望出處： PLCopen China for efficiency in automation （PLCopen 中國組織） 可編程序控制器的英文為 Programmable Controller ，在二十實(shí)際七十至八十 年代一直簡稱為 PC 。由于到 90 年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來，也簡稱為 PC ；加 之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國 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

2、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)展和市場情況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，第二年 美國數(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)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作 號按照時(shí)序動(dòng)作；另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連

3、鎖保護(hù)動(dòng)作的 控制；以及大量的開關(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)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，還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場上占 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（過程控制）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

4、年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展， IPC 和 FCS 也擠占了一部 分 PLC 市場，所以近年來 PLC 增長速度總的說是漸緩。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% ）、金屬 /礦山（ 11.5% ）、紙漿 /造紙（ 11.3% ）等行業(yè)。國內(nèi) PLC 生產(chǎn)廠約三十家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還 有一部分是以仿制、來件組裝或 “貼牌 ”方式生產(chǎn)，因此可以說 PLC 在我國未形成 制造產(chǎn)業(yè)。作為原理、技術(shù)和工藝均無尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品，只要努力，是能形成 制造產(chǎn)業(yè)的。在 PLC

5、應(yīng)用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺(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。我國市場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 、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

6、士、松下等公司產(chǎn)品。PLC 的市場的潛力是巨大的，不僅在我國，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，需要應(yīng)用 PLC 的場合還很多，在我國就更是如此了。從技術(shù)創(chuàng)新的角度看，我國大中型企業(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 PLC 市場是廣闊的。 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 久的占有市場的根本原因，我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)問題，并研究其發(fā)展趨勢。PLC 的硬件和軟件PLC 在 90 年代已經(jīng)

7、形成微、些 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：近年來有單機(jī)支持 300 回路和 65000 點(diǎn) I/O 的大 型系統(tǒng)）對應(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) P

8、LC 銷售額的 78% ，所以對微、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。這些都說明了 PLC 廠家將硬件各部件均向用戶開發(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放性，為制造商、分銷商（代理商）、 系統(tǒng)集成商、最終用戶帶來很多方便，為營

9、銷供應(yīng)鏈帶來很大便利，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)的系統(tǒng)不

10、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言。另外 PLC 還提

11、高了充足的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù) 器、內(nèi)部繼電器、寄存器及存貯區(qū)等內(nèi)部資源，為編程帶來極大方便。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 IEC 制訂了基于 Windows 的編程語言標(biāo)準(zhǔn) IEC61131-3 （注： 1993 年 IEC 頒 布可編程序控制器的國際標(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 則在兩類編程語言中均可使用。 IEC 技術(shù)委員會(huì)

12、（ TC65 ）進(jìn)來開展了 IEC61499 項(xiàng)目，將 IEC61131-3 進(jìn)行了擴(kuò)展，它是針對通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊化分布系統(tǒng)的體系結(jié) 構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，將對 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放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件，是 PLC 發(fā)展的一大趨勢。PLC 的網(wǎng)絡(luò)及發(fā)展趨勢一個(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， PLC 廠家在原來 CPU

13、 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)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù) 發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場總線技術(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

14、 和 Industrial Enternet 兩層結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)還在發(fā)展，我國應(yīng)已積極的姿態(tài)投入其中。2001 年我國機(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)利潤增長 33.35% ，占 整個(gè)工業(yè)新增利潤六成多。出口同樣出現(xiàn)可喜的增長。現(xiàn)在機(jī)械工業(yè)提出要實(shí)施網(wǎng) 絡(luò)化，對這一點(diǎn)， PLC 從業(yè)人員應(yīng)有清醒的認(rèn)識(shí)，應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)化的開放性、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)問題，向下連是現(xiàn)場總線問題，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

15、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、與立體倉庫、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