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(guó)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(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)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(chēng) 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(chēng)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(chǎng)情況1968 年美國(guó) GM （通用汽車(chē)）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年 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

3、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)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)，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

4、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(chē)（ 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(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

5、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(xiāo)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 、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(mén)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(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 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)

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(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，有的也改用 16 位32 位 CPU 。由于 I/O 64 點(diǎn) 以下 PLC 銷(xiāo)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(xiāo)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(hù)開(kāi)發(fā)，便于用戶(hù)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(xiāo)商（代理商）、 系統(tǒng)集成商、最終用戶(hù)帶來(lái)很多方便，為營(yíng)

9、銷(xiāo)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(hù)等完成類(lèi)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(chēng)為指令系統(tǒng)，固化在存 貯器 ROM 中，用戶(hù)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(lèi)，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(lèi)似匯編語(yǔ)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(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(hù)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(lèi)編程語(yǔ)言中均可使用。 IEC 技術(shù)委員會(huì)

12、（ 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(chēng)組態(tài)軟件）及軟件接口（或稱(chēng)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

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(lái)數(shù)據(jù)通訊技術(shù) 發(fā)展很快，用戶(hù)對(duì)開(kāi)放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)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(mén)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(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(chē)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(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(hù)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(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(chē)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?？傊?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