PLC的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1、摘要：本文論述了在工業(yè)控制領(lǐng)域占主要地位的工業(yè)可編程序控制器(PLC)的發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)單介紹了國(guó)際、國(guó)內(nèi)PLC的主要廠家及產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：工業(yè)可編程序控制器、發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱工控機(jī))是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，目前已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工控機(jī)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的最佳配套產(chǎn)品，而工業(yè)可編程序控制器(PLC)則在工控領(lǐng)域中占有主要的地位。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采

2、用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。從結(jié)構(gòu)上，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。一、我國(guó)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展20世紀(jì)40年代末50年代初，我國(guó)的流程工業(yè)規(guī)模很小，設(shè)備陳舊，必要的調(diào)節(jié)主

3、要靠最簡(jiǎn)單的測(cè)量?jī)x表由人工操作運(yùn)行。50年代末60年代初，我國(guó)研制生產(chǎn)的傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等，基本上能顯示過程狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)意圖，最終命令執(zhí)行器完成對(duì)工藝流程的調(diào)節(jié)要求。70年代初，我國(guó)自行研制的工控機(jī)開始應(yīng)用于工業(yè)過程控制，它部分地取代了原來控制室內(nèi)的儀表。但由于受當(dāng)時(shí)電子器件性能的限制，工控機(jī)本身的可靠性遠(yuǎn)不如現(xiàn)在，工控機(jī)帶來的控制集中引起“危險(xiǎn)”集中。70年代末，分散型控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)入工控領(lǐng)域，解決了“危險(xiǎn)”集中的問題，還解決了一些復(fù)雜的控制。DCS可建立通信網(wǎng)絡(luò)，為大工廠生產(chǎn)帶來許多方便，但其價(jià)格一直居高不下。80年代初，適應(yīng)性較強(qiáng)的總線型工控機(jī)(STD)應(yīng)運(yùn)而生，S

4、TD總線技術(shù)的推廣和應(yīng)用，使工控機(jī)的功能更加強(qiáng)化。二、工業(yè)可編程序控制器(PLC)發(fā)展趨勢(shì)PLC作為工控機(jī)的一員，在主要工業(yè)國(guó)家中成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機(jī)市場(chǎng)份額的50%，PLC將在工控機(jī)市場(chǎng)中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢(shì)頭。PLC在60年代末引入我國(guó)時(shí)，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調(diào)節(jié)功能，它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)

5、域，廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進(jìn)產(chǎn)品，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：1.微型、小型PLC功能明顯增強(qiáng)很多有名的PLC廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的PLC。三菱的FXOS14點(diǎn)(8個(gè)24VDC輸入，6個(gè)繼電器輸出)，其尺寸僅為58mm89mm，僅大于信用卡幾個(gè)毫米，而功能卻有所增強(qiáng)，使PLC的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到遠(yuǎn)離工業(yè)控制的其它行業(yè)，如快餐廳、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等，甚至引入家庭住宅、娛樂場(chǎng)所和商業(yè)部門。2.集成化發(fā)展趨勢(shì)增強(qiáng)由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使PLC向集成化方向發(fā)展，PLC與PC集成、PLC與D

6、CS集成、PLC與PID集成等，并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化，尤其是以PC為基的控制產(chǎn)品增長(zhǎng)率最快。PLC與PC集成，即將計(jì)算機(jī)、PLC及操作人員的人機(jī)接口結(jié)合在一起，使PLC能利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，而計(jì)算機(jī)能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以PC機(jī)為基的控制容易編程和維護(hù)用戶的利益，開放的體系結(jié)構(gòu)提供靈活性，最終降低成本和提高生產(chǎn)率。 3.向開放性轉(zhuǎn)變PLC曾存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的，絕大多數(shù)的PLC是專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，編程雖多為梯形圖，但各公司的組態(tài)、尋址、語文結(jié)構(gòu)不一致，使各種PLC互不兼容。國(guó)際電工協(xié)會(huì)(IEC)在1992年頒布了IEC1

7、131-3可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)，為各PLC廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路?，F(xiàn)在開發(fā)以PC為基、在WINDOWS平臺(tái)下，符合IEC1131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC正在規(guī)劃中。三、PLC主要廠家及產(chǎn)品介紹在全球PLC制造商中，根據(jù)美國(guó)Automation Research Corp(ARC)調(diào)查，世界PLC領(lǐng)導(dǎo)廠家的五霸分別為Siemens(西門子)公司、Allen-Bradley(A-B)公司、Schneider(施耐德)公司、Mitsubishi(三菱)公司、Omrom(歐姆龍)公司，他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。從西門子公司的SIMATIC S7-400的性能可

8、對(duì)PLC窺見一斑：SIMATIC S7-400是匣式封裝模塊，可卡在導(dǎo)軌上安裝，由I/O總線和通信總線建立電氣連接，模塊可在工作或加電時(shí)替換或插、拔，可快速安裝維護(hù)，修改方便，其主要性能為：CPU存儲(chǔ)器容量64K字節(jié)，可擴(kuò)展到1.6M字節(jié)；位和字處理速度80ns至200ns；最高系統(tǒng)計(jì)算能力可以有4個(gè)CPU同時(shí)計(jì)算；一個(gè)中央框(CR)可擴(kuò)展直到21個(gè)擴(kuò)展框；每個(gè)CPU上多點(diǎn)接口(MPI)能力，如可同時(shí)連接文字顯示或操作員以及編程器件；CPU上的SINEC-L2-DP附加有分散I/O的集成性能；提供與計(jì)算機(jī)和其它Siemens產(chǎn)品或系統(tǒng)的連接接口；高可靠性,完善的自診斷和清除故障功能。我國(guó)的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型PLC已批量生產(chǎn)；中型PLC已有產(chǎn)品；大型PLC已開始研制。國(guó)內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率不超過10%，主要生產(chǎn)單位有：蘇州電子計(jì)算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動(dòng)化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所和江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司等。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在價(jià)格上占有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)界面技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)日新月異，各種產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。PLC也由最初的