淺析PLC的發(fā)展現(xiàn)狀

江少云

引言：PLC在電氣自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)控制方面運(yùn)用比較廣泛，其控制過(guò)程可以通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，PLC未來(lái)發(fā)展前景比較廣闊，本文就PLC目前發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了論述。

一、PLC的來(lái)源

在制造工業(yè)（以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征）和過(guò)程工業(yè)（以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征）中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車(chē)）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，使得電氣控制功能實(shí)現(xiàn)的程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫Programmable Controller（PC）。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)生，PC的功能越來(lái)越強(qiáng)大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴(kuò)展。

上世紀(jì)80年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)，也簡(jiǎn)稱(chēng)為PC，為了方便，也為了反映或可編程控制器的功能特點(diǎn)，美國(guó)A-B公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器Programmable Logic Controller（PLC），并將“PLC”作為其產(chǎn)品的注冊(cè)商標(biāo)?，F(xiàn)在，仍常常將“PLC”簡(jiǎn)稱(chēng)PC。

上世紀(jì)80年代至90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30%～40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

近年，工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)（IPC）和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FCS）發(fā)展迅速，擠占了一部分PLC市場(chǎng)，PLC增長(zhǎng)速度出現(xiàn)漸緩的趨勢(shì)，但其在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。

目前，世界上有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)。

二、典型的PLC產(chǎn)品

國(guó)外

施耐德公司， Quantum、Premium、Momentum等；

羅克韋爾（A-B公司），SLC、MicroLogix、Control Logix等；

西門(mén)子公司， SIMATIC S7-400/300/200系列；

GE公司，日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。

國(guó)內(nèi)

PLC生產(chǎn)廠約30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)。

三、PLC在我國(guó)的應(yīng)用

雖然我國(guó)在PLC生產(chǎn)方面非常弱，但在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(xiāo)售額30億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。

在我國(guó)，一般按I/O點(diǎn)數(shù)將PLC分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國(guó)外分類(lèi)有些區(qū)別）：

微型： 32 I/O

小型： 256 I/O

中型：1024 I/O

大型：4096 I/O

巨型：8192 I/O

在我國(guó)應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中，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)占整個(gè)PLC銷(xiāo)售額的78%。

在我國(guó)應(yīng)用的PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)八國(guó)聯(lián)軍的態(tài)勢(shì)，但從行業(yè)上分，有各自的勢(shì)力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美PLC居多，小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動(dòng)化及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC居多。歐美PLC在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢(shì)，而日本PLC在靈活性和價(jià)位方面占優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)的PLC供應(yīng)渠道，主要有制造商、分銷(xiāo)商（代理商）、系統(tǒng)集成商、OEM用戶、最終用戶。其中，大部分PLC是通過(guò)分銷(xiāo)商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶的。

四、PLC發(fā)展的重點(diǎn)

（一）人機(jī)界面更加友好

PLC制造商紛紛通過(guò)收購(gòu)或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時(shí)，為用戶的開(kāi)發(fā)和維護(hù)降低了成本，使更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC+網(wǎng)絡(luò)+IPC+CRT的模式被廣泛應(yīng)用。

（二）網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng)

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)上，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)總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。如羅克韋爾A-B公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西門(mén)子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)等。

（三）開(kāi)放性和互操作性大大發(fā)展

PLC在發(fā)展過(guò)程中，各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng)，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這給用戶使用帶來(lái)不便，并增加了維護(hù)成本。開(kāi)放是發(fā)展的趨勢(shì)，這已被各廠商所認(rèn)識(shí)，形成了長(zhǎng)時(shí)期妥協(xié)與競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程，并且這一過(guò)程還在繼續(xù)。開(kāi)放的進(jìn)程，可以從以下方面反映：

1）IEC形成了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)包含8種標(biāo)準(zhǔn)，雖然有人說(shuō)，多種標(biāo)準(zhǔn)就是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，但必竟是一個(gè)經(jīng)過(guò)困難的爭(zhēng)論與妥協(xié)的成果。標(biāo)準(zhǔn)推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)，或者開(kāi)發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。

2）IEC制訂了基于Windows的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3，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。雖然PLC開(kāi)發(fā)上各工具仍不兼容，但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應(yīng)用過(guò)程中，可以較方便地適不同品牌的產(chǎn)品。

3）OPC基金會(huì)推出了OPC（OLE for Process Control）標(biāo)準(zhǔn)，這進(jìn)一步增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，通過(guò)OPC一致性測(cè)試的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)方便的和無(wú)縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù)PLC軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其它設(shè)備具有了OPC功能。OPC與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的結(jié)合，是未來(lái)控制系統(tǒng)向FCS技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

五、PLC的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。

PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來(lái)越應(yīng)用于過(guò)程控制方面，有人統(tǒng)計(jì)，除石化過(guò)程等個(gè)別領(lǐng)域，PLC均有成功能應(yīng)用，PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS，從而使原來(lái)PLC（順序控制）+DCS（過(guò)程控制）的模式變成PLC+IPC模式。

參考文獻(xiàn)

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[2]王兆義.小型可編程序控制器實(shí)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.9.

（作者單位：西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院）