从PLC的发展趋势看未来工业控制

PLC诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成功各自的PLC，受到工业界的欢迎。20世纪70年代末和80年代初，PLC已成为工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。由最初的1位机发展为8位机，随着微处理器（CPU）和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。现在的PLC产品已使用了16位、32位高性能微处理器，不仅控制功能增强，功耗、体积减小，可靠性提高，而且远程I/O和通信网络、数据处理以及人机界面（HMI）也有了长足的发展。如今，可编程序控制器技术已非常成熟。

目前，世界上有200多个厂家生产可编程序控制器产品，比较著名的厂家有美国的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON），日本的三菱（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工，德国的西门子（SIEMENS），法国的TE、施耐德（SCHNEIDER），韩国的三星（SAMSUNG）、LG等（其中MODICON和TE已归到SCHNEIDER旗下）。

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面：

1.向小型化、专业化、低成本方向发展

20世纪80年代初，小型PLC在价格上还高于小系统用的继电器控制装置。随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，操作使用十分简便，功能不断增加。将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上，如模拟量处理、数据通信和复杂的功能指令等，但价格不断下降，真正成为现代电气控制系统中不可替代的控制装置。

2.向大容量，高速度方向发展

随着自动化水平的不断提高，对中、大型机处理数据的速度要求也越来越高，在三菱公司的32位微处理器M887788中，在一块芯片上实现了PLC的全部功能，它将扫描时间缩短为每条基本指令0.15μs。OMRON公司的CV系列，每条基本指令的扫描时间为0.125μs。SIEMENS公司的TI555采用了多微处理器，每条基本指令的扫描时间为0.068μs。大型PLC采用多微处理器系统，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。

3.智能型I/O模块的发展

智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。它们本身就是一个小的微型计算机系统。智能I/O模块主要有模拟量I/O、高速计数输入、中断输入、机械运动输入、热电偶输入、热电阻输入、条形码阅读器、多路BCD码输入/输出、模糊控制器、PID回路控制和各种通信模块等。

4.基于PC的编程软件取代编程器

随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机（PC）的编程软件。编程软件可以对PLC控制系统的硬件进行组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通信接口的参数等。在屏幕上可以直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译下载到PLC，也可以将用户程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络或Modem上网卡，还可以实现远程操作。(www.xing528.com)

编程软件的调试和监控功能远远超过手持式编程器，例如在调试时可以设置执行用户程序的扫描次数，有的编程软件可以在调试程序时设置断点，有的具有跟踪功能，用户可以周期性地选择保存若干编程元件的历史数据，还可以将数据上传后存为文件。

在PC上用编程软件编完程序后，要用专用电缆把PC与PLC连接起来，第一项需做的工作就是建立通信，也就是相互认识一下，在PLC运行过程中可以在梯形图中显示触点的通断和线圈的状态，查找复杂电路的故障非常方便。

5.PLC编程语言的标准化与通信的易用化

与个人计算机相比，PLC硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用。PLC的编程语言和指令系统的功能和表达方式也不一致，因此各厂家的可编程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC（国际电工委员会）制定了可编程序控制器的编程语言标准。标准中除了提供几种编程语言供用户选择外，还允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使得编程者能够选择不同的语言来适应特殊的工作。目前已有越来越多的工控产品厂商推出了符合标准的PLC指令系统或在PC（个人计算机）上运行的软件包（软件PLC）。

PLC的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中管理。通过双绞线、同轴电缆或光纤联网，信息可以传送到几十千米远的地方，通过Modem和互联网可以与世界上其他地方的计算机装置通信。

为了尽量减少用户在通信编程方面的负担，PLC厂商做了大量的工作，使设备之间的通信自动地、周期性地进行，不需要用户为通信编程，用户的工作只是在组成系统时做一些硬件或软件上的初始化设置。

6.PLC与现场总线相结合

IEC对现场总线（Field Bus）的定义是：“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线”。它是当前工业自动化的热点之一。现场总线以开放的、独立的、全数字化的双向多变量通信代替0～10mA或4～20mA的现场电动仪表信号。现场总线I/O集检测、数据处理、通信于一体，可以代替变送器、调节器、记录仪等模拟仪表，它不需要框架、机柜，可以直接安装在现场导轨槽上。现场总线I/O的接线极为简单，只需一根电缆，从主机开始，沿数据链从一个现场总线I/O连接到下一个现场总线I/O。使用现场总线后，自动控制系统的配线、安装、调试和维护等方面的费用可以节约2/3左右，现场总线I/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS。

使用现场总线后，操作员可以在中央控制室实现远程监控，对现场设备进行参数调整，还可以通过现场设备的自诊断功能预测故障和寻找故障点。