淺談ＰＬＣ在工業控制系統的發展特點

[摘要] 可編程序控制器是在繼電器控制的基礎上產生的一種新型的工業控制裝置。它是將微型計算機、自動化技術及通信技術融為一體，應用到工業控制領域的一種高可靠控制器。隨著現代社會生產的發展和技術進步，現代工業生產自動化水平的日益提高及微電子技術的飛速發展，可編程序控制器已成為當代工業生產自動化的重要支柱。本文詳細地闡述PLC的興起、在工業自動控制中的地位、現狀及其發展特點。

[關鍵詞] 可編程序控制器 工業控制系統 發展

一﹑前言

工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業控制自動化技術作為現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。在工業控制自動化領域，PLC是一種重要的控制設備，它代表著當前程序控制的先進水平，PLC裝置已成為自動化系統的基本裝置。作為邏輯控制的控制器，它以其高可靠性，邏輯功能強大、體積小，可在線修改程序，易于與計算機接口，能對模擬量進行控制等特點已廣泛應用于各種工業生產的自動化控制領域。

目前，無論是從國外引進的自動化生產線，還是自行生產設計的自動控制系統；無論是新建工程項目，還是舊設備的技術改造，都可以看到PLC的身影。作為通用工業控制計算機，30多年來，PLC從無到有，實現了工業控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。可編程控制器已成為工業控制領域的主流控制設備。

二﹑工業控制和PLC的興起

機械和過程控制中的工業自動化起源于20世紀20年代的氣動控制器，這類設備使用壓縮空氣工作，靈活、經濟而且安全。雖然氣動系統在速度和運動方面提供了很大的靈活性且具有可靠性強和維護成本低的特點，但在20世紀60年代開始被離散的固態控制器所取代。然而，伴隨著微處理器的到來，真正的自動化和工業控制發展的巨大飛躍發生在20世紀70年代，即可編程控制器的誕生。

1969年，美國數字設備公司(DEC)根據GM公司的要求成功研制出了世界上第一臺可編程控制器，并在GM公司汽車上首次應用成功。它是將繼電接觸控制系統的優點與計算機功能完善、靈活性強、通用性好的優點結合起來，并將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉變成為計算機的軟件邏輯編程的設想變為現實。PLC首先在汽車生產流水線上大量應用，20世紀80年代 PLC走向成熟，全面采用微電子及微處理器技術并大量推廣應用，奠定了其在工業控制中不可動搖地位的地位。20世紀90年代隨著工控編程語言的正式頒布，使PLC在技術上取得新的突破。目前，在機械和過程控制中，盡管嵌入在控制設備中的微處理控制器得到了大量的應用，但是主宰工業自動化的依然是PLC。PLC系統具有專用I/O、可靠的硬件、掃描處理和邏輯梯形圖，這使它成為工業控制成功的首要選擇。

工業控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎自動化和過程自動化。傳統的自動化系統，基礎自動化部分基本被PLC和DCS (Distributed Control System分散控制系統)所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成，其硬件、系統軟件和應用軟件的價格昂貴。PLC以其靈活性、使用方便、適應面廣、可靠性高、運行速度高、抗干擾能力強、編程簡單等特點，始終在工業自動化控制特別是順序控制中占有重要的地位。

三﹑PLC技術發展的特點

PLC在工業控制自動化領域的廣泛應用，為各種各樣的自動化控制設備提供非常可靠的控制方案，與DCS和工業PC形成了三足鼎立之勢。為了滿足工業控制的要求，PLC不斷改進并完善自身的功能，主要體現在以下幾方面:

1.系統開放性

早期的PLC缺點之一就是它的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的，如專用總線、通信網絡及協議、I/O模塊更互不通用，幾乎各公司的PLC均互不兼容。目前，PLC在開放性方面已有實質性突破，不少大型PLC廠商在PLC系統結構上采用了各種工業標準，如IEC61131、IEEE802.3以太網、TCP/IP等。

為了使PLC更具開放性和執行多任務，在一個PLC系統中同時裝幾個CPU模塊，每個CPU模塊都執行某一種任務。例如三菱公司的小Q系列PLC可以在一個機架上插4個CPU模塊，這些CPU模塊可以進行專門的邏輯控制、順序控制、運動控制和過程控制。

軟PLC是在PC機的平臺上，在Windows操作環境下，用軟件來實現PLC的功能。軟PLC綜合了計算機和PLC的開關量控制、模擬量控制、數學運算、數值處理、網絡通信等功能，通過一個多任務控制內核，提供強大的指令集、快速而準確的掃描周期，可靠的操作和可連接各種I/O系統及網絡的開放式結構， 使PLC系統更具開放性。

2.PLC與Internet的互聯通信

目前，小型PLC都有通信接口，中、大型PLC都有專門的通信模塊。隨著計算機網絡技術的飛速發展，PLC的通信聯網功能使其與PC和其它智能控制設備很方便地交換信息，實現分散控制和集中管理，通過PLC與PC更好地融合，來改善被控過程的生產性能。現在，PLC朝著網絡化發展，一方面，PLC網絡系統已經不再是自成體系的封閉系統，而是迅速向開放式系統發展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC網絡系統，在完成設備控制任務的同時，還可以與上位計算機管理系統聯網，實現信息交流，成為整個信息管理系統的一部分；另一方面，現場總線技術得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現場的智能化設備，比如智能化儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅動執行機構等，通過一根傳輸介質(比如雙絞線，同軸電纜，光纜)連接起來，并按照同一通信規約互相傳輸信息，由此構成一個現場工業控制網絡。

3.微型化，運算速度高速化

PLC小型化的優勢是節省空間、降低成本、安裝靈活。近幾年，很多PLC廠商推出了超小型PLC，用于單機自動化或組成分布式控制系統。運算速度高速化是PLC技術發展的重要特點，PLC已不再是早期那種只能進行開關量邏輯運算的產品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數運算，PID（比例、積分、微分控制）調節，溫度控制，精確定位，步進驅動，報表統計等。從這種意義上說，PLC系統與DCS(集散控制系統)的差別已經越來越小了。用PLC同樣可以構成一個過程控制系統。

4.替代嵌入式控制器

據相關調查報告顯示，現在對于低端PLC市場的爭奪仍在繼續進行，這也進一步促進了PLC的發展。隨著微型和超微型PLC技術的發展和數量的增長，它們已經開始進入到新的應用領域。例如，微型PLC已經開始替代嵌入式控制器的工作內容。像Omron公司已經察覺到這一技術發展的新動向，并逐漸計劃將其產品應用于商業器具、飲料分發設備等。這些行業之所以正在應用微型PLC，正是由于它具有卓越的靈活性、市場開發周期短、適應性強、競爭性的價格等一系列優點所致。

四﹑結束語

PLC要在工業控制自動化中占有一席之地，就必須不斷融入新技術、新方法，推陳出新。新一代PLC將能夠更加滿足各種工業自動化控制應用的需要。從發展趨勢看，PLC控制技術將成為今后工業自動化的主要手段，在未來的工業化生產中，PLC技術、機器人技術、CAD/CAM和數控技術將成為實現工業生產自動化的四大支柱技術。

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