簡述PLC的創新之路

摘 要:PLC是當今工業自動化控制領域中的中流砥柱，扮演著無法替代的角色。本文通過對以PLC為核心構建的現場總線控制系統的介紹和運動控制的介紹，揭示了創新和發展對于PLC產業的重要性。

關鍵詞:PLC 現場總線 以太網 運動控制

中圖分類號:TH311文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(b)-0021-02

PLC(Programmable Logic Controller) 即可編程序邏輯控制器。它是區別于PC的一種專門為在工業環境下應用而設計的電子系統。一直以來，PLC始終處于工業自動化控制領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用。但是，隨著工業PC的蓬勃發展，PLC的市場份額勢必會逐漸縮小。創新和發展是PLC產業的惟一出路。

1 網絡化

眾所周知，PC的最大優勢在于它的網絡功能，它可以在全球的任何一個角落實現實時通信。而早期的PLC不具備這種功能，它只能孤零零的控制一臺設備，工程師們要想得到其運行參數以及設備本身的運行狀態，不得不千里迢迢的來到設備本體旁邊，通過PLC廠家特制的編程器與PLC近距離取得連接，從而獲得需要的參數。這是一種人力以及時間上的浪費。在各個企業大力推行精益生產(Lean)的今天，這種浪費是不能被接受的。因此，PLC的網絡化是發展的必然。

隨著網絡技術在全世界范圍內的飛速發展，現場總線控制技術也在20世紀90年代應運而生了。現場總線技術是一種用于各種現場自動化設備與其控制系統以及上位機的網絡通信技術，它能夠把現場自動化設備的實時運行參數及設備狀態通過各種智能檢測儀表與基于計算機的控制系統(如:SQL數據庫)實現數據的同步傳輸。圖1是一個典型的現場總線控制系統。

上位機位于中央控制室內(即企業層)，控制系統將控制要求通過網絡下載到現場集中設置的PLC以及人機界面(HMI)(即控制層)中，此二者進一步控制設置在現場自動化設備旁邊(即設備層)的變頻器、伺服控制器及工業機器人驅動器。從而由變頻器、伺服控制器及工業機器人驅動器再向下控制設備上的具體執行元件(如:電機、氣缸、工業機器人等)。那么這些執行元件具體執行的效果如何，則要通過設置在自動化設備上的各種傳感器，經由變送器及網絡反饋到上位機內，上位機再通過分析反饋的數據進而實時更改控制要求，從而形成一個完整的閉環控制體系。

這種基于網絡的現場總線控制方式優點眾多。其一，節約時間。工程師們可以通過中央控制室內的上位機對現場的自動化設備進行控制和監控其運行狀態，節約了到每一臺設備旁邊的時間。如果設備出現故障，也可以通過上位機第一時間發現，并及時搶修，同樣節省了時間，提高了產量。其二，節約成本。設備層面的網絡可以幫助使用者減少硬件接線，節約了安裝費用，同時也節約了安裝時間。其三，數據傳輸的實時性。控制層網絡可以提供確定的、可重復性的實時I/O傳輸性能，能夠支持編程操作、對等通信報文傳輸和數據采集功能，涵蓋了從原料到成品的整個生產過程，這有利于生產出高質量的產品。

當今，眾多自動化產品制造廠商都擁有了屬于自己的現場總線技術網絡。比如:Rockwell自動化公司的ControlNET。ControlNET的規范和協議是完全開放的，這就意味著使用者無需購買任何專有的硬件、軟件或許可證，就能輕松的將設備連接到該系統。ControlNET的基礎是生產者/消費者模式(Producer/Consumer Model)。生產者/消費者模式允許網絡中的所有節點同時獲取來自同一數據源的數據，數據同時到達每一個節點，因此具備精確的同步性。

在當前經濟全球化的大勢之下，越來越多的大公司積極在海外投資建廠，這些公司的管理層急需要在不走出國門的情況下就能順利的監管每一臺運行在海外各個工廠底層的自動化設備。為了這個目的，Ethernet/IP(以太網)標準在互聯網被廣泛應用的前提下應運而生了。為了將Ethernet技術應用到工廠底層的現場過程控制設備中去，ODVA協會為此建立了一套全球性標準技術規范，即Ethernet/IP標準。靠近Ethernet的目的在于通過Internet可以連接到世界上的任何地方。Ethernet要求為每一臺設備分配一個固定的IP地址，遠在他鄉的工程師們通過這個固定的IP地址可以輕松實現從現場控制到監控、管理、決策等各層次的信息交換和集成。比如:某公司遠在德國總部的專家可以通過Ethernet對該公司中國工廠的某一臺自動化設備進行遠程診斷、維護和服務。

圖2揭示了Ethernet(以太網)的基本連接方法。由圖可以看出，遠程PC可以很輕易的通過Internet訪問到Ethernet網絡鏈路中的任何一臺設備。目前世界上大多數自動化方案解決廠商的產品中都帶有Ethernet接口或有專門的Ethernet模塊，這為自動控制全球化提供了可能。

2 運動控制

運動控制，顧名思義就是控制可以運動的執行元件，如電機。早期的運動控制就是用PLC的開關量I/O直接連接執行元件(電機)和位置傳感器，通過位置傳感器來感應執行機構的當前位置，再由I/O來控制執行機構的動作與否，這樣運動精度沒有保障。

隨著伺服電機鋪天蓋地的使用，運動及控制精度大大提高。如圖1所示，控制伺服電機要使用伺服驅動器，而伺服驅動器的程序也需要人來編寫。這就要求程序編寫者購買能夠對伺服驅動器編程的硬件和軟件同時要求用戶購買伺服驅動器，安裝成本大大增加，復雜程度也大大增加。而PLC在其中能做的只是給伺服驅動器啟動和停止的指令，然后接收伺服驅動器執行完畢的數字量反饋。

為了消除這一弊端，現在各大PLC生產廠家都研制出專用的運動控制模塊(如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊)并已廣泛使用，這就削弱了對伺服驅動器的依賴，降低了安裝成本。如:三菱公司的Q-motion CPU，它就是三菱Q系列PLC中專門負責運動控制的模塊。

但是，目前這些PLC生產廠家的運動控制模塊都有自己的編程語言及指令，有的比較繁瑣。在統一和簡化編程指令上尚需努力。

3 結語

PLC是當今自動控制領域當中的核心，是科學技術發展的結晶。面對激烈的市場競爭，各個PLC生產廠商必須努力發展新技術、新產品，使未來的PLC更能滿足工業自動化控制發展的需要。

參考文獻

[1]劉衛平，王明泉.PLC的發展及應用前景.機械管理開發.2009(10).

[2]陳潔.PLC基礎及應用.蘇州大學出版社.2006.