嵌入式PLC在控制領域的應用研究

張坤平+李艷

摘 要：隨著我國經濟的快速發展與科技的進步，各種工業生產對控制系統的要求越來越高，工業電氣自動化已經發展到了一個全新的階段，傳統PLC產品已經無法適應這種變化，設計一種新型的PLC，既具有常規PLC的可靠性、實時性，又具有軟PLC的開放性以及強大的功能，是當今面臨的課題。

關鍵詞：PC機；軟PLC技術；嵌入式PLC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.197

0 引言

可編程控制器（PLC）因其編程簡單、可靠性高、適應性強等特點，得到了極其廣泛的應用。但隨著技術的發展，其局限性也凸現：如兼容性差、計算能力不強等。因此使用PC機作為硬件支撐平臺、利用軟件實現標準PLC的基本功能的軟PLC技術應運而生；軟PLC提供了PLC的相同功能，并且具有開放的體系結構、豐富的指令集和控制模塊、更強的數據處理能力和強大的網絡通訊能力。

1 傳統PLC的發展應用

工業控制領域隨著現代計算機技術的不斷發展，進而也得到了長足的發展，其中作為新型的工業自動化控制裝置PLC，發展尤為迅速。目前，在工業自動化控制領域應用廣泛的比較成熟的PLC，作為專門為工業環境下應用而設計的一款專用計算機，靠其自身可靠性高、抗干擾能力強，體積小，能耗低等眾多優點逐漸取代了傳統的繼電器控制系統。

然而，由于不同的廠商生產的PLC編程語言不盡相同，這就造成了用戶在編寫復雜的程序時需要掌握多種編程語言，給使用者帶來了一定的難度。另外，對于一些特殊功能控制，比如PID控制、網絡通信、高速計數器、數據記錄、位置控制和文本顯示器等編程也會給用戶在進行程序設計時造成困難，原因之一就是這些程序大多與中斷有關，其二就是用戶需要非常熟悉特殊存儲器的意義，進而對他們賦值，要實現對應的功能，就要在運行時訪問他們，因此編程的過程繁瑣，容易出錯。以上兩點阻礙了PLC的進一步推廣應用。

在目前環境下開發通用PLC的技術不難突破，但搶占市場需要大量財力和人力資源投入。在市場已被為數不多的幾家大公司穩固瓜分的今天，走這樣的路線似乎事倍功半。我國小型PLC近年來也有可喜進步的實踐，也同樣證明了這一判斷。

2 嵌入式PLC的出現

近年來，又出現了一種新的控制器設計思路。在IPC中嵌入PLC功能，我們稱為基于PC-BASE的嵌入式PLC；另外一種就是基于ALL-ON-ONE的嵌入式PLC（片級嵌入PLC），也就是在我們所熟悉的單片機中嵌入PLC的功能。因此，這種嵌入式PLC既結合了IPC和單片機提供的差異化，個性化的設計方法，又同時保留了通用PLC硬件管理和工藝控制分離的優勢。我們稱之為是面向IPC（工控機）和單片機系統開發的嵌入式PLC。

由于嵌入式PLC既繼承了嵌入式系統的好處，又有軟PLC技術的優點。因此，它與傳統PLC相比，優點更多。具體體現在以下幾個方面。首先，對于各種各樣的控制系統，用戶可以根據需要自由選擇硬件平臺構建，也就是它具有較開放的硬件體系結構。其次，對于多樣化的工業控制模式，嵌入式PLC有更加豐富的指令集，方便用戶編寫程序。第三，嵌入式PLC與通用PLC相比，性價比更高，原因在于嵌入式芯片技術的飛速發展。第四個優點就是

嵌入式PLC系統具有較為開放的架構與標準，產品可同時加入到PLC網絡和標準的計算機網絡中.這是現有計算機網絡的很多研究的成果可以很容易的應用于PLC控制技術中。最后，嵌入式PLC技術是基于IEC61131-3語言標準，所以程序開發較為方便，利于復用，能夠縮短產品研發周期，調試與維護也比較方便。總而言之，嵌入式系統與軟PLC技術的完美結合就是嵌入式PLC技術的發展。

3 嵌入式PLC未來的發展空間

嵌入式PLC的發展空間還是很大的。這是根據在《Control Design》雜志中調查發現，美國機械行業有2/3用戶使用傳統PLC，有13%使用PAC和PC控制，而使用嵌入式PLC的僅占5%。

國內外嵌入式PLC的發展也呈現多元化的發展趨勢。將現場總線技術和PLC技術結合起來的netPLC是一大特色之一，是由德國赫優訊推出的。在國內嵌入式PLC的發展中，早在幾年前在EASYCORE1.00核心芯片組中加載了嵌入式PLC系統軟件，有它來作為硬件平臺，開發出多模入通道的嵌入式PLC，是由華中科技大學研發的；另外一種是專為機電設備開發的客制化、具有ODM性質的專用PLC，即利用CASE工具，結合各類嵌入式芯片的開發平臺和各種輸入/輸出通道的硬件電路庫而開發的，這一種是以開發PLC與人機界面相結合的硬件/軟件一體化為目標的平臺。

我國自動化行業發展的兩大特點：第一，機電設備配套的市場基礎雄厚；其二，設計開發隊伍足夠，性價比全球最優。這就決定了嵌入式PLC在我國的發展空間很大，我們完全可以以最低的成本、較高的質量，并按客制化的要求設計、生產為機電設備配套的嵌入式PLC，來代替通用PLC。

同時，嵌入式PLC的硬件、軟件、人機界面、通信全基于嵌入式系統的技術基礎，拿來就可用。SOC芯片、嵌入式操作系統與符合工IEC61131-3編程語言標準的編程環境等優勢，使得其在市場上很容易找到。

4 結語

嵌入式PLC已經被列入中國的國情研究項目的結果，并分為“一般PLC可編程控制器（PLC）”、PLC芯片組、嵌入式PLC三大系列，由于其巨大的社會和經濟價值，嵌入式的可編程控制器（PLC）將作為國家的一項研究計劃。到目前為止，基于嵌入式軟件平臺的可編程控制器（PLC）產品，已經成功地應用于電力系統、機器人等。隨著科學技術的普及和未來的需求，嵌入式PLC技術將得到進一步提高，而將為嵌入式PLC的信息革命創造更多的價值。

參考文獻：

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