PLC未來發(fā)展趨勢―――開放的多功能一體化控制器 

一、前言
    在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域主要分為PLC，工控機(jī)和嵌入式控制，而PLC自1968年誕生以后以驚人的速度成為了這一領(lǐng)域的主導(dǎo)者，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術(shù)來面對*逐漸縮小所帶來的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開放性和價(jià)格。
    PLC技術(shù)發(fā)展的最終趨勢仍然是人們所爭論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會繼續(xù)失去*；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的*。
   
    二、PLC*將會繼續(xù)擴(kuò)大
    就我個(gè)人來看，PLC*不但不會減少，反而將會增加。許多年前開始，就有人預(yù)言，PLC將要被PC-BASED控制系統(tǒng)取代。但是，PLC的銷售每年都在以一個(gè)十分穩(wěn)定的增長率在上升，目前的PLC已經(jīng)與十年前的PLC有著很大的區(qū)別，十年后的PLC與當(dāng)前的PLC也將有著很大的不同。但是，有兩個(gè)方面是不變的：首先，PLC會提供穩(wěn)定的控制響應(yīng)，第二，高度的可靠性。PLC有著其它控制產(chǎn)品，如工控機(jī)，DCS，單片機(jī)等控制產(chǎn)品，所無法替代的特性。
    1，可靠性
   
    可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。可編程控制器的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：
    a)可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單，維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高；
   
    b)擴(kuò)展的靈活性：PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模故障診斷，報(bào)警和運(yùn)行信息顯示和信息保護(hù)及恢復(fù)等，
    c)可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高；
    d)可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的工業(yè)級元件，采用*的電子加工工藝（SMT）制造，對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設(shè)計(jì)等。
    2，易操作性
    a)操作方便：對PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作?，F(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號、繼電器編號或接點(diǎn)號等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ遥缓罂梢栽诰€或離線更改；
    b)編程方面：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點(diǎn)。
    c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設(shè)定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，降低了MTTR。
    3，靈活性
    a)編程的靈活性：PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。
    其實(shí)PLC自誕生以來也是在不斷發(fā)展改進(jìn)創(chuàng)新的。不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能，
    c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。
    4，機(jī)電一體化
    為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動化三大支柱（PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。
    可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。
    由以上特點(diǎn)不難看出，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域，不僅不會逐漸推出，而且會不斷擴(kuò)大他的*。表面上看工控機(jī)的出現(xiàn)給PLC帶來了一定程度的沖擊，但如果我們仔細(xì)分析一下可以看到，工控機(jī)在某種程度上其實(shí)幫助了PLC的發(fā)展，因?yàn)镻LC的可靠性高，易操作，但對與操作員站的一些功能，如曲線處理，數(shù)據(jù)記錄等功能，遠(yuǎn)不及工控機(jī)，而工控機(jī)的致命缺陷是可靠性差。所以目前來看工控機(jī)與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)。工控機(jī)的出現(xiàn)推動了PLC的發(fā)展。
    三、PLC發(fā)展的方向
    的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能，
    c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。
    4，機(jī)電一體化
    為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動化三大支柱（PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。
    可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。
    由以上特點(diǎn)不難看出，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域，不僅不會逐漸推出，而且會不斷擴(kuò)大他的*。表面上看工控機(jī)的出現(xiàn)給PLC帶來了一定程度的沖擊，但如果我們仔細(xì)分析一下可以看到，工控機(jī)在某種程度上其實(shí)幫助了PLC的發(fā)展，因?yàn)镻LC的可靠性高，易操作，但對與操作員站的一些功能，如曲線處理，數(shù)據(jù)記錄等功能，遠(yuǎn)不及工控機(jī)，而工控機(jī)的致命缺陷是可靠性差。所以目前來看工控機(jī)與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)。工控機(jī)的出現(xiàn)推動了PLC的發(fā)展。
    三、PLC發(fā)展的方向
    采用新的、*的微處理器和電子技術(shù)達(dá)到快速的掃描時(shí)間； 小型的、低成本的PLC，可以替代4到10個(gè)繼電器，獲得更大的發(fā)展動力； 高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口；
    基于微處理器的智能I/O接口，擴(kuò)展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，網(wǎng)絡(luò)，CAN總線，現(xiàn)場總線，ASCII通信，定位，主機(jī)通訊模塊，和支持高級語言編程的模塊（如BASIC，PASCAL）；
    包括輸入輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，使端子更加集成；
    特殊接口允許某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力測量、快速響應(yīng)脈沖等； 并且由于工控機(jī)，DCS等控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將迫使PLC向著功能更多，開放性兼容性更強(qiáng)的方向不斷發(fā)展。
   
    四、整合多種功能，更加開放的一體化PLC
   
    1，更多的高級功能，更簡單快捷的使用
    傳統(tǒng)PLC簡單的邏輯控制功能已漸漸不能滿足目前工控領(lǐng)域的要求，許多新的控制系統(tǒng)不再是簡單的邏輯控制而已，增加了許多新的功能要求，如大量數(shù)據(jù)處理，存儲，圖形處理，現(xiàn)地顯示等。
   
    除了要求功能的強(qiáng)大，許多工程開發(fā)人員，以及最終用戶，還希望控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為簡單，開發(fā)使用過程更為快捷，對其他控制系統(tǒng)兼容性，開放性更強(qiáng)。
   
    對于這些需求，美國HORNER公司（GE公司重要合作伙伴）于20世紀(jì)80年代初，最早提出了“All in one”的一體化控制理念，并一直致力于這一理念產(chǎn)品的研發(fā)，推出了一體化控制器――OCS （Operator Control Station）。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，本地的顯示和PLC一般是分開的，分別用不同的軟件進(jìn)行編輯，之間通過串口通訊連接，這樣開發(fā)人員需要許多時(shí)間和精力用在軟件的培訓(xùn)和程序的開發(fā)上，并且串口通訊的可靠性也比較差，易于受到干擾。 而OCS控制器不是單純的PLC，也不是單純的人機(jī)顯示界面，它將PLC，HMI，I/O和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)合到了一體。人機(jī)界面和PLC控制程序的編程用同一套由HORNER開發(fā)的工業(yè)編程軟件CsCAPE完成（支持5種編程語言，標(biāo)配為梯形圖）完成，使用戶使用起來更加方便快捷。
    OCS不僅僅是PLC，HMI，I/O和網(wǎng)絡(luò)的簡單整合，并且增加了許多工控機(jī)或組態(tài)軟件的功能。如浮點(diǎn)運(yùn)算，高級數(shù)學(xué)運(yùn)算，圖形曲線（時(shí)間曲線，X－Y曲線），歷史數(shù)據(jù)本地記錄（大容量移動存儲卡，2G，HORNER最早采用MicroSD存儲），視頻輸入輸出，專家系統(tǒng)，操作界面，數(shù)據(jù)監(jiān)測，文件記錄和打印等。
    2，更強(qiáng)的通訊功能，更好的開放性
    近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與推廣，以太網(wǎng)也得到了飛速發(fā)展，特別是以太網(wǎng)通訊速率的提高、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性問題帶來了新的契機(jī)： 首先，以太網(wǎng)的通信速率一再提高，從10Mbps，到100Mbps甚至到10Gbps，；其次，以太網(wǎng)交換機(jī)為連接在其端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立的帶寬，連接在同一個(gè)交換機(jī)上的不同的設(shè)備不存在資源的爭奪，這就相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段；第三，全雙工技術(shù)又為每個(gè)設(shè)備與交換機(jī)端口之間提供了發(fā)送與接收的專用通道，因此使不同的以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突大大降低（半雙工交換式）或*避免（全雙工交換式）。因此，以太網(wǎng)成了確定的網(wǎng)絡(luò)，從而為它應(yīng)用于工業(yè)自動化控制消除了主要的障礙。
    與其它現(xiàn)場總線或工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、成本低廉、通信速率高、軟硬件資源豐富、易于與INTERNET連接、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點(diǎn)，不僅壟斷了工廠綜合自動化的信息管理層網(wǎng)絡(luò)，而且在過程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)也得到了廣泛應(yīng)用，并有直接向下延伸，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的趨勢。
    基于以太網(wǎng)和Internet的不斷發(fā)展，控制產(chǎn)品要想有更好的開放性，是離不開Ethernet的，因此HORNER的大部分OCS產(chǎn)品都內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)100Mbit以太網(wǎng)，并且具有WebServer和FTP server功能，也就是說，即使不用上位機(jī)，也可以將OCS的狀態(tài)，包括故障報(bào)警信息和事件處理信息通過通訊模塊自動傳送到互聯(lián)網(wǎng)上，用戶可以通過電子郵件的方式來接收這些信息，也可以通過移動通信系統(tǒng)，利用手機(jī)的短信方式來接收這些信息，甚至可以通過GPRS、CDMA等*的通訊方式來進(jìn)行控制信息的跨越時(shí)空的通信。這些通訊，使用戶可以最及時(shí)地了解到設(shè)備的運(yùn)行狀況，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控，對于生產(chǎn)過程控制、制造過程的信息化、生產(chǎn)過程和管理的優(yōu)化等都有很大的幫助。此外，OCS強(qiáng)大的串口通訊功能，支持多種協(xié)議乃至自由編程通訊，也為它和其他設(shè)備或控制系統(tǒng)連接提供了更好的選擇。
    OCS具有開放性和通用性的特點(diǎn)，它并非專為某一個(gè)或兩個(gè)行業(yè)所設(shè)計(jì)的，而是可以適合許許多多不同的行業(yè)，并應(yīng)用在不同的場合。而且，由于它所具有的開放性特點(diǎn)，還可以和目前的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)混合使用，并不斷地升級和延伸，因此受到市場的歡迎。
    它在分散控制，離散點(diǎn)數(shù)據(jù)采集上廣泛應(yīng)用，在包裝機(jī)，注塑機(jī)等成套設(shè)備上的應(yīng)用更為突出。
    五、結(jié)束語
    PLC的未來發(fā)展除了產(chǎn)品本身的發(fā)展，更大程度上取決于用戶和市場的發(fā)展，任何產(chǎn)品存在的根本在于用戶和市場的需求。PLC以它的高可靠性和易操作性，主導(dǎo)了工控行業(yè)數(shù)十年，我相信它將繼續(xù)存在且壯大下去。
    HORNER公司的OCS便是PLC不斷發(fā)展創(chuàng)新的產(chǎn)物，它仍然保持并延續(xù)了PLC的高可靠，高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
    OCS這種多功能的開放的一體化的控制理念，將逐漸成為PLC一個(gè)新的發(fā)展方向，它使許多原來需要在工控機(jī)上實(shí)現(xiàn)的功能，得以在PLC這個(gè)穩(wěn)定可靠的平臺上實(shí)現(xiàn)；PLC與HMI的結(jié)合使用戶使用上更加方便快捷。
    HORNER的“一體化”這一新穎控制理念的提出，為工控行業(yè)帶來了一股新鮮的力量，必將引起PLC一次新的發(fā)展。