王兆義：PLC發(fā)展的幾個(gè)特點(diǎn)和國(guó)產(chǎn)化

　　發(fā)展回顧

    上世紀(jì)60年代末PLC產(chǎn)生于美國(guó)馬薩諸塞州，MODICON084是世界上第一種投入生產(chǎn)的PLC。PLC崛起于70年代，首先在汽車流水線上大量應(yīng)用。80年代PLC走向成熟，全面采用微電子處理器技術(shù)，得到大量推廣應(yīng)用，年銷售始終以高于20%的增長(zhǎng)率上升，奠定了其在工業(yè)控制中不可動(dòng)搖的地位。90年代，隨著工控編程語(yǔ)言IEC 61131-3的正式頒布，PLC開(kāi)始了它的第三個(gè)發(fā)展時(shí)期，在技術(shù)上取得新的突破。PLC在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，從傳統(tǒng)的單機(jī)向多CPU和分布式及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)展；在編程語(yǔ)言上，圖形化和文本化語(yǔ)言的多樣性，創(chuàng)造了更具表達(dá)控制要求、通信能力和文字處理的編程環(huán)境；從應(yīng)用角度看，除了繼續(xù)發(fā)展機(jī)械加工自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)外，更發(fā)展了以PLC為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、安全連鎖保護(hù)系統(tǒng)（ESD）等，全方位地提高了PLC的應(yīng)用范圍和水平。

　　21世紀(jì)PLC技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)特點(diǎn)

   1  適應(yīng)市場(chǎng)需要，加強(qiáng)PLC通信聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力

    在信息時(shí)代的今天，幾乎所有PLC制造商都注意到了加強(qiáng)PLC通信聯(lián)網(wǎng)的信息處理能力這一點(diǎn)。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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC的通信聯(lián)網(wǎng)能使其與PC和其它智能控制設(shè)備很方便地交換信息，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。也就是說(shuō)，用戶需要PLC與PC更好地融合，通過(guò)PLC在軟技術(shù)上協(xié)助改善被控過(guò)程的生產(chǎn)性能，在PLC這一級(jí)就可以加強(qiáng)信息處理能力。例如，CONTEC與日本三菱電機(jī)公司（以下簡(jiǎn)稱為三菱電機(jī)）合作，推出專門插在小Q系列PLC的機(jī)架上的PC機(jī)模塊，該模塊實(shí)際上就是一臺(tái)可在工廠現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下正常運(yùn)行，而且可通過(guò)PLC的內(nèi)部總線與PLC的CPU模塊交換數(shù)據(jù)的PC機(jī)。其處理芯片采用IntelCeleron400M主頻、系統(tǒng)內(nèi)存128MB、Cache 128K、支持外掛顯示器，該模塊內(nèi)裝WindowsNT 4.0或Windows 2000。支持的軟件有：三菱綜合F4軟件，包括PLC編程軟件GT、FA數(shù)據(jù)處理軟件MX、人機(jī)界面畫面設(shè)計(jì)軟件GT、運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)編程軟件MT等。

    最近，國(guó)外一些中、大型PLC制造商推出了一個(gè)機(jī)架上可以插多個(gè)CPU模塊的結(jié)構(gòu)，將PC機(jī)模塊與PLC的CPU模塊、過(guò)程控制CPU模塊或運(yùn)動(dòng)控制模塊同時(shí)插在一個(gè)機(jī)架上。實(shí)際上就是將原來(lái)PLC要通過(guò)工廠自動(dòng)化（FA）用PC機(jī)與管理計(jì)算機(jī)通信的三層結(jié)構(gòu)改為PLC系統(tǒng)可直接與生產(chǎn)管理用的計(jì)算機(jī)的兩層結(jié)構(gòu)。這樣生產(chǎn)管理更加快捷方便。

    小型PLC之間通信“傻瓜化”。為了盡量減少PLC用戶在通信編程方面的工作量，PLC制造商做了大量工作，使設(shè)備之間的通信自動(dòng)地周期性的進(jìn)行，而不需要用戶為通信編程，用戶的工作只是在組成系統(tǒng)時(shí)作一些硬件或軟件上初始化設(shè)置。如歐姆龍公司的兩臺(tái)CPM1A之間一對(duì)一連接通信只需用三根導(dǎo)線將它們的RS-232C通信接口連在一起后將通信有關(guān)的參數(shù)寫入5個(gè)指定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，即可方便地實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PLC之間的通信。

    2  PLC向開(kāi)放性發(fā)展

    早期的PLC缺點(diǎn)之一是它的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開(kāi)放的，如專用總線、通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議、I/O模塊更互不通用，甚至連機(jī)架、電源模板亦各不相同，編程語(yǔ)言之一的梯形圖名稱雖一致，但組態(tài)、尋址、語(yǔ)言結(jié)構(gòu)均不一致，因此，幾乎各個(gè)公司的PLC均互不兼容。目前，PLC在開(kāi)放性方面已有實(shí)質(zhì)性突破。十多年前PLC被攻破的一個(gè)重要方面就是它的專有性，現(xiàn)在情況有了極大改觀，不少大型PLC廠商在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用了各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 61131-3、IEEE 802.3以太網(wǎng)、TCP/IP、UDP/IP等。例如，AEG Schneider集團(tuán)已開(kāi)發(fā)以PLC機(jī)為基礎(chǔ)，在Windows平臺(tái)下，符合IEC 61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的全新一代開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的PLC實(shí)現(xiàn)高度分散控制，開(kāi)放度高。

    高度分散控制是一種全新的工業(yè)控制結(jié)構(gòu)，不但控制功能分散化，而且網(wǎng)絡(luò)也分散化，所謂高度分散化控制，就是控制算法常駐在該控制功能的節(jié)點(diǎn)上，而不是常駐在PLC上或PC上，凡掛在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的設(shè)備，均處于同等的位置，將“智能”擴(kuò)展到控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從傳感器、變送器到I/O模塊，乃至執(zhí)行器，無(wú)處不采用微處理芯片，因而產(chǎn)生了智能分散系統(tǒng)（SDS）。

    為了使PLC更具開(kāi)放性和執(zhí)行多任務(wù)，在一個(gè)PLC系統(tǒng)中同時(shí)裝幾個(gè)CPU模塊，每個(gè)CPU模塊都執(zhí)行某一種任務(wù)。例如三菱電機(jī)公司的小Q系列PLC可以在一個(gè)機(jī)架上插4個(gè)CPU模塊，富士電機(jī)的MICREX-ST系列最多可在一個(gè)機(jī)架上插6個(gè)CPU模塊，這些CPU模塊可以進(jìn)行專門的邏輯控制、順序控制、運(yùn)動(dòng)控制和過(guò)程控制。這些都是在Windows環(huán)境下執(zhí)行PC機(jī)任務(wù)的模塊，組成混合式的控制系統(tǒng)。

    近幾年，眾多PLC廠商都開(kāi)發(fā)了自己的模塊型I/O或端子型I/O，而通信總線都符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)，這極大的增強(qiáng)了PLC的開(kāi)放性。

    創(chuàng)建開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境后，推出了能掛100M的高速以太網(wǎng)的WEB服務(wù)器模塊，三菱電機(jī)公司小Q系列的QJ71WS96，橫河電機(jī)FA-M3系列的F3WBM1-0T-S0；模塊內(nèi)的軟件捆綁了目前常用的TCP/IP、UDP/IP等傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層規(guī)約，以及HTTP、FTP、SMTP、POP3等應(yīng)用層規(guī)約，使PLC可直接進(jìn)入因特網(wǎng)，成為不折不扣的WEB的PLC。