可编程控制器 PLC的发展趋势综述

镇江船艇学院　陈　卓



可编程控制器 PLC的发展趋势综述

镇江船艇学院陈卓

【摘要】随着自动控制综合技术的发展，PLC正在广泛深入地应用于工业控制的各个领域。本文对分别从大型网络化综合化以及速度快、功能强的小型化两个方面对新一代PLC的发展趋势进行了综述。

【关键词】PLC；大型网络化；综合化；速度快；功能强

目前，计算机综合技术不断发展，工业自动化领域范围不断延伸，PLC结构和功能也随之不断地完善，从而，实现控制和管理功能的结合，并以不同生产厂家的产品构成开放型的控制系统。从出现至今，PLC走的是专业化道路，带来了诸多制约因素。目前，人们正致力于寻求开放型的硬件或软件平台，新一代PLC以下主要有两种发展趋势。

1　向大型网络化、综合化方向发展

实现信息管理和工业生产相结合的综合自动化是PLC技术发展的趋势。现代工业自动化已不再局限于某些生产过程的自动化，采用32位微处理器的多CPU并行工作和大容量存储器的超大型PLC可实现超万点的I/O控制，大中型PLC具有如下功能:函数运算、浮点运算、数据处理、文字处理、队列、阵运算、PID运算、超前补偿、滞后补偿、多段斜坡曲线生成、处方、配方、批处理、故障搜索、自诊断等。强化通信能力和网络化功能是大型PLC发展的一个重要方面。主要表现在：向下将多个PLC与远程I/O站点相连，向上与工控机或管理计算机相连构成整个工厂的自动化控制系统。

2　向速度快、功能强的小型化方向发展

当前小型化PLC在工业控制领域具有不可替代的地位，随着应用范围的扩大，体积小、速度快、功能强、价格低的PLC广泛应用到工控领域的各个层面。小型PLC将由整体化结构向模块化结构发展，系统配置的灵活性得以增强。小型化发展具体表现在：结构上的更新、物理尺寸的缩小、运算速度的提高、网络功能的加强、价格成本的降低。小型PLC的功能得到进一步强化，可直接安装在机器内部，适用于回路或设备的单机控制，不仅能够完成开关量的I/O控制，还可以实现高速计数、高速脉冲输出、PWM波输出、中断控制、PID控制、网络通信等功能，更利于机电一体化的形成。

现代PLC在模块功能、运算速度、结构规模以及网络通信等方面都有了跨越式发展，它与计算机、通信、网络、半导体集成、控制、显示等技术的发展密切相关。PLC已经融入了IPC和DCS的特点。面对激烈的技术市场竞争，PLC面临其他控制新技术和新设备所带来的冲击，PLC必须不断融入新技术、新方法，结合自身的特点，推陈出新，功能更加完善。PLC技术的不断进步，加之在在网络通信技术方面出现新的突破，新一代PLC将能够更好地满足各种工业自动化控制的需要，其技术的发展趋势有如下特点：

2.1网络化

PLC相互之间以及PLC与计算机之间的通信是PLC的网络通信所包含的内容。人们在不断制订与完善通用的通信标准，以加强PLC的连网通信能力。PLC典型的网络拓扑结构为设备控制、过程控制和信息管理3个层次，工业自动化使用最多、应用范围最广泛的自动化控制网络便是PLC及其网络。

人们把现场总线引入设备控制层后，工业生产过程现场的检测仪表、变频器等现场设备可直接与PLC相连;过程控制层配置工具软件，人机界面功能更加友好、方便：具有工艺流程、动态画面、趋势图生成等显示功能和各类报表制作等多种功能，还可使PLC实现跨地区的监控、编程、诊断、管理，实现工厂的整体自动化控制；信息管理层使控制与信息管理融为一体。在制造业自动化通信协议规约的推动下，PLC网络中的以太网通信将会越来越重要。

2.2模块多样化和智能化

各厂家拥有多样的系列化PLC产品，形成了应用灵活，使用简便、通用性和兼容性更强的用户的系统配置。智能的输入/输出模块不依赖主机，通常也具有中央处理单元、存储器、输入/输出单元以及与外部设备的接口，内部总线将它们连接起来。智能输入/输出模块在自身系统程序的管理下，进行现场信号的检测、处理和控制，并通过外部设备接口与PLC主机的输入/输出扩展接口连接，从而实现与主机的通信。智能输入/输出模块既可以处理快速变化的现场信号，还可使PLC主机能够执行更多的应用程序。

适应各种特殊功能需要的各种智能模块，如智能PID模块、高速计数模块、温度检测模块、位置检测模块、运动控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等，其CPU与PLC的CPU并行工作，占用主机的CPU时间很少，可以提高PLC的扫描速度和完成特殊的控制要求。智能模块的出现，扩展了PLC功能，扩大了PLC应用范围，从而使得系统的设计更加灵活方便。

2.3高性能和高可靠性

如果PLC具有更大的存储容量、更高的运行速度和实时通信能力，必然可以提高PLC的处理能力、增强控制功能和范围。高速度包括运算速度、交换数据、编程设备服务处理高以及外部设备响应等方面的高速化，运行速度和存储容量是PLC非常重要的性能指标。

自诊断技术、冗余技术、容错技术在PLC中得到广泛应用，在PLC控制系统发生的故障中，外部故障发生率远远大于内部故障的发生率。PLC内部故障通过PLC本身的软、硬件能够实现检测与处理，检测外部故障的专用智能模块将进一步提高控制系统的可靠性，具有容错和冗余性能的PLC技术将得以发展。

2.4编程朝着多样化、高级化方向发展

硬件结构的不断发展和功能的不断提高，PLC编程语言，除了梯形图、语句表外，还出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言以及与微机兼容的高级语言等，将满足适应各种控制要求。另外，功能更强、通用的的组态软件将不断改善开发环境，提高开发效率。PLC技术进步的发展趋势也将是多种编程语言的并存、互补与发展。

2.5集成化

所谓软件集成，就是将PLC的编程、操作界面、程序调试、故障诊断和处理、通信等集成为一体。监控软件集成，系统将实现直接从生产中获得大量实时数据，并将数据加以分析后传送到管理层；此外，它还能将过程优化数据和生产过程的参数迅速地反馈到控制层。

现在，系统的软、硬件只需通过模块化、系列化组合，便可在集成化的控制平台上“私人定制”的客户需要的控制系统，包括PLC控制系统、伺服控制系统、DCS系统以及SCADA系统等，系统维护更加方便。将来，PLC技术将会集成更多的系统功能，逐渐降低用户的使用难度，缩短开发周期以及降低开发成本，以满足工业用户的需求。在一个集成自动化系统中，设备间能够最大程度上实现资源的利用与共享。

2.6开放性与兼容性

信息相互交流的即时性、流通性对于工业控制系统而言，要求越来越高，系统整体性能更为重要，人们更加注重PLC和周边设备的配合，用户对开放性要求强烈。系统不开放和不兼容会令用户难以充分利用自动化技术，给系统集成、系统升级和信息管理带来困难和附加成本。PLC的品质既要看其内在技术是否先进，还需考察其符合国际标准化的程度和水平。标准化既可保证产品质量，也将保证各厂家产品之间的兼容性、开放性。编程软件统一、系统集成接口统一、网络和通信协议统一是PLC的开放性主要体现。目前，总线技术和以太网技术的协议是公开的，它为支持各种协议的PLC开放，提供了很好的条件。国际标准化组织提出的开放系统互连参考模型O钮，通信协议的标准化使各制造厂商的产品相互通信，促进PLC在开放功能上有较大发展。PLC的开放性涉及通信协议、可靠性、技术保密性、厂家商业利益等众多问题，PLC的完全开放还有很长的路要走。PLC的开放性会使其更好地与其他控制系统集成，这是PLC未来的主要发展方向之一。

系统开放可使第三方软件在符合开放系统互连标准的PLC上得到移植;采用标准化的软件可大大缩短系统开发时间，提高系统的可靠性。软件的发展也表现在通信软件的应用上，近年推出的PLC都具有开放系统互连和通信的功能。标准编程方法将会使软件更容易操作和学习，软件开发工具和支持软件也相应地得到更广泛的应用。维护软件功能的增强，降低了维护人员的技能要求，减少了培训费用。面向对象的控件和OPC技术等高新技术被广泛应用于软件产品中。PLC已经开始采用标准化的软件系统，高级语言编程也正逐步形成，为进一步的软件开放打下了基础。

2.7集成安全技术应用

集成安全基本原理是能够感知非正常工作状态并采取动作。安全集成系统与PLC标准控制系统共存，它们共享一个数据网络，安全集成系统的逻辑在PLC和智能驱动器硬件上运行。安全控制系统包括安全输入设备，例如急停按钮、安全门限位开关或连锁开关、安全光栅或光幕、双手控制按钮;安全控制电气元件，例如安全继电器、安全PLC、安全总线;安全输出控制，例如主回路中的接触器、继电器、阀等。

PLC控制系统的安全性也越来越得到重视，安全PLC控制系统就是专门为条件苛刻的任务或安全应用而设计的。安全PLC控制系统在其失效时不会对人员或过程安全带来危险。安全技术集成到伺服驱动系统中，便可以提供最短反应时间，设定的安全相关数据在两个独立微处理器的通道中被传输和处理。如果发现某个通道中有监视参数存在误差时，驱动系统就会进入安全模式。PLC控制系统的安全技术要求系统具有自诊断能力，可以监测硬件状态、程序执行状态和操作系统状态，保护安全PLC不受来自外界的干扰。

在PLC安全技术方面，各厂商在不断研发和推出安全PLC产品，例如，在标准I/O组中加上内嵌安全功能的I/O模块，通过编程组态来实现安全控制，从而构成了全集成的安全系统。这种基于Ethernet Powerlink的安全系统是一种集成的模块化的安全技术，成为可靠、高效的生产过程的安全保障。

由于安全集成系统与控制系统共享一条数据总线或者一些硬件，系统的数据传输和处理速度可以大幅度提高，同时还节省了大量布线、安装、试运行及维护成本。罗克韦尔推出了模块式与分布式的安全PLC，西门子的安全PLC也已应用于汽车制造系统中。可以预见，安全PLC技术将会广泛应用于汽车、机床、机械、船舶、石化、电厂等领域。

2.8软PLC的发展

传统PLC有些弱点使它的发展受到限制：(1)PLC的软、硬体系结构封闭、不开放，专用总线、通信网络协议、各模块不通用；(2)编程语言虽多，但其组态、寻址、语言结构都不一致；(3)各品牌的PLC通用性和兼容性差；(4)各品牌产品的编程方法差别很大，技术专有性较强，用户使用某种品牌PLC时，不但要重新了解其硬件结构，还必须重新学习编程方法及其他规定。

随着工业控制系统规模的不断扩大，控制结构日趋分散化和复杂化，需要PLC具有更多的用户接口、更强大的网络通信能力、更好的灵活性。近年来，随着IEC61131- 3标准的推广，使得PLC呈现出PC化和软件化趋势。相对于传统PLC，软PLC技术以其开放性、灵活性和低成本占有很大优势。

软PLC按照IEC61131-3标准，打破以往各个PLC厂家互不兼容的局限性，可充分利用工业控制计算机(IPC)或嵌入式计算机(EPC)的硬、软件资源，用软件来实现传统PLC的功能，使系统从封闭走向开放。软PLC技术提供PLC的相同功能，却具备了PC的各种优点。

软PLC具有高速数据处理能力和强大网络功能，可以简化自动化系统的体系结构，把控制、数据采集、通信、人机界面及特定应用，集成到一个统一开放系统平台上，采用开放的总线网络协议标准，满足未来控制系统开放性和柔性的要求。

基于PC的软PLC系统简化了系统的网络结构和设备设计，简化了复杂的通信接口，提高了系统的通信效率，降低了硬件投资，易于调试和维护。通过OPC技术能够方便地与第三方控制产品建立通信，便于与其他控制产品集成。

目前，软PLC技术还处于发展初期，成熟完善的产品不多。软PLC技术也存在着一些问题，主要是以PC为基础的控制引擎的实时性问题及设备的可靠性问题。随着技术的发展，相信软PLC会逐渐走向成熟。

参考文献

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