浅谈PLC发展概况与发展趋势

【摘要】作为工业自动化中主流控制产品，PLC自诞生至今已近半个世纪。随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC在性能、功能、易用性和产品形态等方面也已历经五代变革。技术演进的背后是需求的驱动。增效、安全、开放、整合、信息化、智能化将成为当下工业需求趋势。在此背景下，下一代 PLC 的发展趋势成为用户和 PLC 业界共同关注的课题。本文阐述了PLC的发展概况以及PLC发展趋势。【关键词】可编程逻辑控制器(PLC)；发展概况；发展趋势

一、PLC的发展概况

可编程逻辑控制器PLC 产生于20世纪60 年代末的美国马萨诸塞州, 以准计算机的形式出现。其功能一般只用于单一工序的自动控制, 可以说是一种继电器控制装置的替代物。但在I/O 接口电路上有些改进以便适应工业控制现场的要求, 器件选择上使用了磁芯存储器、分立元件和中小规模集成电路以提高抗干扰能力。软件方面采用梯形图,易被电气工程技术人员接受, 性能优于普通继电器控制装置。首先应用在汽车流水线上。

二十世纪七十年代中期至八十年代中、后期PLC 走向成熟。微处理器的出现使其装置结构发生了巨大的变化。美、日、德等国的厂家开始采用微处理器作为CPU,使得其功能大大增强。同时,软件方面的功能更加强大。在原有计时、计数和逻辑运算等功能的基础上增加了数据处理、算术运算、通讯、传送等功能,存储器的容量也变得更大。有的PLC 甚至还提供一定数据寄存器, 使其应用范围更加广阔。

二十世纪八十年代中后期至今, 得益于超大规模集成电路技术迅速发展以及各厂商为PLC 专门开发的专用逻辑处理芯片,PLC在软硬件方面都发生了巨大变化。PLC 中采用的微处理器的芯片档次普遍提高。迈入二十一世纪后,为了在ERP 、MES和PCS 的体系中立足,PLC 的软件、硬件甚至联网通信都在向标准化发展, 以期更好地满足工业生产的需求。

二、PLC发展趋势

2.1软件与硬件的标准化趋势

以往的PLC 发展走的是研制和生产的专门化道理，各个厂商的软件与硬件并不开放，这也导致了PLC 产品的模块不能通用并且具有较大的语言指令差异，兼容性问题制约了PLC 的进一步发展。对于这种情况，国际电工委员会专门设置了工作组了开展PLC国际标准的制定工作，从而为 PLC 的发展成了一种标准化的框架与方向。在此背景下许多厂商都是用了与IEC61131 系列标准相符的指令系统。这种标准化的趋势能够使系统的开发周期不断缩减，

在此过程中80% 的PLC 可以使用20条梯形逻辑指令集来控制，这种情况也被称为80-20 法则，并且标准化的PLC 的可靠性也在不断提高，这种趋势对PLC 的进一步发展发挥着重要作用。

2.2容错技术不断发展，控制系统可靠性提高

PLC 的可靠性得到了社会各个领域普遍的重视，对PLC 可靠性的高要求使PLC 研发和生产单位将冗余技术、自身段技术以及容错技术等应用于PLC 中，推出了具有较高可靠性的冗余系统，同时采用多数表决、并行工作或者热备用的工作方式，很多 PLC 的模板由于全密闭却十分坚固，所以在不稳定且恶劣的工作环境中仍旧能够可以正常工作，同时在PLC 的运行过程中也可以实现模板的热插拔。

2.3 编程工具与编程语言体现出多样化特点

伴随着PLC 结构的不断发展，PLC 编程工具以及变成语言也越来越多样化，同时功能也在不断的提升。为了能够让PLC 满足各类控制要求，许多复杂的或者简单的编程软件以及编程器采用语句表、功能图、梯形图等标称语言不仅可以进行过程仿真，同时也具有高档指令系统。兼容于计算机的高级语言如Fortran 、Pascal 、Basic得到了广泛的应用，在Windows 系统下，使用Visual Basic或者Visual C++ 等可视化的变成软件进行程序设计比较复杂，而组态软件不仅实现了变成的简单化，同时也降低了编程的工作量，是PLC 能够更加易行且简单，这在很大程度上降低了PLC 系统的开发难度与使用难度，对进一步普及PLC 发挥着重要作用。

2.4网络通信功能增强

通信能力的强化以及网络化是PLC 发展的重要趋势之一。PLC 的网络框架由I/O模块连接多个PLC 构成，这种网络可以与以太网以及工业计算机等架构自动控制系统。当前应用广泛的现场总线有CAN、WorldFI、Profibus 等。DCS 逐渐被由现场总线和职能仪表构成的现场总线控制系统所取代。由于网络通信技术、图形显示技术以及计算机信息处理技术在PLC 中的应用是PLC 系统的信息管理功能和生产控制功能结合起来，从而在一定程度上满足了现代化生产中管理与控制的要求。

2.5模块与器件不断出新

比较高端的PLC 不仅实现了CPU 处理速度的提高，同时还带有远程I/O 模块、语言处理模块、模糊控制模块、计算模块、数控模块、高速计数模块、模拟量I/O 模块、闭环控制模块、快速响应模块、位置控制模块、通信模块等，这些模块使 PLC 在人机对话、分辨率、实时性精度方面的表现得到了很大程度的提高。从技术上来看，PLC 技术与PC技术的差别在不断缩小，随着PLC 使用山野话硬件和实施操作系统，许多新兴的控制器也不断被研发出来，其中实现PC 和PLC 功能结合的工业控制器PAC 将在未来成为工业控制的重要方式之一。PCC 和一般的PLC 相比其特点在于应用软件的多样化以及分时多任务的操作系统，这样程序长短对程序运用周期的影响将会缩小，程序运行周期将会有操作系统循环周期来决定，从而外部控制舟曲与应用程序扫描周期被区分开来，实施控制的需求可以得到满足。同时如果CPU 的运算能力允许，这种控制周期可以以实际的应用需求为依据进行调整。PCC 应用程序是由多任务模块组成，这种模块下的控制器可以满足数据采集、PID 调节运算、报警、通信控制等多种功能要求，这些模块可以独立的运行并且具有一定的关联，可以更加方便的实现控制需求。

2.6产品规模体现出大和小两种发展方向

PLC 的大型化发展方向方向主要体现为大容量、网络化、智能化、高功能，如西门子的S5-155U 能够和计算机构成集成控制系统并对复杂、大规模系统开展综合自动控制，其中I/O 的点数达到了14336 点，其特点为多个CPU 可以并行工作，具有高速化的扫描速度以及大容量的存储器；PLC 的小型化发展方向主要体现为提及的减小和成本的降低，并在此基础上实现系统可靠性的提高，功能与专业性的日益强大是控制质量能够得到大幅度的提高，同时小型模块结构也可以增强配置灵活性，缩减投入成本。

三、结束语

PLC 即可编程序控制器凭借简单的操作编程、较高的可靠性、灵活的配置以及面向用户和面向过程的优势在现代工业中得到了广泛的应用，秉承了现代工业生产控制中的重要支柱。

参考文献：

[1]陈忠华. 可编程序控制器与工业自动化系统[M]. 北京: 机械工业出版社,2006.

[2]彭瑜.IEC61131-3 的现状和发展[J].世界仪表和自动化,2004,2-3.