一、PLC的來(lái)源
1、在制造工業(yè)(以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征)和過(guò)程工業(yè)(以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征)中,大量的開(kāi)關(guān)量順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM(通用汽車(chē))公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置,使得電氣控制功能實(shí)現(xiàn)的程序化,這就是第一代可編程序控制器,英文名字叫Programmable Controller(PC)。
2、隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)生,PC的功能越來(lái)越強(qiáng)大,其概念和內(nèi)涵也不斷擴(kuò)展。
3、上世紀(jì)80年代,個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái),也簡(jiǎn)稱(chēng)為PC,為了方便,也為了反映或可編程控制器的功能特點(diǎn),美國(guó)A-B公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器Programmable Logic Controller(PLC),并將“PLC”作為其產(chǎn)品的注冊(cè)商標(biāo)。現(xiàn)在,仍常常將PLC簡(jiǎn)稱(chēng)PC。
4、上世紀(jì)80年代至90年代中期,是PLC發(fā)展最快的時(shí)期,年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期,PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高,PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域,在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng).
5、近年,工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)(IPC)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(FCS)發(fā)展迅速,擠占了一部分PLC市場(chǎng),PLC增長(zhǎng)速度出現(xiàn)漸緩的趨勢(shì),但其在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位,在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái),是無(wú)法取代的。
6、目前,世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品,主要應(yīng)用在汽車(chē)(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。
二、典型的PLC產(chǎn)品
1、國(guó)外
施耐德公司, Quantum、Premium、Momentum等;
羅克韋爾(A-B公司),SLC、MicroLogix、Control Logix等;
西門(mén)子公司, SIMATIC S7-400/300/200系列;
GE公司
日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。
2、國(guó)內(nèi)
PLC生產(chǎn)廠約30家,但沒(méi)有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品,還有一部分是以仿制、來(lái)件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn).
三、PLC在我國(guó)的應(yīng)用
雖然我國(guó)在PLC生產(chǎn)方面非常弱,但在PLC應(yīng)用方面,我國(guó)是很活躍的,近年來(lái)每年約新投入10萬(wàn)臺(tái)套PLC產(chǎn)品,年銷(xiāo)售額30億人民幣,應(yīng)用的行業(yè)也很廣。
在我國(guó),一般按I/O點(diǎn)數(shù)將PLC分為以下級(jí)別(但不絕對(duì),國(guó)外分類(lèi)有些區(qū)別):
微型:32 I/O
小型: 256 I/O
中型:1024 I/O
大型:4096 I/O
巨型:8192 I/O
在我國(guó)應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中,I/O 64點(diǎn)以下PLC銷(xiāo)售額占整個(gè)PLC的47%,64點(diǎn)~256點(diǎn)的占31%,合計(jì)占整個(gè)PLC銷(xiāo)售額的78%。
在我國(guó)應(yīng)用的PLC,幾乎涵蓋了世界所有的品牌,呈現(xiàn)八國(guó)聯(lián)軍的態(tài)勢(shì),但從行業(yè)上分,有各自的勢(shì)力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美PLC居多,小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動(dòng)化及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC居多。歐美PLC在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢(shì),而日本PLC在靈活性和價(jià)位方面占優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)的PLC供應(yīng)渠道,主要有制造商、分銷(xiāo)商(代理商)、系統(tǒng)集成商、OEM用戶(hù)、最終用戶(hù)。其中,大部分PLC是通過(guò)分銷(xiāo)商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶(hù)的。
四、PLC發(fā)展的重點(diǎn)
1、人機(jī)界面更加友好
PLC制造商紛紛通過(guò)收購(gòu)或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè),大大提高了其軟件水平,多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)和組態(tài)軟件,軟件和硬件的結(jié)合,提高了系統(tǒng)的性能,同時(shí),為用戶(hù)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)降低了成本,使更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng),目前,PLC+網(wǎng)絡(luò)+I(xiàn)PC+CRT的模式被廣泛應(yīng)用。
2、網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng)
PLC廠家在原來(lái)CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上,逐漸增加了各種通訊接口,而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來(lái)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快,用戶(hù)對(duì)開(kāi)放性要求很強(qiáng)烈,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。如羅克韋爾A-B公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系,即EtherNet、ControlNet、DeviceNet,西門(mén)子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)等。
3、開(kāi)放性和互操作性大大發(fā)展
PLC在發(fā)展過(guò)程中,各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng),處于群雄割據(jù)的局面,各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn),兼容性很差,這給用戶(hù)使用帶來(lái)不便,并增加了維護(hù)成本。開(kāi)放是發(fā)展的趨勢(shì),這已被各廠商所認(rèn)識(shí),形成了長(zhǎng)時(shí)期妥協(xié)與競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程,并且這一過(guò)程還在繼續(xù)。開(kāi)放的進(jìn)程,可以從以下方面反映:
1)IEC形成了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),這一標(biāo)準(zhǔn)包含8種標(biāo)準(zhǔn),雖然有人說(shuō),多種標(biāo)準(zhǔn)就是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn),但必竟是一個(gè)經(jīng)過(guò)困難的爭(zhēng)論與妥協(xié)的成果。標(biāo)準(zhǔn)推出后,各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn),或者開(kāi)發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。
2)IEC制訂了基于Windows的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3,它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)五種編程語(yǔ)言。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件。雖然PLC開(kāi)發(fā)上各工具仍不兼容,但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng),使用戶(hù)在應(yīng)用過(guò)程中,可以較方便地適不同品牌的產(chǎn)品。
3)OPC基金會(huì)推出了OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn),這進(jìn)一步增強(qiáng)了軟硬件的互操作性,通過(guò)OPC一致性測(cè)試的產(chǎn)品,可以實(shí)現(xiàn)方便的和無(wú)縫隙數(shù)據(jù)交換。目前,多數(shù)PLC軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其它設(shè)備具有了OPC功能。OPC與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的結(jié)合,是未來(lái)控制系統(tǒng)向FCS技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
4、PLC的功能進(jìn)一步增強(qiáng),應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng),不再局限于邏輯控制的應(yīng)用,而越來(lái)越應(yīng)用于過(guò)程控制方面,有人統(tǒng)計(jì),除石化過(guò)程等個(gè)別領(lǐng)域,PLC均有成功能應(yīng)用,PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS,從而使原來(lái)PLC(順序控制)+DCS(過(guò)程控制)的模式變成PLC+I(xiàn)PC模式。
5、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對(duì)PLC有重要影響。以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛,與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比,其成本非常低,為此,人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于1)硬件上如合適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境;2)通訊機(jī)制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域,還存在爭(zhēng)論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多,適應(yīng)這一過(guò)程,各PLC廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品。