OpenPLC--可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)及PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

一、PLC的發(fā)展歷史 

可編程邏輯控制器，又稱可編程控制器，有過(guò)多種定義�？梢钥醋魇且环N經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)計(jì)算機(jī)，整個(gè)的設(shè)計(jì)原則就是簡(jiǎn)單與實(shí)用。

1968年，通用汽車公司的液壓部分為了消除既復(fù)雜又昂貴的繼電器控制系統(tǒng)，確立了第一個(gè)可編程控制器的招標(biāo)指標(biāo)。該設(shè)計(jì)規(guī)格需要固態(tài)系統(tǒng)和電腦技術(shù)，并要求能夠在產(chǎn)業(yè)環(huán)境中生存，也能夠方便地編程，并且可以重復(fù)使用。該控制系統(tǒng)將大大減少機(jī)器的停機(jī)時(shí)間，并為未來(lái)提供了可擴(kuò)展性。該招標(biāo)由DEC公司中標(biāo)，這套系統(tǒng)于1969年研制出來(lái)，這是第一臺(tái)可編程控制器，型號(hào)為PDP-14，應(yīng)用取得成功。其后，美國(guó)的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西歐國(guó)家的各種可編程控制器也研制成功。這些早期的控制器滿足了最初的要求，并且打開了新的控制技術(shù)的發(fā)展的大門。

PLC的發(fā)展也是與計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，正是這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了可編程控制器的發(fā)展。

從控制功能來(lái)看，可編程控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了4個(gè)階段：

1．低級(jí)階段：從第一臺(tái)PLC問(wèn)世到20世紀(jì)70年代中期

由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此，主要功能是邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成。主要產(chǎn)品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一階段就采用了梯形圖語(yǔ)言作為編程方式，盡管有些枯燥，但卻形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。

2．?dāng)U展階段：從20世紀(jì)70年代中期到70年代末期

這一階段PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴(kuò)展。擴(kuò)展的功能包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運(yùn)算、模擬量的運(yùn)算等功能。這一階段的產(chǎn)品有MODICON的184，284，384，西門子公司的SIMATICS3系列，富士電機(jī)公司的SC系列產(chǎn)品。

3．通訊階段：20世紀(jì)70年代末期到80年代中期

這一階段產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)通訊的發(fā)展有關(guān)，形成了分布式通訊網(wǎng)絡(luò)。但是，由于各制造商各自為政，通訊系統(tǒng)也是各有各的規(guī)范。由于在很短的時(shí)間內(nèi)，PLC就已經(jīng)從汽車行業(yè)迅速擴(kuò)展到其它行業(yè)，作為繼電器的替換品進(jìn)進(jìn)了食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多個(gè)行業(yè)。其次，產(chǎn)品功能也得到很大的發(fā)展。同時(shí)，可靠性進(jìn)一步進(jìn)步。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士電機(jī)的MICRO和TI公司的TI530等。

4．開放階段：從20世紀(jì)80年代中期開始

由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型OSI，使PLC在開放功能上有較大發(fā)展。主要表現(xiàn)為通訊系統(tǒng)的開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通訊，通訊協(xié)議開始標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶得益。此外，PLC開始采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件系統(tǒng)，增加高級(jí)語(yǔ)言編程，并完成了編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化工作。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德維森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司與合控電氣公司所開發(fā)的OPENPLC等。

二、PLC的特點(diǎn)

1．PLC的硬件和軟件進(jìn)展

PLC的技術(shù)從誕生之日起，就不停地發(fā)展。PLC的定義也經(jīng)過(guò)多次變動(dòng)。1987年，國(guó)際電工委員會(huì)IEC(InternationalElectricalCommittee)頒布了可編程序控制器最新的定義：

可編程控制器是一種能夠直接應(yīng)用于專門為在產(chǎn)業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操縱的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操縱的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸進(jìn)和輸出，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程�？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與產(chǎn)業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

可見，PLC的定義實(shí)際是根據(jù)PLC的硬件和軟件技術(shù)進(jìn)展而發(fā)展的。這些發(fā)展不僅改進(jìn)了PLC的設(shè)計(jì)，也改變了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。這些改變，包括硬件和軟件的。

以下列出了PLC的硬件進(jìn)展：

采用新的、先進(jìn)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、低本錢的PLC，可以替換4到10個(gè)繼電器，現(xiàn)在獲得更大的發(fā)展動(dòng)力； 

高密度的I/O系統(tǒng)，以低本錢提供了節(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(chǎng)總線，ASCII通訊，定位，主機(jī)通訊模塊，和語(yǔ)言模塊（如BASIC，PASCAL）； 

包括輸進(jìn)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； 

特殊接口答應(yīng)某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力丈量、快速響應(yīng)脈沖等； 

外部設(shè)備改進(jìn)了操縱員界面技術(shù)，系統(tǒng)文檔功能成為了PLC的標(biāo)準(zhǔn)功能。

以上這些硬件的改進(jìn)，導(dǎo)致了PLC的產(chǎn)品系列的豐富和發(fā)展，使PLC從最小的只有十個(gè)I/O點(diǎn)的微型PLC，到8000點(diǎn)的大型PLC，應(yīng)有盡有。這些產(chǎn)品系列，用普通的I/O系統(tǒng)和編程外部設(shè)備，可以組成局域網(wǎng)，并與辦公網(wǎng)絡(luò)相連。整個(gè)PLC的產(chǎn)品系列概念對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常節(jié)約本錢的控制系統(tǒng)概念。

與硬件的發(fā)展相似，PLC的軟件也取得了巨大的進(jìn)展，大大強(qiáng)化了PLC的功能：

PLC引進(jìn)了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ�，并且根�?jù)國(guó)際電工委員會(huì)的IEC61131-3的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語(yǔ)言； 

小型PLC也提供了強(qiáng)大的編程指令，并且因此延伸了應(yīng)用領(lǐng)域； 

高級(jí)語(yǔ)言，如BASIC，C在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，在與外部通訊和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性； 

梯形圖邏輯中可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)的功能塊指令，可以使用戶用簡(jiǎn)單的編程方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能； 

診斷和錯(cuò)誤檢測(cè)功能，從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)控制器的故障診斷，擴(kuò)大到對(duì)所控制的機(jī)器和設(shè)備的過(guò)程和設(shè)備進(jìn)行診斷； 

浮點(diǎn)運(yùn)算可以進(jìn)行控制應(yīng)用中計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)等所牽涉的復(fù)雜計(jì)算； 

數(shù)據(jù)處理指令得到簡(jiǎn)化和改進(jìn)，可以進(jìn)行涉及大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、跟蹤和存取的復(fù)雜控制和數(shù)據(jù)采集和處理功能。

盡管PLC比原來(lái)復(fù)雜了很多，但是，他們依然保持了令人吃驚的簡(jiǎn)單性，對(duì)操縱員來(lái)說(shuō)，今天的高功能的PLC與三十年前一樣那么輕易操縱。

2．PLC的特點(diǎn)

PLC發(fā)展如此迅速的原因，在于它具有一些其它控制系統(tǒng)，包括DCS和通用計(jì)算機(jī)在內(nèi)，所不及的一些特點(diǎn)。下面對(duì)這些特點(diǎn)做一個(gè)介紹：

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(dòng)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(jiǎn)單，維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到進(jìn)步；

b) 可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)，掉電保護(hù)，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，進(jìn)步了MTBF，降低了MTTR，使可靠性得到進(jìn)步；

c) 可編程控制器有較強(qiáng)的易操縱性，它具有編程簡(jiǎn)單，操縱方便，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為產(chǎn)業(yè)惡劣操縱環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大進(jìn)步；

d) 可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列進(jìn)步可靠性的措施。例如，采用可靠性高的產(chǎn)業(yè)級(jí)元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（SMT）制造，對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等；存儲(chǔ)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。

一份用戶選用PLC原因的調(diào)查報(bào)告指出：在各種選用PLC的原因中，首選原因是可靠性高的，占93%，其次，才是性能和維修方面的原因。

② 易操縱性

PLC的易操縱性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面：

a) 操縱方便：對(duì)PLC的操縱包括程序的輸進(jìn)和程序更改操縱，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸進(jìn)和更改操縱。現(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(hào)、繼電器編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ�，然后可以在線或離線更改；

b) 編程方面：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以使用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電氣職員來(lái)說(shuō)，由于梯形圖與電氣原理圖相似，因此，很輕易理解和把握。采用語(yǔ)句表語(yǔ)言編程時(shí)，由于編程語(yǔ)句是功能的縮寫，便于記憶，并且與梯形圖有逐一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以有利于編程職員的編程操縱。功能圖表語(yǔ)言以過(guò)程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)職員與工藝專業(yè)職員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言編程方法的應(yīng)用尚未普及，但由于它們具有功能清楚，易于理解等優(yōu)點(diǎn)，而且與DCS組態(tài)語(yǔ)言同一，正受到廣大技術(shù)職員的重視。

c) 維修方便：PLC所具有的自診斷功能對(duì)維修職員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修職員可以根占有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號(hào)燈的提示等信息，或通過(guò)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。

為便于維修工作的開展，有些PLC制造商提供維修用的專用儀表或設(shè)備，提供故障維修樹等維修用資料；有些廠商還提供維修用的智能卡或插件板，使維修工作變得十分方便。此外，PLC的面板和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也考慮了維修的方便性。例如，對(duì)需要維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號(hào)燈設(shè)置在易于觀察的位置，接線端子采用便于接線和更換的類型等，這些設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行，大大縮短了維修時(shí)間。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水作業(yè)，使維修用備品備件簡(jiǎn)化等，也使維修工作變得方便。

③ 靈活性

PLC的靈活性主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

a) 編程的靈活性：PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)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(yǔ)言等。使用者只要把握其中一種編程語(yǔ)言就可進(jìn)行編程，編程方法的多樣性使編程方便。由于PLC內(nèi)部采用軟連接，因此，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換后，可不必改變PLC的硬設(shè)備，通過(guò)程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)和數(shù)字電路控制系統(tǒng)所不能相比的。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使PLC成為產(chǎn)業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備，在柔性制造系統(tǒng)FMS，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和計(jì)算機(jī)流程產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)（CIPS）中，PLC正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用；

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(guò)增加輸進(jìn)輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過(guò)擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過(guò)多臺(tái)PLC的通訊來(lái)擴(kuò)大容量和功能，甚至可以與其它的控制系統(tǒng)如DCS或其它上位機(jī)的通訊來(lái)擴(kuò)展其功能，并與外部的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種擴(kuò)展的靈活性大大方便了用戶；

c) 操縱的靈活性：操縱的靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操縱變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很輕易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操縱得到簡(jiǎn)化，不同生產(chǎn)過(guò)程可采用相同的控制臺(tái)和控制屏等。

④ 機(jī)電一體化

為了使產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對(duì)過(guò)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，它是專門為產(chǎn)業(yè)過(guò)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)、產(chǎn)業(yè)機(jī)器人、離散制造和過(guò)程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為產(chǎn)業(yè)自動(dòng)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。

三、開放式PLC的概念

1．應(yīng)用中產(chǎn)生的開放性需求

長(zhǎng)期以來(lái)，制造與生產(chǎn)企業(yè)所采用控制系統(tǒng)大多是專用的、封閉的體系結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成系統(tǒng)的硬件是按照各自的標(biāo)準(zhǔn)量身定制的。無(wú)論是DCS，PLC還是FCS，固然它們具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、產(chǎn)品批量大等優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)日新月異的生產(chǎn)要求，也越來(lái)越暴露出其固有的缺點(diǎn)。在很多情況下，當(dāng)用戶要想進(jìn)行功能上的擴(kuò)展或變化時(shí)，都必須求助于系統(tǒng)的提供商，如想把特殊要求融進(jìn)到控制系統(tǒng)中往時(shí)，由于它們的封閉特性那是不可能的。再者，由于采用了專用的控制系統(tǒng)，如制造廠家想轉(zhuǎn)化一種控制系統(tǒng)也將變得極為困難。諸如此類，無(wú)形中不僅進(jìn)步了制造企業(yè)的本錢，也成為控制系統(tǒng)升級(jí)換代的"瓶頸"。

市場(chǎng)全球化的后果是競(jìng)爭(zhēng)空前劇烈，從而要求制造商具有較強(qiáng)的市場(chǎng)適應(yīng)能力，因而市場(chǎng)對(duì)適合中小批量加工，具有良好柔性和多功能性的制造系統(tǒng)的需求已逐步超過(guò)對(duì)大型單一功能的制造系統(tǒng)的需求。這一趨勢(shì)促成了一個(gè)新概念的產(chǎn)生，即模塊化、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的軟硬件系統(tǒng)，這就是開放式控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)不僅能夠快速、經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)新的加工需求，而且為制造廠提供了將其技術(shù)與任何第三方的技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行集成的可能性。

開放式控制系統(tǒng)的概念在80年代就已出現(xiàn)。早在1981年，美國(guó)國(guó)防部為了減少武備制造對(duì)日本控制系統(tǒng)的依靠性，開始了名為“下一代控制器（NGC）”的計(jì)劃，并成立了“美國(guó)國(guó)家制造科學(xué)中心（NCMS）”，其主要目的是擬訂并推進(jìn)關(guān)于新一代開放式控制系統(tǒng)的具體分析與規(guī)范。作為NGC的后續(xù)工作，美國(guó)國(guó)防部啟動(dòng)了OASYS項(xiàng)目，其目的是建立并安裝8套控制器，并在6種不同場(chǎng)所對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。其后有很多相關(guān)的研究計(jì)劃在世界各國(guó)相繼啟動(dòng)，其中影響較大的有美國(guó)的OMAC、歐洲的OSACA和日本的OSEC等計(jì)劃。但由于這些計(jì)劃的發(fā)起者是用戶而不是制造商，因此，進(jìn)程比較緩慢。

2．國(guó)際大型PLC制造商的開放路線

2003年，全球自動(dòng)化行業(yè)的控制系統(tǒng)市場(chǎng)大約為每年100億美元左右，其中99%被傳統(tǒng)的不開放系統(tǒng)所占據(jù)。據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)美國(guó)自動(dòng)化市場(chǎng)研究公司ARC（AUTOMATIONRESEARCHCORP）調(diào)查預(yù)計(jì)，在亞洲，基于PC的控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的I/O模塊等開放式系統(tǒng)的銷售額預(yù)計(jì)近兩年的增幅達(dá)到145%，可見在控制系統(tǒng)市場(chǎng)中，開放系統(tǒng)的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。

資金永遠(yuǎn)是向高利潤(rùn)的方向活動(dòng)的，那么，國(guó)際的大型PLC制造商當(dāng)然不會(huì)對(duì)這么大的市場(chǎng)坐視不理。但是，分析這些PLC的制造商面對(duì)開放性的大趨勢(shì)所采取的策略，卻是微妙而饒有趣味的。

首先，國(guó)際大型控制系統(tǒng)固然盡對(duì)有能力推出自己的開放式控制系統(tǒng)，但是卻都遲遲按兵不動(dòng)。什么原因呢？

幾乎所有的制造商都已熟悉到了開放系統(tǒng)必將是自動(dòng)化系統(tǒng)的未來(lái)。無(wú)論是SIEMENS，GE，還是ROCKWELL，還是SCHNEIDR，在他們的新產(chǎn)品樣本中，都可以看到“開放性”的字樣。但是，他們的開放性通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口實(shí)現(xiàn)局部的互連和通訊，并非真正意義上的開放。不要說(shuō)控制器的底層，就是在操縱站這一層，他們?cè)趯?shí)現(xiàn)與外界通訊方面還存在著重重困難。這種狀況的產(chǎn)生并不是由于他們無(wú)法開發(fā)出全開放的系統(tǒng)，而是出于其產(chǎn)品戰(zhàn)略考慮，不愿也不能這樣做。以西門子為例，目前，主推的是西門子用了15年時(shí)間才開發(fā)出來(lái)的S7系統(tǒng)，2002年的產(chǎn)業(yè)控制產(chǎn)品的銷售額約為140億馬克，假如西門子要推廣新的開放式系統(tǒng)，必然要爭(zhēng)奪現(xiàn)有的S7系統(tǒng)的市場(chǎng)，而新的系統(tǒng)能否為現(xiàn)有的西門子的用戶所接受，還是一個(gè)未知數(shù)，況且目前其它開放式系統(tǒng)的市場(chǎng)總額才幾億美元，盡管這個(gè)市場(chǎng)的增長(zhǎng)率較高，但西門子盡對(duì)不可能為了總共幾千萬(wàn)美元且風(fēng)險(xiǎn)極大、競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)的少量市場(chǎng)而放棄已經(jīng)現(xiàn)成的數(shù)十倍的市場(chǎng)。西門子是這樣，GE、AB都是這樣。

那么，這些公司對(duì)于開放式系統(tǒng)市場(chǎng)是否只能坐視不理、無(wú)能為力呢？也不是。目前，各個(gè)公司均在考慮用現(xiàn)有的產(chǎn)品組合出形式上的“開放式”系統(tǒng)。如西門子的PCS7和TIA概念，實(shí)際上就是用工控機(jī)下掛S7的PLC而組成的概念性的系統(tǒng)，宣傳口號(hào)是“不僅僅是基于PC的PC控制”，典型地表示了其一方面不想在開放式系統(tǒng)領(lǐng)域落后于他人，同時(shí)又不想失往老用戶的復(fù)雜情結(jié)。GE-FANUC在2000年底推出了HCS，實(shí)際上就是用原來(lái)的產(chǎn)品FANUC90-30和90-70加上工控機(jī)和軟件而組成的概念性的產(chǎn)品，才用了“為用戶量身定做（TAILORED）”的概念，口號(hào)是“把DCS和PLC的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)”；也具有同樣的心理。類似的還有ROCKWELL-AB的CONTROL-LOGIX，都是將原有的專用系統(tǒng)加上“開放”的標(biāo)簽，半推半就地走上開放式系統(tǒng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的舞臺(tái)。這些控制系統(tǒng)巨頭的目的都是相同的，那就是既不錯(cuò)過(guò)開放式系統(tǒng)這班航船，又可以將原有的系統(tǒng)盡量多地銷售出往。

以上分析可以得出結(jié)論，在開放式系統(tǒng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的低級(jí)階段，國(guó)外各大控制系統(tǒng)制造商會(huì)迎合發(fā)展趨勢(shì)推出自己的開放式系統(tǒng)，但是均會(huì)以其目前的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，在軟件平臺(tái)、通訊方面做些裝飾性的工作，而不會(huì)真正推出全方位的真正的開放式系統(tǒng)。由于這樣做，對(duì)他們現(xiàn)有系統(tǒng)的市場(chǎng)所帶來(lái)的損失是他們不愿承受的。

3．目前開放式系統(tǒng)開發(fā)存在的題目

目前國(guó)際上已有的開放性控制系統(tǒng)從嚴(yán)格的角度來(lái)看，它們還不具備開放性控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征，仍有很多需要改進(jìn)之處。

首先，開放式控制系統(tǒng)的概念不清楚，沒有解決開放控制系統(tǒng)的平臺(tái)題目。各系統(tǒng)所采用的體系結(jié)構(gòu)和通訊協(xié)議并不一致，還是自成體系，相互之間缺乏兼容性和互換性，而且對(duì)體系結(jié)構(gòu)的闡述都只限于具體實(shí)現(xiàn)層，沒有進(jìn)步到理論的、抽象的層次上來(lái)，因而各系統(tǒng)軟硬件不具備可移植性和互操縱性。

其次，沒有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操縱系統(tǒng)。軟件開發(fā)思想與技術(shù)落后，始終處于甚至低于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的水平。沒有充分利用面向?qū)ο蟆④浖�重用等軟件工程中的新理論、新技術(shù)，而這些正是實(shí)現(xiàn)開放性控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

此外，產(chǎn)品的升級(jí)、更新、修改和維修仍然依靠于生產(chǎn)廠家，沒有提供相應(yīng)的開發(fā)工具和環(huán)境，用戶無(wú)法把自己的或任何第三方的思想或產(chǎn)品融進(jìn)到系統(tǒng)中往。

題目是，目前各大控制系統(tǒng)制造商并非不了解這些題目現(xiàn)狀，而是不愿意進(jìn)行實(shí)質(zhì)的改進(jìn)來(lái)真正滿足用戶的要求，用戶要求開放式系統(tǒng)的目的是為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的信息活動(dòng)的無(wú)縫化和軟件、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，目前各廠家所采取的措施充其量是幫助用戶向前邁了一小步，而且用戶必須為此付出高昂的用度，如西門子的S7400僅通訊模件所花的用度就占整個(gè)系統(tǒng)的1/3以上，開放式系統(tǒng)應(yīng)有的性能價(jià)格比的進(jìn)步用戶無(wú)法享受到。這種表面的開放性并不能代表真正的開放性，不少專家已盡不客氣地指出了這一點(diǎn)，很多明眼的用戶也熟悉到了這個(gè)題目。

目前，全力致力于真正開放式系統(tǒng)開發(fā)的反而是一些新興的相對(duì)較小的公司，如美國(guó)的OPTO22，SOFTPLC，CONTROLSOFT以及英國(guó)的TRANSMITTON等等。這些公司沒有過(guò)往的包袱，所開發(fā)的產(chǎn)品的市場(chǎng)目標(biāo)也不存在搶自己飯碗的題目，所以他們可以沒有后顧之憂地宣傳。由于他們的產(chǎn)品是充分考慮了開放性的，今后將成為開放性控制系統(tǒng)的新的新氣力。但目前，這些公司普遍沒有信心對(duì)目前的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者所占據(jù)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)市場(chǎng)進(jìn)行全面進(jìn)攻，一般還是在鉆一些至公司不愿或忽視做的空缺市場(chǎng)，在國(guó)際上沒有對(duì)現(xiàn)有的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者構(gòu)成威脅，因此，至公司對(duì)這些公司也沒有采取什么對(duì)策。

值得認(rèn)真分析的是，經(jīng)過(guò)兩年到三年的時(shí)間，開放式系統(tǒng)在目前被市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者壟斷的市場(chǎng)中打開了一個(gè)缺口后，如占到了10%或20%左右的份額時(shí)，那些目前的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者一定會(huì)加以重視，由于即使他們自己不往取代老產(chǎn)品，可能別的新興公司也要取而代之了。這時(shí)，他們一定會(huì)全力反撲，紛紛推出自己的新一代開放式產(chǎn)品。這些至公司的轉(zhuǎn)向，可以加速用戶對(duì)開放性系統(tǒng)的接受進(jìn)程，更快地推進(jìn)開放式系統(tǒng)的市場(chǎng)步伐。這時(shí)，至公司和小公司在開放性控制系統(tǒng)方面將站在同一個(gè)起跑線上，相對(duì)公平地從價(jià)格、服務(wù)、系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)等各方面來(lái)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，控制系統(tǒng)長(zhǎng)期被數(shù)家巨頭所壟斷的局面可看在開放式系統(tǒng)普及后被打破。

四、PLC如何能夠更加開放

1．PLC在競(jìng)爭(zhēng)中的興起

從控制系統(tǒng)的角度看，各類控制系統(tǒng)的相互融合的情況已經(jīng)出現(xiàn)了。但認(rèn)真分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，PLC在這些控制系統(tǒng)中是比較獨(dú)特的一類。在現(xiàn)代各類控制系統(tǒng)中，PLC是誕生最早的產(chǎn)業(yè)控制器，每個(gè)新的控制器出來(lái)都揚(yáng)言要取代PLC，從DCS，到工控機(jī)，到現(xiàn)場(chǎng)總線，到嵌進(jìn)式控制系統(tǒng)。這種情況的產(chǎn)生，一方面是由于早期的PLC的不開放造成的，但另一方面，也是由于PLC在產(chǎn)業(yè)控制領(lǐng)域所占的比重份額太大引起的。但技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的結(jié)果是，隨著新的技術(shù)越來(lái)越多，PLC不僅沒有逐漸被任何一種新的系統(tǒng)取代，反而在逐漸蠶食其它控制系統(tǒng)的市場(chǎng)。

比如，在流程產(chǎn)業(yè)，過(guò)往DCS占了盡對(duì)的統(tǒng)治地位，但現(xiàn)在，在中小型的產(chǎn)業(yè)裝置方面，已經(jīng)有相當(dāng)大的控制系統(tǒng)被PLC系統(tǒng)所取代。即便在大型系統(tǒng)中，現(xiàn)在各類DCS也面臨著高端PLC的威脅。這種現(xiàn)象的原因，一方面是由于PLC的技術(shù)不斷發(fā)展，DCS過(guò)往所獨(dú)占的一些復(fù)雜控制功能現(xiàn)在PLC基本上全部具備；第二是由于PLC的操縱的簡(jiǎn)單性所決定的；第三，也是最重要的一點(diǎn)，就是，PLC的價(jià)格和本錢是DCS系統(tǒng)所無(wú)法相比的。

在低端設(shè)備，比如很多產(chǎn)業(yè)設(shè)備的控制器，過(guò)往是由單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)所控制的，現(xiàn)在也越來(lái)越多地被PLC所取代。從材料本錢上來(lái)說(shuō)，PLC的本錢比單片機(jī)要高，但是，由于PLC所具有的編程的靈活性，使得用戶在開發(fā)新機(jī)型的時(shí)候，不必為新機(jī)型開發(fā)一個(gè)新的單片機(jī)控制器，而只要簡(jiǎn)單地在一個(gè)PLC的軟件上進(jìn)行程序更改即可，這大大降低了用戶的開發(fā)本錢。因此，越來(lái)越多的機(jī)械逐步放棄了原來(lái)的專用控制器的方式，而改用PLC作為機(jī)械設(shè)備的主要控制器。

在原來(lái)大量采用工控機(jī)系統(tǒng)的場(chǎng)合，工控機(jī)也越來(lái)越多被PLC取代，而工控機(jī)則逐漸從實(shí)時(shí)控制退到只負(fù)責(zé)操縱站的層面。而且，大家漸漸發(fā)現(xiàn)，這種工控機(jī)加PLC的結(jié)構(gòu)，提供了最優(yōu)良的控制性能、最方便的操縱、最低的本錢。因此，逐漸開始在越來(lái)越多的地方采用�？梢哉f(shuō)，工控機(jī)的誕生不僅沒有削減PLC的份額，卻由于工控機(jī)的運(yùn)算功能、圖形處理能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力彌補(bǔ)了PLC的不足，而PLC的可靠性則大大彌補(bǔ)了工控機(jī)的弱點(diǎn)，因此，工控機(jī)的誕生反而大大促進(jìn)了PLC在更多場(chǎng)合的應(yīng)用。

同樣，在離散制造業(yè)，PLC作為一種設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集的方便器件，在企業(yè)實(shí)施ERP和CIMS系統(tǒng)時(shí)，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸提供了無(wú)與倫比的方便性。目前，無(wú)論是數(shù)控、機(jī)械還是傳動(dòng)、物流等行業(yè)，都把PLC作為控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首選。

因此，至少?gòu)默F(xiàn)在來(lái)看，PLC在各類控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)中逐漸占了上風(fēng)。但是，隨著競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，PLC也面臨著一個(gè)發(fā)展瓶頸，那就是各類系統(tǒng)的不開放，或者說(shuō)假開放。

2．產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)——真正開放的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)

從根本上來(lái)說(shuō)，開放式控制系統(tǒng)要具備：采用從操縱系統(tǒng)到通訊協(xié)議都是通用的系統(tǒng)。目前，操縱系統(tǒng)實(shí)在只有WINDOWS、UNIX等少數(shù)幾種，而通訊總線題目，則沒有什么疑義。在工控界爭(zhēng)論不休的題目，在計(jì)算機(jī)界早就停息了。事實(shí)上，用戶們?cè)缫炎鞒隽诉x擇，那就是：以太網(wǎng)總線，它占了全球所有計(jì)算機(jī)通訊總線的96%！而其余所有的總線只占了不到4%。因此，產(chǎn)業(yè)界所有的總線向以太網(wǎng)的方向靠攏，是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的。

眾所周知，以太網(wǎng)最初是為辦公自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，因此沒有考慮到產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的一些要求。特別是，它采用的CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制，具有通訊延時(shí)不確定的缺點(diǎn)，不能滿足產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化控制的實(shí)時(shí)通訊需求。因此，在20世紀(jì)90年代以前，很少有人將以太網(wǎng)應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

近幾年來(lái)，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)通訊速率的進(jìn)步、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性題目帶來(lái)了新的契機(jī)：首先，以太網(wǎng)的通訊速率一再進(jìn)步，從10Mbps，到100Mbps甚至到10Gbps，在相同通訊量的情況下，通訊速率的進(jìn)步意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和碰撞的減少，也就意味著進(jìn)步確定性；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(zhēng)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）或完全避免（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)用于產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化控制消除了主要的障礙。

與其它現(xiàn)場(chǎng)總線或產(chǎn)業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、本錢低廉、通訊速率高、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)，因此，不僅壟斷了工廠綜合自動(dòng)化的信息治理層網(wǎng)絡(luò)，而且在過(guò)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)用于產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)。

從通訊網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，采用扁平式和樹型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，假如能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，實(shí)在，要求上下所有的硬件采用同樣的操縱系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)的。比如，在上位機(jī)，用于顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能是主要的功能。這時(shí)，采用WINDOWS的操縱系統(tǒng)是沒有什么題目。而在底層控制端，則只要采用類似RTOS或VXWORKS這樣的操縱系統(tǒng)會(huì)更好，不僅是價(jià)格便宜，而且還能夠更可靠地執(zhí)行實(shí)時(shí)控制任務(wù)。

目前，PLC之所以能夠在越來(lái)越多的場(chǎng)合取得應(yīng)用，同前面所提到的PLC的特點(diǎn)是分不開的。這些特點(diǎn)就是：可靠性，易操縱性，和靈活性。這些特點(diǎn)是PLC必須要保存的。這些特點(diǎn)的形成，是由PLC的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部軟件和硬件的構(gòu)成特點(diǎn)決定的，同時(shí)也是PLC之所以是PLC是不是其它控制系統(tǒng)的標(biāo)志。而PLC的缺點(diǎn)，則是在處理大量數(shù)據(jù)包括圖形等方面的運(yùn)算能力不足的方面。實(shí)際上，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，需要實(shí)時(shí)控制而同時(shí)又需要處理大量信息的場(chǎng)合固然存在，但并未幾見。因此，只要能解決PLC的通訊題目，可以讓PLC來(lái)?yè)?dān)負(fù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制任務(wù)，而將數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、顯示等任務(wù)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)，傳到其它系統(tǒng)中，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成，這是解決開放式控制系統(tǒng)的根本方式。也是開放式PLC的設(shè)計(jì)的思想基礎(chǔ)。

開放式PLC將最常見也是今后控制系統(tǒng)最常用的通訊接口------以太網(wǎng)和串口內(nèi)置進(jìn)了PLC的CPU單元，使PLC在保持傳統(tǒng)各種可靠功能的同時(shí)，可以低本錢地具備通訊的功能。而且，專門開發(fā)了靈活而方便的通訊模塊，用這些通訊模塊，只要簡(jiǎn)單地輸進(jìn)各類協(xié)議，就可以將這些模塊作為一種專用協(xié)議的控制模塊來(lái)使用，而價(jià)格十分低廉。同時(shí)，更令人驚異的是，在OpenPLC內(nèi)部，還具有JAVA功能，和WebServer功能，也就是說(shuō)，即使不用上位機(jī)，OpenPLC可以將PLC的狀態(tài)，包括故障報(bào)警信息和事件處理信息通過(guò)通訊模塊自動(dòng)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上，用戶可以通過(guò)電子郵件的方式來(lái)接收這些信息，也可以通過(guò)移動(dòng)通訊系統(tǒng)，利用手機(jī)的短信方式來(lái)接收這些信息，甚至可以通過(guò)GPRS、CDMA等先進(jìn)的通訊方式來(lái)進(jìn)行控制信息的跨越時(shí)空的通訊。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(duì)于生產(chǎn)過(guò)程控制、制造過(guò)程的信息化、生產(chǎn)過(guò)程和治理的優(yōu)化等都有極大的幫助。

同時(shí)，在傳統(tǒng)的控制功能方面，開放式PLC盡量保存了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn)，如模塊式結(jié)構(gòu)，多種編程語(yǔ)言，嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)，甚至是與PLC完全相同的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，這樣，使得原來(lái)的PLC用戶在使用開放式PLC的時(shí)候并不會(huì)產(chǎn)生任何不適應(yīng)的感覺，除了上面所提到的一些新的功能外，其它的方面，如選型、編程、組態(tài)等，完全與傳統(tǒng)的PLC一樣。

可以預(yù)見的是，OpenPLC的出現(xiàn)，必將改變控制系統(tǒng)的格式，尤其是對(duì)于現(xiàn)有PLC的制造商來(lái)說(shuō)，將在市場(chǎng)和應(yīng)用方面產(chǎn)生巨大的沖擊。

五、真正開放的PLC——OpenPLC

1．OpenPLC概念的由來(lái)

OpenPLC的概念也是在實(shí)際的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生的。1995年，在中國(guó)的馬鞍山鋼鐵公司的動(dòng)力調(diào)度中心，面臨一個(gè)題目，動(dòng)力調(diào)度中心要監(jiān)控馬鋼來(lái)自發(fā)電廠、水廠、煤氣廠和動(dòng)力廠（負(fù)責(zé)電力輸送）的各類能源和動(dòng)力信號(hào)，但這四個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源，包括這些能源與動(dòng)力的輸送的管網(wǎng)所涉及的上百個(gè)變電所、增壓站和泵站的自身的控制系統(tǒng)是不兼容的，有的還是專用系統(tǒng)，不僅沒有協(xié)議，連開發(fā)人都已經(jīng)無(wú)法找到。除了通訊不兼容外，連這幾個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)也大相徑庭，電廠是類似于DCS的結(jié)構(gòu)，水廠和氣廠是PLC結(jié)構(gòu)，動(dòng)力廠是SCADA結(jié)構(gòu)，對(duì)集成職員理解系統(tǒng)也形成了較大的困難。該項(xiàng)目最后固然沒有用OpenPLC解決（當(dāng)時(shí)還沒有），但該項(xiàng)目的需求導(dǎo)致了OpenPLC的誕生。

針對(duì)過(guò)程控制和離散制造業(yè)普遍存在的，各類控制要求不同的系統(tǒng)的互連的題目，本文作者提出了設(shè)計(jì)一個(gè)新型的開放式控制系統(tǒng)的構(gòu)想。由于該系統(tǒng)的目的是要盡可能地適用各類不同的應(yīng)用場(chǎng)合，因此，定名為開放式可編程控制系統(tǒng)，而英文則是OpenProgrammableLogicController，縮寫為OpenPLC。該系統(tǒng)從1995年開始構(gòu)思，到1997年基本明確設(shè)計(jì)思想，幾條主要的設(shè)計(jì)原則如下：

① OpenPLC應(yīng)該是一種以PC技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，尤其是在能夠發(fā)揮出PC特色的場(chǎng)合（如網(wǎng)絡(luò)，與外界的連接，優(yōu)化，專家系統(tǒng)，操縱界面，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，文件記錄和打印等），工作由以PC為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)；

② 在底層，需要高可靠和實(shí)時(shí)控制時(shí)，由分散控制系統(tǒng)承擔(dān)，但它不同于現(xiàn)場(chǎng)總線，它不是基于儀表的系統(tǒng)，而是基于系統(tǒng)的系統(tǒng)，儀表還是普通儀表，只是將I/O和控制單元放在了現(xiàn)場(chǎng)，傳回中心控制室的是數(shù)字信號(hào)，而不是模擬的4—20mA信號(hào)，要求原來(lái)的儀表仍然可用；

③ 在I/O點(diǎn)較集中的場(chǎng)合，可以采用類似于DCS或PLC的機(jī)柜或機(jī)架，內(nèi)部模塊用總線或網(wǎng)絡(luò)連接，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的可靠性，同時(shí)有較好的兼容性和開放性；

④ 系統(tǒng)應(yīng)該具有真正的分布性，前端可集中，也可以延續(xù)幾百米、幾公里甚至幾千公里（在地球的另一端），為此，系統(tǒng)必須具備與TCP/IP兼容的協(xié)議和WEB服務(wù)器；

⑤ 規(guī)模也可以從小至幾十點(diǎn)，大至幾千點(diǎn)甚至幾十萬(wàn)點(diǎn)。系統(tǒng)I/O規(guī)模的增加不應(yīng)該導(dǎo)致系統(tǒng)的大的改變。

OpenPLC的概念的創(chuàng)始人建立了德維森公司，當(dāng)時(shí)公司很小，沒有開發(fā)硬件和軟件的實(shí)力；因此他們采取了OEM的方式，也就是利用國(guó)際上其它公司的合適的軟件和硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)OpenPLC的系統(tǒng)理念。所幸，這時(shí)國(guó)際上也開始興起了開放式系統(tǒng)的浪潮，涌現(xiàn)出了一批熱衷于開放式系統(tǒng)的公司（但沒有一家是有名氣的至公司）。該系同一開始曾經(jīng)受過(guò)日本橫河公司的CENTUMCS的概念的啟發(fā)，也考慮了ROSEMOUNT的DELTA-V的現(xiàn)場(chǎng)總線與PC-BASED的合一的開放概念，也參考過(guò)美國(guó)OPTO22的SNAPI/O系統(tǒng)的帶有以太網(wǎng)接口的I/O模塊，但上述系統(tǒng)的昂貴的價(jià)格使得OpenPLC不得不尋求更新的價(jià)格。終極，對(duì)OpenPLC影響最大的，是美國(guó)SOFTPLC的概念，OpenPLC的研究小組希看將SOFTPLC的概念成功在更廣的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，為了擺脫SOFTPLC的品牌關(guān)聯(lián)，當(dāng)時(shí)決定以柔性控制系統(tǒng)TCS(Tailored Control System)的名稱形成了開放式可編程控制系統(tǒng)的前身系統(tǒng)。

第一套TCS的誕生所采用的是臺(tái)灣盟立自動(dòng)化公司生產(chǎn)的FAMA的PLC的硬件，但在通訊方面做了加強(qiáng)。1998年，盟立公司預(yù)備打進(jìn)大陸市場(chǎng)，在廣州自動(dòng)化展覽會(huì)上，德維森公司發(fā)現(xiàn)盟立的硬件結(jié)構(gòu)比較適合實(shí)現(xiàn)柔性控制系統(tǒng)的理念，與盟立公司達(dá)成了OEM的協(xié)議。但在系統(tǒng)構(gòu)架和市場(chǎng)推廣應(yīng)用方面，OpenPLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

TCS的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用是馬鋼第一煉鐵廠的高爐監(jiān)控系統(tǒng)，該套系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，但又加進(jìn)了過(guò)程燃燒優(yōu)化和專家系統(tǒng)，同時(shí)，高爐的所有數(shù)據(jù)都在第一時(shí)間通過(guò)LAN和WEBSERVER送到了生產(chǎn)調(diào)度和廠長(zhǎng)辦公室等治理部分，形成了信息化制造系統(tǒng)的雛形。隨后，隨著TCS在云南個(gè)舊化肥廠、攀鋼熱電廠、邯鄲鋼鐵廠、深圳高科豫電廠、水廠等行業(yè)的應(yīng)用，確立了在連續(xù)流程中作為過(guò)程控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。2001年，OpenPLC在廣東中山彎管機(jī)上實(shí)現(xiàn)了與機(jī)械的NC技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合，進(jìn)進(jìn)了CAM應(yīng)用領(lǐng)域。

由于TCS的概念的先進(jìn)性和實(shí)用性，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)于2000年8月對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了專家鑒定和評(píng)審，會(huì)議由中國(guó)的原子彈和氫彈元?jiǎng)�、中�?guó)政府高技術(shù)863計(jì)劃的倡議人、中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院兩院院士楊嘉墀主持，系統(tǒng)被以為具有國(guó)際先進(jìn)水平，隨后，在2001和2002年，TCS獲得廣東省和深圳市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

與此同時(shí)，OpenPLC的研究小組以為TCS的概念仍然太過(guò)籠統(tǒng)，并且試圖用一種系統(tǒng)涵蓋所有的應(yīng)用的想法有些不切實(shí)際。因此，重新審閱OpenPLC的概念，以為開始以開放式PLC的概念從PLC的產(chǎn)品向其它控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域延伸是比較好的想法。隨后成立的加拿大在線控制有限公司和中國(guó)的合控電氣（深圳）有限公司繼續(xù)在OpenPLC這個(gè)概念上研發(fā)，新一代的OpenPLC產(chǎn)品于2003年底終于重新面世。隨后，OpenPLC在數(shù)控切割機(jī)、注塑機(jī)、機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)、污水處理設(shè)備的應(yīng)用，開辟了在機(jī)械OEM系統(tǒng)等離散制造業(yè)中的應(yīng)用。

2004年，OpenPLC在加拿大阿爾伯達(dá)省的LANDPETROLEUM公司的一個(gè)自然氣處理廠和自然氣田作為SCADA系統(tǒng)得到應(yīng)用。該系統(tǒng)除了通過(guò)無(wú)線數(shù)字電臺(tái)將井口的數(shù)據(jù)傳到氣處理廠的中心控制室外（這是標(biāo)準(zhǔn)的SCADA系統(tǒng)的功能），另外增加了兩個(gè)引人注目的功能，一個(gè)是將所有的數(shù)據(jù)通過(guò)北美移動(dòng)公司的網(wǎng)絡(luò)上連互聯(lián)網(wǎng)，使油田的業(yè)主在300公里外的卡加利總部可以看到一分鐘以前的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，不僅可以了解氣田的實(shí)時(shí)銷售狀況，也便于總部的工程師隨時(shí)了解井口和廠區(qū)的狀況，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行診斷；另一個(gè)是在井口的控制器中，結(jié)合采油增產(chǎn)工藝對(duì)栓塞式增產(chǎn)工藝進(jìn)行了控制，將增產(chǎn)工藝成功地以軟件功能塊的方式存儲(chǔ)在OpenPLC的井口生產(chǎn)控制器中，達(dá)到了增產(chǎn)20%的效果。該套系統(tǒng)的成功使用，標(biāo)志著OpenPLC作為E-PRODUCTION的基礎(chǔ)系統(tǒng)得到了實(shí)踐的驗(yàn)證。同年，OpenPLC在美國(guó)通用汽車的別克轎車的大燈開關(guān)的壽命測(cè)試儀上進(jìn)行投進(jìn)使用，該項(xiàng)目由美國(guó)EMERSON公司在深圳的工廠招標(biāo)采用，考慮到世界第一臺(tái)PLC就是通用汽車使用的，這一臺(tái)OpenPLC在通用汽車的開關(guān)生產(chǎn)線的測(cè)試設(shè)備上使用，也具有特殊的意義。

2．OpenPLC的技術(shù)上風(fēng)

① 傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放帶來(lái)的不便

目前，市場(chǎng)上的PLC產(chǎn)品基本上由十幾家公司占據(jù)，這些公司大部分是著名的跨國(guó)公司，包括SIEMENS、ROCKWELL、GE、三菱、SCHNEIDER、ABB、KOYO等等。目前，幾乎所有的系統(tǒng)都是由原廠家開發(fā)的不兼容系統(tǒng)，當(dāng)初都是由其各自獨(dú)立按自己的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出來(lái)的，互相之間不能互連。固然最近各廠家都開發(fā)了通訊模件，但都價(jià)格昂貴，而且與外界的通訊由于各種原因都未做到完全通暢。很多制造業(yè)用戶特別是大型企業(yè)為了避免過(guò)分依靠一家系統(tǒng)提供商而形成的貿(mào)易和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，通常會(huì)同時(shí)采用幾家不同的控制系統(tǒng)。而傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放和不兼容令企業(yè)難以充分利用自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)企業(yè)內(nèi)部的系統(tǒng)集成、系統(tǒng)升級(jí)和治理帶來(lái)了極大的困難。如何將控制系統(tǒng)互連以及與ERP和MES系統(tǒng)相連，形成由生產(chǎn)過(guò)程的最低層生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到治理決策職員的無(wú)縫的雙向信息流，是很多企業(yè)自動(dòng)化和信息職員以及領(lǐng)導(dǎo)層關(guān)心的題目，而對(duì)于這個(gè)題目，傳統(tǒng)的封閉式的控制系統(tǒng)是無(wú)法解決的。

此外，各廠家的PLC系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)、控制指令、通訊標(biāo)準(zhǔn)都不能共用，這樣，一旦用戶購(gòu)買了某一種專用系統(tǒng)，就被迫繼續(xù)采用，由于當(dāng)他們由于某些原因想改換PLC時(shí)，工程師不得不學(xué)習(xí)另外的新的編程語(yǔ)言。這是為什么要指定IEC61131-3，為所有的可編程控制器訂立編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的原因。專用系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工程、維護(hù)都需要專門進(jìn)行，造成其生產(chǎn)本錢以及售價(jià)都居高不下。

今天制造企業(yè)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)升級(jí)等技術(shù)支持的要求很高，同時(shí)要求系統(tǒng)供給商了解工廠的制造工藝，并需要一個(gè)專業(yè)的技術(shù)支持，對(duì)制造專用系統(tǒng)的公司來(lái)說(shuō)，在一個(gè)區(qū)域性市場(chǎng)要保持一支經(jīng)過(guò)良好練習(xí)的維護(hù)隊(duì)伍本錢很高，這個(gè)原因?qū)е铝丝刂葡到y(tǒng)的技術(shù)服務(wù)難以令人滿足，即使有服務(wù)，其備件和人工費(fèi)也都很昂貴。由于系統(tǒng)是專用的，用戶對(duì)這種狀況沒有其它選擇。大家知道，設(shè)備所造成的停產(chǎn)代價(jià)是非常之大的，而且現(xiàn)代工廠需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此制造企業(yè)迫切需要一個(gè)高靈活性的、兼容能力強(qiáng)、低本錢、可靠并具有強(qiáng)大的通訊能力的系統(tǒng)和良好的技術(shù)支援服務(wù)，傳統(tǒng)的PLC公司在解決這方面的題目上尚未做到令人滿足。

② OpenPLC的開放性給用戶的好處

OpenPLC就是因應(yīng)這種需求而產(chǎn)生的一種開放式的控制系統(tǒng)平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)在于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，而是可以適合許很多多不同的行業(yè)，并應(yīng)用在不同的場(chǎng)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(jí)和延伸，因此受到市場(chǎng)的歡迎。

OpenPLC的自動(dòng)化平臺(tái)也是最徹底的開放式方案，國(guó)際上的各大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手固然也推出了開放式系統(tǒng)的概念，但通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口，實(shí)現(xiàn)局部的互連和通訊，并非真正意義上的開放；而OpenPLC把PC兼容的技術(shù)引進(jìn)到現(xiàn)場(chǎng)控制器內(nèi)部，系統(tǒng)采用WINTEL芯片和軟件結(jié)構(gòu)，通訊采用全球通用的Ethernet協(xié)議TCP/IP作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和現(xiàn)場(chǎng)控制總線協(xié)議，并且內(nèi)部可以內(nèi)置Web-Server因此具有很大的競(jìng)爭(zhēng)上風(fēng)。用戶還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或公司內(nèi)部的Intranet網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)任何現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并實(shí)行控制，反過(guò)來(lái)，供給商也可以通過(guò)Internet對(duì)用戶的系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，從而實(shí)現(xiàn)全天候的低本錢的24小時(shí)的技術(shù)支持服務(wù)。

OpenPLC的特點(diǎn)是開放性，是將電子、通訊、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)（IT）方面的國(guó)際最新技術(shù)成果在自動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，全球的IT業(yè)都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)，也就是任何一家公司只要按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，都可以和世界上任何一家至公司的產(chǎn)品兼容或競(jìng)爭(zhēng)。所以有關(guān)的技術(shù)目前在國(guó)際各種媒體包括互聯(lián)網(wǎng)上可以方便地得到，這就使OpenPLC的制造商和系統(tǒng)集成商可以借助國(guó)際上所有的IT行業(yè)的最新成果，包括INTEL、MICROSOFT、IBM等國(guó)際眾多巨型公司的技術(shù)和氣力來(lái)和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的專業(yè)公司抗衡，相當(dāng)于是借助了全球IT行業(yè)的技術(shù)氣力來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)。同時(shí)，這些技術(shù)固然是通訊、電腦、網(wǎng)絡(luò)、軟件等行業(yè)的通用技術(shù)，但也并不是可以直接用在自動(dòng)化行業(yè)的，必須對(duì)之進(jìn)行加工、改造，尤其是在抗干擾和可靠性方面以及如何適應(yīng)產(chǎn)業(yè)控制的具體情況等方面進(jìn)行大量細(xì)致的工作。

另外，通過(guò)采用通用的產(chǎn)品與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使OpenPLC的制造商可以低本錢地利用標(biāo)準(zhǔn)器件和現(xiàn)有技術(shù)，如大量的通用軟件如通訊軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件、圖形軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件使開發(fā)本錢大大降低，研發(fā)周期大大縮短，所用的元器件也由于是與主流技術(shù)兼容的產(chǎn)品而可以低本錢方便地得到。使OpenPLC可以做到在價(jià)格比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的價(jià)格低三到五成的情況下仍然能夠保證較高的邊際利潤(rùn)。OpenPLC由于其所具有的開放性和靈活的通訊特點(diǎn)，可以構(gòu)成足以令人眼花繚亂的各種各樣的控制系統(tǒng)，但是，OpenPLC的基本單元是十分簡(jiǎn)單的。除了前述的開放性特點(diǎn)之外，OpenPLC還有一個(gè)最為重要的特點(diǎn)，那就是簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單就是美，OpenPLC所有的解決方案，從設(shè)計(jì)到應(yīng)用，從軟件到硬件，從集成到組態(tài)，處處都體現(xiàn)出“簡(jiǎn)單”的特點(diǎn)。

六、結(jié)束語(yǔ)

PLC的未來(lái)發(fā)展不僅取決于產(chǎn)品本身的發(fā)展，還取決于PLC與其它控制系統(tǒng)和工廠治理設(shè)備的集成情況。PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，被集成到計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）系統(tǒng)中，把他們的功能和資源與數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、治理信息系統(tǒng)以及分層軟件系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，在工廠的未來(lái)發(fā)展中，將占據(jù)重要的地位。

新的PLC的技術(shù)進(jìn)展包括：更好的操縱員界面，圖形用戶界面（GUI），人機(jī)界面；也包括與設(shè)備、硬件和軟件的接口；并支持人工智能，比如邏輯I/O系統(tǒng)等。

軟件進(jìn)展將采用廣泛使用的通訊標(biāo)準(zhǔn)提供不同設(shè)備的連接，新的PLC指令將立足于增加PLC的智能性，基于知識(shí)的學(xué)習(xí)型的指令也將逐步被引進(jìn)，以增加系統(tǒng)的能力。

用戶對(duì)于柔性制造系統(tǒng)的需求將決定未來(lái)的控制哲學(xué)。可以肯定的是，未來(lái)的工廠自動(dòng)化中，PLC將肯定占據(jù)重要的地位，控制策略將被智能地分布開來(lái)，而不是集中，超級(jí)PLC將在需要復(fù)雜運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)通訊和對(duì)小型PLC和機(jī)器控制器的監(jiān)控的應(yīng)用中獲得使用。

所有上述的發(fā)展，都取決于一個(gè)因素：PLC的開放性。只有開放了，PLC才能與其它控制系統(tǒng)集成；只有開放了，PLC才能與CIM、機(jī)器人、CAD/CAM、個(gè)人計(jì)算機(jī)、MIS結(jié)合，在工廠的未來(lái)發(fā)展中占有重要地位；只有開放了，PLC才可能發(fā)展更好的人機(jī)界面，才能與其它設(shè)備具備更靈活的接口；只有開放了，PLC才能適應(yīng)更多的通訊標(biāo)準(zhǔn)；只有開放了，才能采用更多、更復(fù)雜的控制策略。

PLC應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。請(qǐng)點(diǎn)擊打開查看參考：PLC應(yīng)用領(lǐng)域.docPLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。1.可編程控制器的定義可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC（ProgrammablelogicController）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義："PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。"2.PLC的特點(diǎn)2.1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。2.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。2.4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。2.5體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。3.1開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3.2模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.3運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3.4過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。3.5數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼��?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。3.6通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。4.PLC的國(guó)內(nèi)外狀況世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。5.PLC未來(lái)展望21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。1PLC基礎(chǔ)知識(shí)1.1　PLC的發(fā)展歷程　　在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開關(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）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，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）�！　�個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）�！　∩鲜兰o(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)�！　�PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC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)見的將來(lái)，是無(wú)法取代的。1.2　PLC的構(gòu)成　　從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。1.3　CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路�！　�CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作�！　�CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。1.4　I/O模塊　　PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊�！　〕Ｓ玫腎/O分類如下：　　開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等�！　〕�了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊�！　“碔/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。1.5　電源模塊　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。1.6底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。1.7PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備1.7.1編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。1.7.2　人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。1.8　PLC的通信聯(lián)網(wǎng)　　依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說(shuō)法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò)多點(diǎn)接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則2.1最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。2.2在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。2.3保證控制系統(tǒng)安全可靠。2.4考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。3PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語(yǔ)言3.1　PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來(lái)進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。3.2　PLC提供的編程語(yǔ)言3.2.1　標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)3.2.1.1　它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。3.2.1.2　梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。3.2.1.3　梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。3.2.1.4　內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。3.2.1.5　PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。3.2.2　語(yǔ)句表語(yǔ)言，類似于匯編語(yǔ)言。3.2.3　邏輯功能圖語(yǔ)言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來(lái)表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算框表示一個(gè)功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。4　STEP7程序的使用4.1　創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目就象一個(gè)文件夾，所有數(shù)據(jù)都以分層的結(jié)構(gòu)存在于其中，任何時(shí)候你都可以使用。在創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目之后，所有其他任務(wù)都在這個(gè)項(xiàng)目下執(zhí)行。4.2　組態(tài)一個(gè)站，組態(tài)一個(gè)站就是指定你要使用的可編程控制器，例如S7300、S7400等。4.3　組態(tài)硬件，組態(tài)硬件就是在組態(tài)表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什么樣的地址來(lái)訪問(wèn)這些模板，地址一般不用修改由程序自動(dòng)生成。模板的特性也可以用參數(shù)進(jìn)行賦值。4.4　組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接，通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，也就是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)滿足你的控制方案的子網(wǎng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)特性、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接特性以及任何聯(lián)網(wǎng)的站所需要的連接。網(wǎng)絡(luò)地址也是程序自動(dòng)生成如果沒有更改經(jīng)驗(yàn)一定不要修改。4.5　定義符號(hào)，可以在符號(hào)表中定義局部或共享符號(hào)，在你的用戶程序中用這些更具描述性的符號(hào)名替代絕對(duì)地址。符號(hào)的命名一般用字母編寫不超過(guò)8個(gè)字節(jié)，最好不要使用很長(zhǎng)的漢字進(jìn)行描述，否則對(duì)程序的執(zhí)行有很大的影響。4.6　創(chuàng)建程序，用梯形圖編程語(yǔ)言創(chuàng)建一個(gè)與模板相連結(jié)或與模板無(wú)關(guān)的程序并存儲(chǔ)。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以采用線形編程（基于一個(gè)塊內(nèi)，OB1）、分布編程（編寫功能塊FB,OB1組織調(diào)用）、結(jié)構(gòu)化編程（編寫通用塊）。我們最常采用的是結(jié)構(gòu)化編程和分布編程配合使用，很少采用線形編程。4.7　下載程序到可編程控制器，完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務(wù)之后，可以下載整個(gè)用戶程序到可編程控制器。在下載程序時(shí)可編程控制器必須在允許下載的工作模式下（STOP或RUN-P）,RUN-P模式表示，這個(gè)程序?qū)⒁淮蜗螺d一個(gè)塊，如果重寫一個(gè)舊的CPU程序就可能出現(xiàn)沖突，所以一般在下載前將CPU切換到STOP模式。5　WINCC程序的使用5.1　簡(jiǎn)介，WINCC是在生產(chǎn)和過(guò)程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)。具有控制自動(dòng)化過(guò)程的強(qiáng)大功能，是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作監(jiān)視系統(tǒng)，它很容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機(jī)界面精確的滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。WINCC有兩個(gè)版本RC版（具有組態(tài)和開發(fā)環(huán)境）、RT版（只有運(yùn)行環(huán)境），我們一般使用的是RC版。5.2　WINCC簡(jiǎn)單使用步驟5.2.1　變量管理，首先確定通訊方式安裝驅(qū)動(dòng)程序，然后定義內(nèi)部變量和外部變量，外部變量是受你買的WINCC軟件授權(quán)限制的最大授權(quán)64K字節(jié)，內(nèi)部變量沒有限制。5.2.2　畫面生成，進(jìn)入圖形編輯器，圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過(guò)程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以使用包含在對(duì)象和樣式庫(kù)中的眾多的圖形對(duì)象來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的過(guò)程畫面�？梢酝ㄟ^(guò)動(dòng)作編程將動(dòng)態(tài)添加到單個(gè)圖形對(duì)象上。5.2.3　報(bào)警記錄設(shè)置，報(bào)警記錄提供了顯示和操作選項(xiàng)來(lái)獲取和歸檔結(jié)果�？梢匀我獾剡x擇消息塊、消息級(jí)別、消息類型、消息顯示以及報(bào)表。為了在運(yùn)行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器中的對(duì)象庫(kù)中的報(bào)警控件。5.2.4　變量記錄，變量記錄是用來(lái)從運(yùn)行過(guò)程中采集數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備將它們顯示和歸檔。5.2.5　報(bào)表組態(tài)，報(bào)表組態(tài)是通過(guò)報(bào)表編輯器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。是為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當(dāng)前或已歸檔的數(shù)據(jù)定時(shí)器或事件控制文檔的集成的報(bào)表系統(tǒng)，可以自由選擇用戶報(bào)表的形式。5.2.6　全局腳本的應(yīng)用，全局腳本就是C語(yǔ)言函數(shù)和動(dòng)作的通稱，根據(jù)不同的類型腳本被用于給對(duì)象組態(tài)動(dòng)作并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部C語(yǔ)言編譯器來(lái)處理。全局腳本動(dòng)作用于過(guò)程執(zhí)行的運(yùn)行中。一個(gè)觸發(fā)可以開始這些動(dòng)作的執(zhí)行。5.2.7　用戶管理器設(shè)置，用戶管理器用于分配和控制用戶的單個(gè)組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)編輯器的訪問(wèn)權(quán)限。每建立一個(gè)用戶，就設(shè)置了WINCC功能的訪問(wèn)權(quán)利并獨(dú)立的分配給此用戶。至多可分配999個(gè)不同的授權(quán)。5.2.8　交叉表索引，交叉索引用于為對(duì)象尋找和顯示所有使用處，例如變量、畫面和函數(shù)等。使用"鏈接"功能可以改變變量名稱而不會(huì)導(dǎo)致組態(tài)不一致。|||PLC的應(yīng)用領(lǐng)域　　目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。（1）開關(guān)量的邏輯控制　　這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制　　在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（4）過(guò)程控制　　過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。（5）數(shù)據(jù)處理　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼��?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。　　PLC的應(yīng)用領(lǐng)域仍在擴(kuò)展，在日本，PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機(jī)械的自動(dòng)控制，擴(kuò)展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過(guò)程控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關(guān)連的機(jī)器、與環(huán)境關(guān)連的機(jī)器，而且均有急速的上升趨勢(shì)。值得注意的是，隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界線日趨模糊的時(shí)候，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴(kuò)展。|||PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。3.1開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3.2模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.3運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3.4過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。3.5數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼��?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。3.6通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。4.PLC的國(guó)內(nèi)外狀況世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家�？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。5.PLC未來(lái)展望21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。|||PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)|||PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè).|||PLC在很多模塊控制中特別是自動(dòng)化中應(yīng)用廣泛。|||1.應(yīng)用：在當(dāng)今的工業(yè)界，只要涉及控制的地方，都離不開PLC這個(gè)大腦，簡(jiǎn)單的講，可大概分為兩個(gè)領(lǐng)域：其一為單機(jī)控制為主的一切設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域，比如：包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、注塑機(jī)械、自動(dòng)焊接設(shè)備、隧道盾構(gòu)設(shè)備、水處理設(shè)備、切割、多軸磨床、冶金行業(yè)的輥壓、連鑄機(jī)械....太多了，這些設(shè)備的所有動(dòng)作，加工都需要靠依據(jù)工藝設(shè)定在PLC內(nèi)的程序來(lái)指導(dǎo)執(zhí)行和完成，就如人的大腦；其二為過(guò)程控制為主的流程自動(dòng)化行業(yè)，比如污水處理、自來(lái)水處理、樓宇控制、火電主控、輔控、水電主控、輔控、冶金行業(yè)、太陽(yáng)能、水泥、石油、石化、鐵路交通...也太多了。這些行業(yè)所有設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行，總存在許多的監(jiān)控點(diǎn)和大量的實(shí)時(shí)參數(shù)，而要監(jiān)視、控制、和采集這些流程參數(shù)和相關(guān)的工藝設(shè)備，也必須依靠PLC這個(gè)大腦來(lái)完成，當(dāng)然傳統(tǒng)叫法也有DCS，盡管設(shè)計(jì)之初的理念不一樣，但現(xiàn)技術(shù)路線已逐漸融合。2.這么說(shuō)，或許更直觀些：只要是涉及工業(yè)控制的任何地方，都會(huì)采用PLC來(lái)控制！它涉及到我們生活的方方面面，包括我們從超市買的任何商品，我們用的數(shù)碼產(chǎn)品，開的車，看的書等其從生產(chǎn)——包裝——傳送——倉(cāng)儲(chǔ)——運(yùn)輸?shù)鹊拳h(huán)節(jié)都需要用PLC控制的自動(dòng)化設(shè)備來(lái)完成，這個(gè)例子夠明確了吧？