一、PLC簡介
1.1、PLC歷史簡述：?
60年代以前，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了著名的十項招標(biāo)指標(biāo)，即：
1．編程方便現(xiàn)場可修改程序；
2．維修方便采用模塊化結(jié)構(gòu)；
3．可靠性高于繼電器控制裝置；
4．體積小于繼電器控制裝置；
5．?dāng)?shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；
6．成本可與繼電器控制裝置競爭；
7． 輸入可以是交流115V；
8．輸出為交流115V 2A 以上能直接驅(qū)動電磁閥接觸器等；
9．在擴(kuò)展時原系統(tǒng)只要很小變更；
10．用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K。
這十條中的大多數(shù)直到今天仍然是PLC的基礎(chǔ)定義（除了第7條輸入可以是交流115V，目前已被DC24V替代）。
1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC） 研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971 年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品飲料冶金造紙等工業(yè)。
這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971 日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974 年開始進(jìn)行引進(jìn)和研制，但一直不太成功，個中原因很多，到04年為止，整個PLC市場仍然以進(jìn)口品牌為主。
近些年，因為全世界的加工型產(chǎn)業(yè)向中國的轉(zhuǎn)移，使中國成為了全世界的加工基地，巨大的需求帶動了中國的裝備制造業(yè)蓬勃發(fā)展，從而帶動了中國控制技術(shù)的飛速發(fā)展。
信息時代裝備制造的核心是什么？是自動化、信息化，而PLC則是整個裝備自動化和信息化的核心部件。一個沒有強(qiáng)大自動化產(chǎn)業(yè)做支持的制造大國是不可能長久的，低成本的人工是不可能長久的，只有通過加強(qiáng)自動化程度，加強(qiáng)信息化程度，我們才有可能進(jìn)一步的降低成本提高性能提升附加值，成為一個名符其實的制造強(qiáng)國。
所以歷史賦予了我們一個很重要的使命，通過加強(qiáng)裝備控制的水平來提升中國造的國際競爭力。
1.2、PLC定義與選取：?
PLCOPEN將PLC定義為：具有編程能力的固態(tài)控制系統(tǒng)
PLC主要的功能就是通過編程后實現(xiàn)用戶需要的各種類型的控制功能，前面已經(jīng)說過在沒有PLC之前，大家要通過很多專用電路或者繼電器組來完成控制功能。現(xiàn)在PLC廣泛的應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)中，我們身邊的絕大多數(shù)產(chǎn)品都是由PLC控制的裝備制造出來的。比方說塑料、包裝、造紙、冶金、石化、電梯、木工、陶瓷等等。
因為控制的方式不同，以前大家分為過程控制和順序控制或者離散控制兩類，其中過程控制來源于早期的過程儀表控制，后逐步發(fā)展為DCS，而順序控制來源于早期的繼電器組，最后發(fā)展出了PLC，但隨著微電子、軟件、硬件和通信技術(shù)的發(fā)展，目前很多DCS和PLC都采用同樣的或者類似技術(shù)平臺，雙方之間區(qū)別越來越小，大多數(shù)新一代的控制系統(tǒng)都不再區(qū)分DCS或者PLC，不過新一代控制器是否叫PLC還是DCS或者FCS、PAC、NCS，這并沒有得到廣大廠商的認(rèn)同。特別是網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線的發(fā)展，使DCS越來越?jīng)]有單獨存在的價值，很多的國際大公司都把新一代的控制系統(tǒng)合并了DCS、PLC、IPC、FCS功能。
為了簡化各種概念，我們根據(jù)項目的大小、項目的重復(fù)度把PLC的應(yīng)用分為工程和OEM兩部分，其中工程主要指造紙、石化、冶金、水泥、大型港機(jī)等項目特征明顯的自動化系統(tǒng)，而OEM主要指各種使用PLC的裝備，如電梯、擠出機(jī)、包裝機(jī)、回流焊、點膠機(jī)、特種車輛等，”這兩大塊構(gòu)成了PLC的最主要的市場。
有朋友會問“為什么不用單片機(jī)開發(fā)專用控制器呢？PLC的功能大多可以通過使用單片機(jī)來開發(fā)，而且單片機(jī)的成本要低很多，現(xiàn)在一塊最便宜的單片機(jī)不過幾毛錢，而最便宜的PLC都要好幾百塊。倒底選擇PLC做為控制器的標(biāo)準(zhǔn)和理由是什么呢？”
確實有很多控制使用單片機(jī)，比方說室內(nèi)空調(diào)控制器，電視機(jī)控制器，微波爐控制器等，其中有一些控制器實現(xiàn)的功能還相當(dāng)復(fù)雜。那為什么還有PLC存在的必要呢？
所有的控制方案選擇都是通過性能和成本兩個方面來考慮的，也就是性價比。這就像買房子，我們可以用泥沙蓋房子，也可以買現(xiàn)成的商品房。如果自己蓋房子，我們不光是土建，我們還需要水、氣、電、排污等輔助功能，而買商品房我們只需要對其進(jìn)行裝修就可以了。
PLC就是一個商品房，她是模塊結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，集成了控制需要的各種軟硬件，包括指令、功能塊、通信、IO接口、模擬量、溫度、運控等各種功能。用戶拿到后只需要進(jìn)行簡單的二次開發(fā)就可以滿足要求，整個過程就像用積木搭一個房子一樣。相反用單片機(jī)開發(fā)一個專用控制系統(tǒng)，從表面的物理成本上是降低了，但是人工和開發(fā)進(jìn)度卻不容樂觀，一個最簡單的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)也需要四周左右，而使用PLC可能只需要一個小時。
同時，PLC的可靠性是多年應(yīng)用和嚴(yán)格實驗保證的，無數(shù)不同行業(yè)不同廠商的應(yīng)用使其的BUG減至最少，而單片機(jī)系統(tǒng)無法保證這一點。所以單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性要低很多，特別是系統(tǒng)剛開發(fā)的這一兩年內(nèi)，龐大的維護(hù)和升級費用將使你的成本急距上升。
當(dāng)然如果你的控制對象量很多，而且對于可靠性要求不高，那么單片機(jī)一定是你的選擇，比方說剛才說的空調(diào)、電視之類，這些產(chǎn)品的年產(chǎn)量都超過千萬臺，用單片機(jī)開發(fā)完全可以做到最低的成本，并且家用電器對于可靠性要求也不高，按兩下按鍵不動，大不了再重新按一下，而在工控場合這是絕不允許的，比方說鍋爐該動不動就有可能造成很大的事故。
IPC（工控機(jī)）和PLC的選擇:
比方說球磨機(jī)的自動控制系統(tǒng)，用加速度傳感器采集球磨機(jī)的軸振，再通過傅利葉變換取出球磨機(jī)內(nèi)存煤量的特征頻率，用來控制球磨機(jī)的供煤速度。在球磨機(jī)的控制環(huán)境中需要用到像傅利葉變換之類的復(fù)雜算法，如果用PLC實現(xiàn)會比較困難，所以采用IPC，并用C、C++開發(fā)對應(yīng)的控制算法，如果需要更為可靠的控制，我們可以將IPC的結(jié)果再交給PLC來控制。
早在上世紀(jì)90年代很多分析報靠認(rèn)為到2000年以后，PC_BASE（基于PC技術(shù)開發(fā)）的產(chǎn)品將替代掉大部分PLC，但實際證明他們錯了，PLC不光沒消失，它還吸收了單片機(jī)和PC的很多新技術(shù)，越來越有生命力了。現(xiàn)在的產(chǎn)品中的大多數(shù)PLC都使用了單片機(jī)、IPC和各種專用處理器來實現(xiàn)，應(yīng)該說PLC是單片機(jī)、PC技術(shù)的受益者，特別是現(xiàn)代的PLC與PC的分界已越來越小，很多PLC也可以演算一些很復(fù)雜的算法，包括傅利葉變換、相似度比較等。
PC_BASE技術(shù)在前幾年之所以很流行，一方面是因為商用PC在軟硬件技術(shù)上的積累使其開發(fā)成本降低，可供選擇的硬件和軟件很多，特別DOS和C語言的推廣，使大家感到使用PC有更好的可控感。
但隨著WIN NT系統(tǒng)的開始，用PC開發(fā)控制器的難度越來越高，而可靠性卻越來越低，高速的CPU系統(tǒng)使功耗增加，學(xué)電子的朋友可能知道，半導(dǎo)體的損壞中最常見的一項是過熱損壞，一般硅半導(dǎo)體的結(jié)溫最多可以承受120度，IPC功耗的增加使其對應(yīng)用環(huán)境的要求也同步升高；另外IPC芯片封裝的密度，特別是BGA等高密度封裝使其無法在工業(yè)的高塵高污的環(huán)境中使用。
同時WIN CE或者NT平臺下的實時控制也讓大家如隔靴搔癢般，不再有當(dāng)初的那種一切在掌握中的感覺。特別是現(xiàn)在微軟的VASTA出來后，對于廣大的IPC廠商來說更是一個噩夢，這意味著很多CPU、內(nèi)存、接口芯片甚至包括軟件又要停產(chǎn)換代了，這種頻繁的更新?lián)Q代完全無法適應(yīng)工控的要求。微軟和INTEL現(xiàn)在越來越不把向下兼容當(dāng)作重點，每一次升級都意味著一次重新開發(fā)和投資。 ?
選擇PLC的基準(zhǔn)：
數(shù)量——對于裝備制造廠商而言，單一裝備（同樣的硬件配置和程序）月生產(chǎn)量500臺以下就可以考慮使用PLC，如果超過了這個數(shù)量就可以考慮使用專用PLC或者單片機(jī)開發(fā)的專用控制器。
品牌——各成熟廠商PLC的功能差別不大，品牌的選擇更多的是考慮服務(wù)和宣傳，這需要裝備制造廠商根據(jù)自己的定位來選擇，但品牌在PLC的價值中占有較大有份額，同樣點數(shù)，同樣功能的PLC，不同品牌的價格會有數(shù)倍至十倍的差別。
功能——功能的選擇不是越多越好，許多功能大多數(shù)用戶都用不上，但是有一些功能又是PLC的可選功能，比方說實時時鐘、電池、RS485、擴(kuò)展接口等，一般基本功能的PLC價格會很低，但如果選擇增加功能價格就會高很多。
可靠性——PLC產(chǎn)品的可靠性與設(shè)計、器件、制造工藝相關(guān)系，同時也與用戶的使用環(huán)境和習(xí)慣有關(guān)系，德維森的V80系列在軍品上有相當(dāng)多的應(yīng)用，所以在可靠性方面完全是沒有問題的。
價格——價格的高低對于量比較大的裝備廠來說是選取的關(guān)鍵點，但價格從來都不是PLC的考慮點。
習(xí)慣——因為各家PLC的編程習(xí)慣均有不同，我們發(fā)現(xiàn)很多裝備廠商工程師在學(xué)生時代學(xué)的教程就是日本三菱的，所以習(xí)慣上更偏向于日系品牌，但日系編程習(xí)慣并不是的，認(rèn)真學(xué)習(xí)PLC廠商提供的手冊是加快了解和學(xué)習(xí)一種新PLC的關(guān)鍵。?
本文作者是矩形科技總經(jīng)理王晟磊，最初發(fā)表于2008年。