1、概述
自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代傳統繼電器控制裝置以來,PLC得到了快速發展,在世界各地得到了廣泛應用。同時,PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術、網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高,PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制,在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。
作為離散控制的首選產品,PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發展,世界范圍內的PLC年增長率保持為20%~30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數的不斷擴大,近年來PLC在工業發達國家的增長速度放緩。但是,在中國等發展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關資料,2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右,在自動化領域占據著十分重要的位置。
自上世紀七十年代引進PLC以來,PLC在我國的應用已有30年的歷史。引進初期,由于PLC價格昂貴,引進的PLC主要用于冶金、電力、自動化生產線等大的設備和系統。近10年來,隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大,越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制,PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發展和基礎自動化水平的不斷提高,今后一段時期內PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。
在引進國外PLC產品的過程中,我國也曾組織了相關單位消化、吸收PLC的關鍵技術,試圖對PLC進行國產化。
但是,受各種因素的影響,國產PLC一直沒有形成產業化規模,目前中國市場上95%以上的PLC產品來自國外公司。
2、PLC發展趨勢
從剛一問世至今,PLC一直表現出強大的生命力和高速增長態勢。近年來,有關媒體進行過PLC和DCS(Distributed Control System, 分布式控制系統)誰更有生命力以及PLC是否會被IPC(Industrial PC,工業PC)、嵌入式控制器、FCS(Fieldbus Control System,現場總線控制系統)等取代的討論。隨著計算機技術和控制技術的不斷發展,PLC和DCS都在不斷吸收對方的優點,因此在部分高端PLC應用領域PLC的功能與DCS的功能越來越接近。但是,筆者認為,DCS有DCS的傳統應用領域,PLC有PLC的傳統應用領域,二者在今后5年內誰也不會代替誰,只是互相吸收對方的優點,在高端逐漸走向融合。至于經過一段時間發展后,DCS和高端PLC功能越來越接近,它們的名字叫什么都無關緊要,傳統DCS廠商可能會叫它DCS,傳統PLC廠商可能會叫它PLC,也可能叫FCS、PAC(Programmable Automation Controller,可編程自動化控制器)或其它名字。無論是PLC還是DCS,市場上的主流產品都采用了現場總線技術,盡管它們都不是嚴格意義上的FCS,但人們也可在一定程度上認為它們就是FCS,其實有不少廠商就是這么做的。因為FCS與DCS、PLC的關系不是本文討論的重點,在此不多敘述。
IPC加軟件能實現PLC的主要功能,在一些場合能代替PLC進行控制,實現所謂軟PLC的功能。這是IPC可靠性得到較大程度提高,并充分利用IPC通用性時PLC的一個發展分支,但筆者認為它畢竟只是一分支,近期內絕對不會成為PLC應用的主流。通用PLC應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器,但PLC相對一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩定性。筆者實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器,現在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。
PLC將不斷豐富功能、提高性能,其主要發展趨勢體現為以下幾點。
功能更強大
在原有開關量處理的基礎上,PLC將進一步增強模擬量處理能力,并不斷融合順序控制、過程控制和運動控制功能。同時,PLC的運算速度、處理能力和存儲容量也將不斷提高。大型PLC系統在控制的基礎上,不斷增加管控一體化功能。小型PLC不僅具有順序控制和邏輯聯鎖功能,還移植了大中型PLC的一些高級功能,如模擬量的閉環調節和運動控制等。
網絡化
無論是大型PLC還是小型PLC,網絡功能不斷增強。PLC向上可以連接各種管理網,向下可連接各種現場設備。即使是小型PLC,不僅要完成單機設備的控制,還要對相關設備進行協調,因此通過網絡交換信息就顯得十分重要。為滿足現代工廠自動化對PLC系統開放性和互聯性的要求,北京和利時系統工程股份有限公司(以下簡稱和利時公司)推出的小型一體化PLC HOLLiAS-LEC就有多種聯網功能。HOLLiAS-LEC G3不僅設計了與CPU集成一體的標準MODBUS協議、專有協議和自由協議串行通訊接口,還可通過網絡接口模塊與其它系統進行互連,接口模塊包括自由協議串口、Profibus-DP、Ethernet、evicenet、Lonworks、CAN、FF、Modem、GPRS/GSM等。
標準化和開放性
通過自由組合模塊化和標準化的硬件,同一廠商的產品可以靈活地組成滿足不同要求的控制系統。同時,PLC將越來越開放,它提供的將是一個開放性平臺,通過提供標準化和開放性的接口,PLC可以很方便地接入其它系統。另外,越來越多的PLC采用標準的編程語言。編程語言國際標準IEC 61131-3以前更多地被歐美廠商采用,現在包括日本廠商在內