PLC的過去、現(xiàn)在與未來-中文翻譯

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第 0 頁 共 5 頁中文譯文：PLC 的過去、現(xiàn)在與未來王 嘉 浩眾所周知，科技世界里只有一個永恒真理，那就是變化。這在可編程邏輯控制器（PLC ）及其各種應(yīng)用的發(fā)展過程中尤為明顯。自從三十多年前將 PLC引進(jìn)以來，PLC 已經(jīng)在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中成為幾十萬控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。從本質(zhì)上講，PLC 是一種用高度專業(yè)化語言編程的工業(yè)計(jì)算機(jī)，并繼續(xù)受益于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。它的最突出之處是小型化和通信功能。1 微型化的 PLC在最初引進(jìn) PLC 的時候，主要改進(jìn)它的體積，這與替換了數(shù)百個硬接線繼電器和計(jì)時器有關(guān)。一個嵌有 CPU 和 I/O 的典型單元有大約 19 寸電視機(jī)那么大。從 20 世紀(jì) 80 年代到 20 世紀(jì) 90 年代初，模塊化的 PLC 逐漸微型化，同時它的容量和性能也得到了提高。近年來，更小型 PLC 已經(jīng)發(fā)展到納米級和微型級，它們已具有以前只在大型 PLC 上才有的特點(diǎn)。因此僅為了額外特性或性能而不是增加 I/O 容量而具體指定一個大型的 PLC 變得不必要，因?yàn)榧词辜{米級 PLC 也具備以太網(wǎng)通信、運(yùn)動控制、自動調(diào)諧的嵌入式 PID、遠(yuǎn)程連通性等更多的功能?，F(xiàn)在，由于 PLC 能執(zhí)行運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)程終端單元（RTU）甚至一些集成人機(jī)介面（HMI）等功能，因此 PLC 在很多應(yīng)用中也已配置齊全從而替代單一的過程控制器。以前，這些功能通常要求他們自身內(nèi)置實(shí)現(xiàn)這些功能的控制器和軟件，此外，還需要一個用于離散控制和互鎖的獨(dú)立的 PLC。2 強(qiáng)大的通信功能近年來，最有意義的變化也許發(fā)生在通信領(lǐng)域。在 20 世紀(jì) 90 年代，Modicon 推行的 Modbus 通信協(xié)議，允許 PLC 通過標(biāo)準(zhǔn)電纜進(jìn)行通信。這為PLC 更好地適用于現(xiàn)存的設(shè)備提供了可能性，并且向主板上的其它控制系統(tǒng)通信成為可能。在過去的 30 年里，我們真實(shí)地目睹了數(shù)百個專利化協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的發(fā)第 1 頁 共 5 頁展，每一個協(xié)議都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢?，F(xiàn)在，PLC 已成為數(shù)據(jù)編譯器和信息網(wǎng)關(guān)，它們必須接入條形碼掃描器和打印機(jī)，還有溫度和模擬傳感器。在過程控制中，它們需要支持多種協(xié)議，以便它們能和其它設(shè)備通信。此外，在它們?nèi)烤邆溥@些功能的同時，它們?nèi)匀灰懈叩男詢r比而且編程簡單。另一個主要改進(jìn)來自于計(jì)算處理領(lǐng)域。確切地說，它革命化了 PLC 的編程方式、互相通信、與用于 HMI、SCADA 和 DCS 的 PC 有接口。在過去的五年中，車間級以太網(wǎng)通信的應(yīng)用已經(jīng)翻了一倍。盡管串行通信仍然很受歡迎并且很可靠，但以太網(wǎng)快速地成為值得選擇的通信媒體，它有著不能被忽視的優(yōu)勢，例如：網(wǎng)速、設(shè)置簡單、布線方便、現(xiàn)成網(wǎng)絡(luò)組件的可用性、嵌入式通信設(shè)置。3 集成運(yùn)動控制另一個分配給 PLC 的任務(wù)是運(yùn)動控制。從簡單的開環(huán)控制到多軸應(yīng)用來看，在 PLC 的軟件和硬件中集成運(yùn)動控制已經(jīng)成為一個趨勢。很多系統(tǒng)在快速運(yùn)行時要求精確的控制，但并不是在超高速運(yùn)行時的絕對精準(zhǔn)。單機(jī) PLC 在一些系統(tǒng)上也能很好地運(yùn)行。許多納米級和微型級 PLC 都有高速運(yùn)算能力和控制器內(nèi)置的高頻脈沖輸出能力，使它們成為開環(huán)控制的可行解決方案。一方面要提醒的是控制器在控制順序上不能確定輸出設(shè)備的位置。另一方面要提醒的是它的主要優(yōu)勢在于它的成本。以前，即使簡單的運(yùn)動控制也要求有一個昂貴的選擇模塊。有時為了滿足系統(tǒng)需求，它不能用于更精密的控制平臺中。越精密的運(yùn)動控制系統(tǒng)要求越高精度的定位硬件和軟件，而許多 PLC 都提供高速選擇模塊接入伺服驅(qū)動?，F(xiàn)在，許多驅(qū)動都兼容來自控制主機(jī)（PLC 或PC）的傳統(tǒng)命令，或者提供自身的內(nèi)部運(yùn)動控制。將運(yùn)動控制組態(tài)軟件集成在PLC 編程軟件包中將成為一種趨勢。4 編程語言編程語言是反映 PLC 歷史的一個方面。國際電工委員會 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61131-3）處理了編程語言并且定義了兩個圖形化的和兩個文本化的 PLC第 2 頁 共 5 頁編程語言標(biāo)準(zhǔn)：梯形邏輯（圖形化） 功能塊圖（圖形化）結(jié)構(gòu)化文本（文本化）指令表（文本化） 這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)也定義了為順序控制和并行控制處理組織程序的圖形化的和文本化的順控功能圖元素?；谶@項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，許多 PLC 生產(chǎn)商提供最少三種語言中的兩種作為他們 PLC 編程時的語言選擇。諷刺的是，在近來接觸的PLC 使用者中，有大約 96%仍然使用梯形圖編寫 PLC 代碼。由于梯形圖長期的良好表現(xiàn)，因此梯形圖編程似乎會繼續(xù)成為最好的選擇。5 硬件平臺 現(xiàn)代的 PLC 已經(jīng)在它們的 CPU 里集成了多種的商業(yè)非定制（COTS）技術(shù)。最新的技術(shù)為 PLC 提供了一個更快，更強(qiáng)，存儲量更大且成本更低的處理器。這些先進(jìn)技術(shù)也為 PLC 擴(kuò)展集成和接受新任務(wù)（如通信、數(shù)據(jù)處理和高速運(yùn)動）留出空間，而不會以犧牲工業(yè)控制設(shè)備所要求的嚴(yán)格可靠性為代價。新技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)造了另一種控制器——可編程自動化控制器（PAC） 。PAC與傳統(tǒng)的 PLC 有所不同，這是因?yàn)?PAC 在軟件和硬件上都采用了開放的模塊化體系結(jié)構(gòu)，并且采用了網(wǎng)絡(luò)接口、語言和協(xié)議的已知標(biāo)準(zhǔn)。它們可以被看作為一個置于工業(yè)的類 PLC 程序包里的 PC。6 展望未來來自 Reed 研究團(tuán)的一份 2005 年 PLC 產(chǎn)品聚焦研究指出了一些對于 PLC使用者、機(jī)器制造商和采購決策人員愈加重要的因素。排在最前的、有重要特征的因素是：6.1 聯(lián)網(wǎng)能力和易用性以太網(wǎng)通信在通信領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。不只是新協(xié)議在逐漸平面化，許多已經(jīng)使用了許多年的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議也在逐漸地接入到以太網(wǎng)平臺上，這些協(xié)議包括 Modbus (ModbusTCP)、DeviceNet (Ethernet/IP)和 Profibus (Profinet)。PLC的以太網(wǎng)通信模塊已經(jīng)具有高速性能和靈活性的協(xié)議群。同樣，許多 PLC 上的CPU 在工作時已經(jīng)可以接入以太網(wǎng)，這就節(jié)省了 I/O 槽空間。PLC 將會繼續(xù)開發(fā)更成熟的連通性，使它可以將信息傳輸?shù)狡渌?PLC 系統(tǒng)、系統(tǒng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集（SCADA ）系統(tǒng)和企業(yè)資源計(jì)劃（ERP ）系統(tǒng)上。另外，無線通信方式將會進(jìn)一步普及。第 3 頁 共 5 頁6.2 用 PC 連接 PLC 輸入/輸出（I/O）的能力同樣的一個趨勢，過去與 PLC 聯(lián)網(wǎng)獲益良多，但現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了 I/O 水平上。許多 PLC 生產(chǎn)商已經(jīng)支持最受大眾接受的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，使 PLC 的 I/O可以分配在廣闊的區(qū)域上或者定位在以前被認(rèn)為是幾乎不可能的位置上。這使個人電腦通過使用接口卡接入到標(biāo)準(zhǔn) PLC 的 I/O 子系統(tǒng)成為可能，而這種接口卡主要是由 PLC 生產(chǎn)商或第三方開發(fā)商提供的?，F(xiàn)在，這些具挑戰(zhàn)性的廣闊區(qū)域都可以由個人電腦監(jiān)控。至于在不需要技術(shù)等級控制引擎支持的地方，使用者可以利用更為先進(jìn)的軟件包和硬件機(jī)動性，這成本也比較低廉。6.3 使用通用編程軟件編制多對象/平臺的能力過去，人們都認(rèn)為一個智能型控制器需要復(fù)雜的編程，但現(xiàn)在不再是這樣了。使用者不再只是受過培訓(xùn)的編程人員（如設(shè)計(jì)工程師和系統(tǒng)集成人員） ，而是在更熟悉的設(shè)計(jì)上期待能用上人性化軟件的最終用戶。在他們個人電腦上，基于視窗(Windows)的外觀和觸感是最為人所熟悉的，它已成為最受大眾接納的圖形用戶界面。開始時，用于為 PLC 編程的簡單繼電邏輯仿真已經(jīng)發(fā)展成為使用更高級功能塊的編程語言（這些功能塊可以更直觀在配置出來） 。PLC 生產(chǎn)商也已經(jīng)開始一體化不同功能塊的編程，使你在構(gòu)造邏輯、HMI、動態(tài)控制和其它特定功能時只需學(xué)習(xí)一個編程軟件包。也許，最終用戶的最終愿望是獲得一個可以無縫地為多個 PLC 和子系統(tǒng)編程的軟件包。畢竟，無論是安裝在Dell、HP 電腦上還是安裝在 IBM 電腦上，微軟的視窗（ Windows）操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都是同樣地運(yùn)行，這就方便了系統(tǒng)用戶?？偟膩碚f，PLC 用戶對現(xiàn)行可用的 PLC 產(chǎn)品感到滿意。同時，他們密切關(guān)注新的趨勢，并在他們認(rèn)為有利可圖的地方用上新的 PLC 產(chǎn)品。新 PLC 利用先進(jìn)的技術(shù)，使它們在工業(yè)界更容易地被采納。第 4 頁 共 5 頁