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PLC及其網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的支柱
PLC及其網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代工業(yè)自動化的支柱
PLC及其網(wǎng)絡(luò)被*為現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱（PLC,、機器人,、CAD/CAM）之一,。從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看,，在世界范圍內(nèi),，PLC產(chǎn)品的產(chǎn)量,、銷售、用量高居各種工業(yè)控制裝置,，而且市場需求量一直在按每年15%的比率上升,。形成這一局面有其深刻的原因。
一,、PLC及三電于一體
工業(yè)自動化系統(tǒng)通常分成三類：一類是控制開關(guān)量的邏輯裝置,，一類是控制慢連續(xù)量的過程控制系統(tǒng)，一類是控制快連續(xù)量的運動控制系統(tǒng),。在傳統(tǒng)上對于這三種控制系統(tǒng)用不同的控制裝置,。邏輯控制用電控制（電氣控制裝置即繼電器接觸器控制柜），過程控制用儀表裝置（電動單元組合儀表）,，運動控制用電傳裝置（電氣傳動控制裝置）,。所謂三電就是指的是電控、電儀,、電傳,。
在一家工廠、一個車間,、一個工段,，甚至在一臺設(shè)備上，這三種設(shè)備常常并存在一起,，單設(shè)備各不相干,。這主要是因為這三種控制裝置相差太遠，無法兼容,。長久以來,，人們一直希望能把他們用一種控制裝置統(tǒng)一起來，協(xié)調(diào)地進行控制,。 這對于提高生產(chǎn)效率,，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)優(yōu)化控制無疑是很有意義的,。把三電合成于一體就叫做三電一體,。
從現(xiàn)代控制裝置來看，無論是邏輯控制,、過程控制還是運動控制都使用的是計算機開發(fā)的控制裝置，計算機成為三電一體的物質(zhì)基礎(chǔ),。
有兩種實現(xiàn)三電一體化的思路：一種思路是在網(wǎng)絡(luò)一級實現(xiàn)三電一體化,，邏輯控制裝置,、過程控制裝置、運動控制裝置盡管各不相同,，但如果它們都可以連入同一網(wǎng)絡(luò),，則網(wǎng)絡(luò)就成了三電同一的載體，在網(wǎng)絡(luò)一級實現(xiàn)了三電一體化,。另一種思路是在控制裝置一級實現(xiàn)三電一體化,，控制裝置即有邏輯控制功能，又有過程控制功能,，還有運動控制功能,。DCS（distrabuted control system）系統(tǒng)沿著前一種思路發(fā)展三電一體化，他花費較大,，適合于大型自動控制系,。PLC則沿著后一種思路發(fā)展三電一體化，他靈活機動,，三電一體集成度較高,，適合于各種規(guī)模自動控制系統(tǒng)。
研制開發(fā)PLC的最初動因是為了取代繼電器,，構(gòu)成新型的控制開關(guān)量的裝置,，因此，從一開始,，邏輯控制就是PLC的強項,。隨著PLC的換代，PLC中處理器處理速度的不斷增加,，PLC的功能也在不斷增多,，現(xiàn)在發(fā)展成具有邏輯控制功能，過程控制功能,、運動控制功能,、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的名副其實的多功能控制器,。在PLC從邏輯控制功能向多功能的發(fā)展過程中,，制造商們曾發(fā)生過爭論，出現(xiàn)過一個短暫的停頓時期,。曾經(jīng)懷疑在PLC上增加對連續(xù)量的控制功能是否有意義,，與同一時期興起的用于控制的可編程調(diào)節(jié)器、工業(yè)PC,、DCS系統(tǒng)相比較,，是否具有競爭力，是否有市場,。停頓是嶄短的,，大家很快意識到,，在PLC上增加的控制功能的生命力并不在于其配置的控制算法的復(fù)雜程度，而在于多種功能的集成,。PLC的主要優(yōu)勢在于它把三電集于一體,，在裝置一級實現(xiàn)了三電一體化。
為什么PLC有能力在裝置一級集三電于一體,，而專門用于過程控制的計算機控制裝置實現(xiàn)三電一體卻比較困難呢,？其中有三個原因。一是PLC是以控制開關(guān)量起家的,，他采用循環(huán)掃描方式,，通過串行處理使其在邏輯上等小于并行處理的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，為了不丟失輸入信號,，要求循環(huán)掃描周期越短越好,，這就使得在PLC中配置的處理器性能好，速度快,。這些高性能的微處理器本身有很大的潛能,，早期PLC只利用速度快這一條，其他潛能并沒有得到充分得利用,。后來發(fā)現(xiàn)處理好不同性質(zhì)的實時多任務(wù)的調(diào)度,，在PLC中加入針對慢連續(xù)量的過程控制并不困難。反過來,，針對慢連續(xù)量的過程控制計算機,，改成周期循環(huán)掃描并加入大量開關(guān)控制卻是力不能及的。第二個是大中型PLC中普遍采用了多微處理機結(jié)構(gòu)進行多道處理,。例如西門子的S5-155U,，S5-153U內(nèi)最多配置4個CPU加一個協(xié)處理器德州儀器公司的T1565可編程控制器最多可裝入8臺MC68000的處理器，這使得PLC不僅速度快,，而且可以獨立各自處理不同問題,，也可分解協(xié)調(diào)，共同處理非常復(fù)雜的問題,。第三個是PLC配置著大量內(nèi)含CPU的智能模板,，有些用于PID控制，有些用運動控制,，有些用于高速記數(shù),，有些用于聯(lián)網(wǎng)通信，他們采用模塊結(jié)構(gòu),，通過背板并行總線連成有機的整體,，所有這一切為PLC在裝置一級實現(xiàn)三電一體奠定了堅實的基礎(chǔ)。當(dāng)然從目前看，PLC在裝置一級的三電一體化并不是很完善的,，復(fù)雜過程控制還欠缺一些,，運動控制能力也還不全面，這些都有待于進一步開發(fā),。盡管如此，在裝置一級實現(xiàn)三電一體化本身,，使得PLC在競中居于強有力的地位,。
二、PLC網(wǎng)絡(luò)的性能價格比高
PLC網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年的發(fā)展,，已成為具有3~4級子網(wǎng)的多級分布式網(wǎng)絡(luò),。加上強有力的工具軟件，使他成為具有工藝流程顯示,、動態(tài)畫面顯示,、趨勢圖生成顯示、各種報表制作的多功能的系統(tǒng),，在MAP規(guī)約的帶動下,，可以方便地與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。所有這一切是PLC網(wǎng)絡(luò)成為CIMS系統(tǒng)非常重要的組成部分之一,。
若把PLC網(wǎng)絡(luò)與其他工業(yè)局域網(wǎng)比較,，從功能上看，PLC網(wǎng)絡(luò)并沒有什么特別之處,，他的特別之出在于：PLC網(wǎng)絡(luò)具有較高的價格比,。
我們知道DCS系統(tǒng)具有優(yōu)良的通信子網(wǎng)。但是為了取得網(wǎng)絡(luò)的高可靠性,，DCS系統(tǒng)普遍對通信網(wǎng)絡(luò)采用1∶1冗余措施,，這包括通信信道的1∶1冗余、通信接口的1∶1冗余,，還包括通信系統(tǒng)發(fā)生故障時,，對故障檢測及自動切換到備用子網(wǎng)的裝置。諸如此類,，導(dǎo)致盡管DCS系統(tǒng)性能優(yōu)良,，單價格也非常昂貴，性能價格并不很高,。
PLC網(wǎng)絡(luò)則不同,，一般在網(wǎng)絡(luò)級它不搞1∶1網(wǎng)絡(luò)冗余，僅在關(guān)鍵部位選用冗余結(jié)構(gòu)的PLC,。這樣一種處理方案,，在價格上將大大低于DCS系統(tǒng)是不言而喻的。在可靠性上是否一定低于DCS系統(tǒng)呢,？其實也不一定,。由于PLC集三電于一體,，使其本身具有很強的自治性，它對PLC網(wǎng)絡(luò)的通信速度要求比較低,，需要通過網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)量相對比較少,，這使得PLC網(wǎng)絡(luò)變的比較簡單。而DCS系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)一級實現(xiàn)三電一體化,，他對網(wǎng)絡(luò)通信速度的要求比較高,，需要通過網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)量比較大，這使得DCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜,。簡單通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性總比復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性容易保證,。從這個角度看，PLC網(wǎng)絡(luò)盡管沒有1∶1冗余,，可靠性也未必低,。更何況PLC本身具有良好的自治性，在關(guān)鍵場合又選用PLC冗余結(jié)構(gòu),，這樣即使PLC網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障,，仍可維持生產(chǎn)進行。
正是由于PLC網(wǎng)絡(luò)具有較高的性能價格比這一特點,，使他倍受用戶歡迎,，在中小企業(yè)的自動化系統(tǒng)中向DCS提出了嚴格挑戰(zhàn)。
三,、PLC的高可靠性
大家都知道,，PLC是一種具有很高可靠性的控制裝置，他與可編程序調(diào)節(jié)器DCS系統(tǒng)同被列為"不損壞儀表",。這當(dāng)然是由于在硬件上他們都采用了諸如隔離,、濾波、屏蔽,、接地等一系列抗干擾措施,，在模板機箱進行了完善的電磁兼容性設(shè)計，對元件進行了盡心的挑選,；而且更重要的是他們采用了諸如數(shù)字濾波,、指令復(fù)執(zhí)、程序卷回,、差錯校驗等一系列軟件抗干擾措施及故障診斷技術(shù),，以及在系統(tǒng)一級的冗余配置等。
對于PLC系統(tǒng)來說,，他的高可靠性還得益于其特殊的工作方式,。PLC采用周期循環(huán)掃描方式工作，對于輸出集中進行。這種工作方式本身就具有抗干擾能力,。在一個循環(huán)掃描周期T中,，僅只有一小段時間集中進行I/O，也只有一小段集中進行I/O時間中的干擾才會被引入PLC內(nèi)部,，在掃描周期的其余大部分時間,，干擾都被阻擋在PLC之外。因此PLC的這種工作方式就具有抗干擾能力,。
通常,，為了防止開關(guān)量丟失，要求把掃描周期控制在100~200ms之內(nèi),，這個時間比PLC所帶的執(zhí)行器的電機時間常數(shù)小得多。這樣一來,，即使在每個掃描周期,，干擾侵入，并造成輸出值錯誤,，擔(dān)當(dāng)他還沒來得及使執(zhí)行器發(fā)生錯誤的動作,，下一個掃描周期正確的輸出就會將其糾正。上面這些原因使PLC的可靠性顯的更高,。
正是由于PLC具有多功能,，集三電于一體，PLC網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)良的性能價格比和PLC具有高可靠性等等,，使得PLC在工廠中倍受歡迎,，用量高居，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的支柱,。