摘要：時(shí)代信息化的來(lái)臨給社會(huì)各行各業(yè)都帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展要求。大規(guī)模和更大規(guī)模的電子集成化等技術(shù)性的工業(yè)發(fā)展，使PLC系統(tǒng)由原來(lái)種類(lèi)單一的微處理結(jié)構(gòu)發(fā)展成為現(xiàn)在的多處理器模式。文章從PLC控制系統(tǒng)定義以及系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程兩個(gè)方面闡述了PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PLC；控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化；信息化；電子集成化；微處理結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）34-0070-03

隨著時(shí)代信息化來(lái)臨，給社會(huì)各行各業(yè)都帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展要求。大規(guī)模和更大規(guī)模的電子集成化等技術(shù)性的工業(yè)發(fā)展，使PLC系統(tǒng)由原來(lái)種類(lèi)單一的微處理結(jié)構(gòu)發(fā)展成為現(xiàn)在的多處理器的模式。

1 PLC概述

PLC又名可編程邏輯控制器，即Programmable Logic Controller，主要功能來(lái)自其中內(nèi)部的儲(chǔ)存程序，通過(guò)采用內(nèi)部可編程的儲(chǔ)存器，來(lái)對(duì)外部指令任務(wù)的執(zhí)行，其中包括具體的邏輯運(yùn)算、定時(shí)計(jì)時(shí)、計(jì)算的操作步驟等。同時(shí)通過(guò)數(shù)字的輸入或者輸出，模擬性讓內(nèi)部結(jié)構(gòu)執(zhí)行任務(wù)或者指令。這樣就能通過(guò)該控制器實(shí)現(xiàn)各種各樣類(lèi)型器械的運(yùn)作過(guò)程。如今在通信領(lǐng)域上PLC的發(fā)展已經(jīng)有所成熟，在體積的縮小、耗能減少、控制功能加強(qiáng)各方面優(yōu)勢(shì)的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)一步提高了它使用過(guò)程的可靠性以及在企業(yè)的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)降低成本的作用。遠(yuǎn)程I/O以及通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)的各種處理、圖像顯示的發(fā)展，PLC向著工業(yè)化的生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的作用越來(lái)越明顯，特別是在用電行業(yè)的自動(dòng)化控制方面，成為很大的支柱。當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)化控制和多類(lèi)型的控制模式已經(jīng)日益發(fā)展成熟，工業(yè)上的控制需求也在不斷提高要求。

Programmable Logic Controller，PLC于20世紀(jì)六七十年代推出裝置以來(lái)，在近幾十年的快速發(fā)展中，很快廣泛應(yīng)用于世界各地。與此同時(shí)，PLC的功能不斷得到完善和發(fā)展，PLC技術(shù)的發(fā)展完善是與信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展不可分割的，伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)等都相應(yīng)得到了發(fā)展完善，PLC在近幾十年的發(fā)展中，增加了不少運(yùn)動(dòng)控制、模擬量處理等方面的功能，用戶(hù)需求量日益增加。所以可以這樣說(shuō)，今天的PLC與剛開(kāi)始的PLC有著質(zhì)的區(qū)別，今天的PLC在運(yùn)動(dòng)及過(guò)程控制等領(lǐng)域都發(fā)揮著不可低估的作用和功效，已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)意義上的邏輯控制了。PLC作為離散控制的首選產(chǎn)品，伴隨著工廠(chǎng)自動(dòng)化程度的不斷發(fā)展而不斷提高，縱觀(guān)近年來(lái)全球?qū)τ赑LC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，基本上在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增加速度有所放緩，而在我國(guó)，近年來(lái)的發(fā)展速度增加迅猛。

2 新一代PLC技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 網(wǎng)絡(luò)化能力增強(qiáng)

所謂網(wǎng)絡(luò)化的能力增強(qiáng)是使得可編的程序控制器在傳統(tǒng)的領(lǐng)域有所發(fā)展，加大了原來(lái)的使用范圍。從引入的工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)的總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以及英特爾等各種技術(shù)運(yùn)用后，PLC在工業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)突破以往。經(jīng)典的可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)構(gòu)分為信息管理層次、設(shè)備控制層次、過(guò)程控制層次。在信息管理層中，工業(yè)化生產(chǎn)以太網(wǎng)擴(kuò)大展開(kāi)，讓原先的控制和信息管理任務(wù)合二為一。設(shè)備的管控中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)引入了總線(xiàn)，從而使得工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的儀表監(jiān)測(cè)、變頻器控制、MCC控制柜都能直接地與可編程序控制器PLC連接。在過(guò)程控制層中，首先是管理機(jī)界面的改革，使得可編程序控制器PLC實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)的編程、管控、診斷，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)車(chē)間或者說(shuō)整個(gè)廠(chǎng)區(qū)的大范圍控制。

2.2 多任務(wù)的執(zhí)行作用增加

多任務(wù)執(zhí)行功能就是在一個(gè)系統(tǒng)中，可編程序控制器同時(shí)配備幾個(gè)CPU的模板，從而使得每一個(gè)CPU模板能獨(dú)立分開(kāi)地執(zhí)行各自的任務(wù)，同時(shí)管控執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中相關(guān)的I/O模板。在原有的功能系統(tǒng)上增加其多任務(wù)運(yùn)行的作用，使得其網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)更加全面地適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

2.3 集成化軟件模式的發(fā)展

據(jù)統(tǒng)計(jì)，PLC可編程序控制器生產(chǎn)系統(tǒng)硬件的費(fèi)用在逐年降低，PLC系統(tǒng)集成化、軟件化的投入費(fèi)用在逐年上升?，F(xiàn)階段成形的可編程序控制器的編程、操作的界面、運(yùn)行控制、設(shè)備微調(diào)、故障的診斷處理、通信等集成化功能已融為一體。

2.4 PLC網(wǎng)絡(luò)化的高速處理功能

PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后，高速的處理功能越來(lái)越明顯，其中包括運(yùn)算法則在內(nèi)的高速化運(yùn)行、設(shè)備外部數(shù)據(jù)的交換速率加快、編程設(shè)施的處理任務(wù)高速化以及外部設(shè)備對(duì)指令反映的高速化。可編程序控制器PLC在其內(nèi)核的設(shè)計(jì)部分，增加通信的功能，可以通過(guò)沒(méi)有源頭的總線(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中遇到的阻礙進(jìn)行解決。在內(nèi)部允許多個(gè)處理器進(jìn)行無(wú)限制的運(yùn)作，屆時(shí)也給高度分布的控制系統(tǒng)提供解決方案。

2.5 技術(shù)滲透性PLC

技術(shù)滲透性的可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)化是為了適應(yīng)工業(yè)化發(fā)展的時(shí)代需求。工廠(chǎng)控制系統(tǒng)與企業(yè)信息建設(shè)日益結(jié)合。技術(shù)滲透的目的是使得工廠(chǎng)在不同的品牌控制器上實(shí)現(xiàn)可編程序、分布式控制系統(tǒng)之間能得到有效的數(shù)據(jù)交換。事實(shí)上，對(duì)多任務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)化能力提升、軟件集成化發(fā)展，促進(jìn)了PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和信息技術(shù)的融合發(fā)展。

2.6 可編程序控制器PLC微型化

與傳統(tǒng)的微型PLC控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)在的微型可編程序控制系統(tǒng)除了點(diǎn)數(shù)字量為I/O，體積小，能直接安裝在機(jī)身內(nèi)部，還具有網(wǎng)絡(luò)化性能和人工控制的接口與大型可編程序控制器功能相似的作用。

3 PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 系統(tǒng)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)

PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)日趨成熟，其中有兩個(gè)比較大的趨勢(shì)：一是PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，不再像傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，迅速向外開(kāi)放模式發(fā)展。其中各大品牌的PLC系統(tǒng)，除了有自己企業(yè)的特色的PLC網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。在設(shè)備完成程序任務(wù)之時(shí)，還能夠和上一部分抹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)信息的兩面交流，使得整個(gè)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)成為整體。二是在現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)總線(xiàn)上得到推廣。通過(guò)一根傳輸作用的介質(zhì)，比如說(shuō)雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜等，把現(xiàn)場(chǎng)安裝的智能設(shè)備，比如說(shuō)傳感器、儀表檢測(cè)、智能型的電磁閥，按照同一個(gè)通信規(guī)范進(jìn)行信息內(nèi)部相互的傳輸，這樣就構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)化控制。這樣的網(wǎng)絡(luò)化控制和原始單純的PLC遠(yuǎn)程控制相比，配置上更為靈活，內(nèi)容更為廣闊，性?xún)r(jià)比更高。endprint

3.2 PLC的發(fā)展歷程

PLC控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的聯(lián)機(jī)控制方式是由原始的編程器以及人機(jī)界面操作站實(shí)現(xiàn)。

企業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)的集成化需求，刺激了各種商機(jī)的發(fā)展。從20年的發(fā)展歷程上看，網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。從20世紀(jì)初期，工業(yè)化大發(fā)展，機(jī)械工業(yè)作為其中重要的部分，作為我國(guó)工業(yè)化發(fā)展的重點(diǎn)部分，機(jī)械化需求PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。PLC控制系統(tǒng)有關(guān)人員應(yīng)對(duì)該系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)要有全新的改變。

PLC的作用領(lǐng)域在現(xiàn)實(shí)中是非常廣泛的。其中在很多領(lǐng)域急需推廣其作用。在電力、機(jī)械制造、物流管理、公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等，對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)用需求擴(kuò)大。其中網(wǎng)絡(luò)化延伸是未來(lái)的主流，在各種準(zhǔn)隨式的系統(tǒng)中都能運(yùn)用。PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化建模和對(duì)策上的結(jié)合，都是將來(lái)發(fā)展的主題。

3.3 當(dāng)前PLC的狀況

當(dāng)前PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展正向著高速、種類(lèi)繁多、編程語(yǔ)言豐富、超大容量等模式發(fā)展。同時(shí)，系統(tǒng)研究公司也在致力研究開(kāi)發(fā)新的智能模塊、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信能力、增加現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口等。PLC的網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)今工業(yè)控制發(fā)展的潮流。其中相互間的通信交流，PLC與計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合已經(jīng)發(fā)展成熟。PLC制造商也在不斷地加強(qiáng)專(zhuān)用通信模塊和軟件的系統(tǒng)研究。同時(shí)加深對(duì)PLC系統(tǒng)研發(fā)的通信標(biāo)準(zhǔn)，以便形成更為網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。當(dāng)前PLC技術(shù)已日趨成熟，控制的功能向著更高層次的規(guī)模進(jìn)步。同時(shí)工業(yè)的技術(shù)性進(jìn)步也會(huì)隨著PLC技術(shù)的成型而有更大的躍進(jìn)。在PLC網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的過(guò)程中，存在著兩種通信方法：一種是平行的通信。該類(lèi)型主要發(fā)生在PLC系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，很多臺(tái)處理器通信上，PLC系統(tǒng)內(nèi)部的CPU單元和智能化的部分結(jié)合；另一種就是通過(guò)串聯(lián)的通信連接工作。該種類(lèi)型的運(yùn)作有利于遠(yuǎn)距離控制設(shè)備。

3.4 今后工作的展望

今天的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展系統(tǒng)已經(jīng)日新月異并且不斷發(fā)展壯大，所以控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化與PLC的結(jié)合是大勢(shì)所趨也是最終的發(fā)展之路，今后我國(guó)的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的模式發(fā)展會(huì)越來(lái)越明顯。結(jié)合目前我國(guó)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究工作的開(kāi)展來(lái)看，目前雖然取得了一定的成果和效應(yīng)，但是與我們的目標(biāo)相比，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，依然不能順應(yīng)現(xiàn)實(shí)發(fā)展的需求，依舊需要大量的工作去完善，今后的工作主要從以下三個(gè)方面著手：

3.4.1 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模。目前的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模式是在簡(jiǎn)單的隨機(jī)系統(tǒng)模型上開(kāi)展的，所以結(jié)合開(kāi)展的效果來(lái)說(shuō)，PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)還沒(méi)有完全呈現(xiàn)出來(lái)，也沒(méi)有充分被體現(xiàn)出來(lái)，所以今后關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的建模工作要進(jìn)一步完善和實(shí)施。

3.4.2 網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度最優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)對(duì)于控制系統(tǒng)信息的調(diào)度對(duì)于控制系統(tǒng)的分析與社會(huì)會(huì)產(chǎn)生怎樣的效果呢？對(duì)于一個(gè)固定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也會(huì)存在最優(yōu)調(diào)度方案的說(shuō)法。

3.4.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的同步優(yōu)化。將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)化與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化同時(shí)進(jìn)行這是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，這里所說(shuō)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化包含了諸多方面，如信息延遲、資源分配、信息調(diào)度等。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，也促進(jìn)了行業(yè)的集成化和規(guī)模化進(jìn)步?？傊?，PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展在未來(lái)的社會(huì)中將有大展望。

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作者簡(jiǎn)介：林旭鴻（1974-），江蘇丹陽(yáng)人，供職于上海市雨恒機(jī)電有限責(zé)任公司，研究方向：機(jī)械、機(jī)電、電子

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