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PLC四十年來的發展概況

  1985年,國際電工委員會(IEC)對PLC作出如下定義:

  可編程控制器PLC是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境應用而設計;它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執行邏緝運算、順序控制、定時、計數與算術運算等操作指令,并通過數字、模擬式的輸入、輸出,控制各種類型的機械或生產過程;可編程控制器及其有關外圍設備的設計,都要按照“易于與工業控制系統聯成一個整體、易于擴充功能的原則”進行。

  由該定義可知:PLC是一種由“事先存貯的程序”來確定控制功能的工控類計算機。

  20世紀60年代,汽車生產線的自控系統基本上由繼電器控制裝置構成。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產的發展,汽車型號更新的周期變短,因而繼電器控制裝置就需要經常地重新設計和安裝,這不僅費時、費工、費料,甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現狀,美國通用汽車公司在1969年公開招標,希望用新的控制裝置來取代繼電器控制裝置,并提出了以下10項招標指標:

  (1)編程方便,現場可修改程序;

  (2)維修方便,采用模塊化結構;

  (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)數據可直接送入起管理作用的(上位)計算機;

  (6)成本可與繼電器控制裝置竟爭;

  (7)輸入可以是交流115V(注:我們中國是AC220V);

  (8)輸出為(交流115V,2A以上),能直接驅動電磁閥、接觸器等;

  (9)在擴展時,原系統只需要進行很小的變更;

  (10)用戶程序存儲器容量至少能擴展到4KB。

  1969年,美國數字設備公司(DEC)研制出第一臺PLC,并在美國通用汽車自動裝配線上試用,獲得了成功。這種新型的工控裝置,以其體積小、可變性好、可靠性高、使用壽命長、簡單易懂、操作維護方便等一系列優點,很快就在美國的許多行業里得到推廣應用。到1971年,已經成功地應用于食品、飲料、冶金、造紙等行業。

  這一新型的工控裝置的出現,受到世界上許多國家的高度重視。1971年,日本從美國引進了這項新技術,很快研制出了他們的第1臺PLC。1973年,西歐國家也研制出他們的第1臺PLC。我國從1974年始研制,到1977年開始應用于工控領域。

  早期的PLC,一般稱為“可編程邏輯控制器”(Programmable Logic Controller)。這時的PLC基本上是(硬)繼電器控制裝置的替代物,主要用于實現原先由繼電器完成的順序控制、定時、計數等功能。它在硬件上以“準計算機”的形式出現,在I/O接口電路上做了改進以適應工控現場要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規模集成電路,并采用磁芯存儲器。另外,還采取了一些措施,以提高抗干擾能力。在軟件編程上,采用類似于電氣工程師所熟悉的繼電器控制線路的方式——梯形圖(Ladder)語言。因此,早期的PLC的性能要優于繼電器控制裝置,其優點是簡單易懂、便于安裝、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復使用等。其中PLC特有的編程語言——梯形圖語言一直沿用至今。

  20世紀70年代,微處理器的出現使PLC發生了巨變。美國、日本、德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的CPU(中央處理單元),這樣使PLC的功能大大增強。在軟件方面,除了保持原有的邏緝運算、計時、計數等功能以外,還增加了算術運算、數據處理、網絡通信、自診斷等功能。在硬件方面,除了保持原有的開關模塊以外,還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊,并擴大了存儲器的容量,而且還提供一定數量的數據寄存器。

  到了20世紀80年,由于超大規模集成電路技術的迅速發展,微處理器價格大幅度下跌,使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。早期的PLC一般采用8位的CPU,現在的PLC一般采用16位或32位的CPU。另外,為了進一步提高PLC的處理速度,各制造廠還紛紛研制開發出專用的邏輯處理芯片,這就使得PLC的軟、硬件功能有了巨變。

  目前,世界上約有200家PLC生產廠商,其中,美國的Rockwell、GE,德國的西門子(Siemens),法國的施耐德(Schneider),日本的三菱、歐姆龍(Omron),他們掌控著全世界80%以上的PLC市場份額,他們的系列產品從只有幾十個點(I/O總點數)的微型PLC到有上萬個點的巨型PLC,應有盡有。

  經過多年的發展,國內PLC生產廠家約有三十家,但尚未形成頗具規模的生產能力,國內PLC應用市場仍然以國外產品為主,如:Siemens的S7-200小系列、S7-300中系列、S7-400大系列,三菱的FX小系列、Q中大系列,0mron的CPM小系列、C200H中大系列等。

  值得一提的是,湖北黃石的科威自控公司(www.rmanow.com)的創新產品——“嵌入式PLC”。小系統用戶希望在數據處理上像DCS、可靠性上像PLC、價格上像單片機嵌入系統。嵌入式PLC正好滿足用戶的這些愿望。嵌入式PLC是指“將支持PLC(梯形圖)編程語言的內核EasyCore以小板芯的形式”嵌入到特定的控制裝置中,使該裝置除了具有自身的專用功能之外,還具有PLC的基本功能;開發人員能夠在該PLC編程語言平臺上,輕而易舉地設計出通用型PLC、客戶型PLC、以及各種特型控制板。嵌入式PLC是科威公司立足原有的自動化儀表技術、現場總線技術和10多年的自動化工程項目經驗,在華中科技大學、武漢理工大學的協作下,經過3年多的努力攻關,首創成功的。由于嵌入式PLC的社會及經濟價值十分巨大,2005年被列為國家攻關計劃。迄今為止,科威公司的嵌入式PLC產品——通用型PLC、(按照客戶要求定制的)客戶型PLC、特型控制板,已在紡織機械、工業窯爐、塑料機械、印刷包裝機械、食品機械、數控機床、恒壓供水設備、環保設備等行業中成功應用,并且在窯爐自動化系統的應用中占有明顯的技術優勢。

  長期以來,PLC始終是工業自動化的主角,并且與DCS(集散控制系統)及IPC(工控機)形成三足鼎立之勢。同時,PLC也承受著來自其它技術產品的沖擊,尤其是IPC所帶來的沖擊。微型化、網絡化、IPC化、開放性是PLC未來發展的主要方向。PLC依然前途無限。


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