工(gōng)控機和(hé)PLC的(de)對比

在工(gōng)業(yè)自動化領域，PLC和(hé)工(gōng)控機是人(rén)們不得不提的(de)兩類控制(zhì)設備，它們是大(dà)多數自動化系統的(de)基礎設備。PLC和(hé)工(gōng)控機的(de)技術(shù)發展是工(gōng)程師(shī)對設備應用(yòng)性能(néng)要求的(de)完美(měi)體現：控制(zhì)器(qì)的(de)硬件(jiàn)标準化，以及用(yòng)戶的(de)各種控制(zhì)要求通過軟件(jiàn)來進行(xíng)改變。

PLC就是一種利用(yòng)計(jì)算機原理(lǐ)爲順序控制(zhì)專門設計(jì)的(de)、通用(yòng)的(de)、使用(yòng)方便的(de)裝置。它采用(yòng)了專用(yòng)設計(jì)的(de)硬件(jiàn)，而使用(yòng)性能(néng)都(dōu)是通過控制(zhì)程序來确定的(de)。

工(gōng)控機則是利用(yòng)了個(gè)人(rén)計(jì)算機的(de)PCI總線和(hé)PC/104總線、采用(yòng)功能(néng)闆卡擴展控制(zhì)I/O點來實現計(jì)算機控制(zhì)的(de)一種方便的(de)控制(zhì)設備。它具有(yǒu)工(gōng)業(yè)現場(chǎng)應用(yòng)特性，同時又(yòu)極大(dà)地(dì)利用(yòng)了PC機的(de)軟件(jiàn)環境，用(yòng)戶可(kě)以方便地(dì)選擇各制(zhì)造商提供的(de)産品。

PLC和(hé)工(gōng)控機目前的(de)技術(shù)發展水(shuǐ)平已大(dà)大(dà)超過其出現時技術(shù)水(shuǐ)平，并各自定位在不同的(de)層面。PLC适合低成本自動化項目和(hé)作爲大(dà)型DCS系統的(de)I/O站，工(gōng)控機在中規模小(xiǎo)範圍自動化工(gōng)程中有(yǒu)很好的(de)性能(néng)價格比，當然這種定位也(yě)不是絕對的(de)。據預測，2000年我國工(gōng)業(yè)自動化的(de)市場(chǎng)規模達170億至207億人(rén)民(mín)币，其中工(gōng)控機占40億左右、PLC占30億左右，再加上(shàng)DCS系統、FCS系統和(hé)NCC系統（占60億）中使用(yòng)的(de)PLC和(hé)工(gōng)控機，可(kě)以看出其在工(gōng)業(yè)自動化領域中舉足輕重的(de)作用(yòng)。這兩類控制(zhì)設備在各領域的(de)自動化中扮演了不可(kě)缺少(shǎo)的(de)角色。

目前，PLC的(de)主流廠(chǎng)商有(yǒu)A-B、Siemens和(hé)Modicon等。工(gōng)控機的(de)主流廠(chǎng)商有(yǒu)成都(dōu)研智芯、北京康拓和(hé)研華、艾訊等。

PLC和(hé)工(gōng)控機在其技術(shù)發展的(de)曆程中，爲了适合工(gōng)業(yè)現場(chǎng)應用(yòng)的(de)需要和(hé)用(yòng)戶二次開(kāi)發的(de)需要，都(dōu)積極地(dì)發展高(gāo)可(kě)靠性、網絡化和(hé)高(gāo)性能(néng)的(de)用(yòng)戶開(kāi)發軟件(jiàn)方面的(de)技術(shù)性能(néng)。以下将重點介紹PLC和(hé)工(gōng)控機在硬件(jiàn)、軟件(jiàn)和(hé)網絡方面技術(shù)應用(yòng)現狀和(hé)發展趨勢。

二、PLC和(hé)工(gōng)控機的(de)硬件(jiàn)技術(shù)現狀和(hé)發展

PLC和(hé)工(gōng)控機的(de)最終用(yòng)戶爲冶金(jīn)、采礦、水(shuǐ)泥、石油、化工(gōng)、電力、機械制(zhì)造、汽車(chē)、裝卸、造紙(zhǐ)、紡織、環保等行(xíng)業(yè)，其主要的(de)用(yòng)途爲：

1、順序控制(zhì)

順序控制(zhì)是應用(yòng)最廣泛的(de)領域，它包括單機控制(zhì)、多機群控制(zhì)、自動生産線控制(zhì)，如(rú)注塑機、印刷機械、訂書(shū)機械、切紙(zhǐ)機械、組合機床、磨床、裝配機械、包裝生産、電鍍流水(shuǐ)線和(hé)電梯控制(zhì)等。

2、運動控制(zhì)

應用(yòng)在電力拖動系統或伺服電機的(de)單軸或多軸位置控制(zhì)。

3、過程控制(zhì)

采用(yòng)模拟量模塊能(néng)控制(zhì)物(wù)理(lǐ)參數，例如(rú)溫度、壓力、速度和(hé)流量等，并提供PID等閉環控制(zhì)的(de)功能(néng)。

4、數據處理(lǐ)

可(kě)以支持數控機床的(de)控制(zhì)和(hé)管理(lǐ)、多軸控制(zhì)等。

由于自動化系統的(de)要求日益提高(gāo)，傳統的(de)提供I/O點服務的(de)PLC和(hé)工(gōng)控機已經無法滿足複雜的(de)工(gōng)藝要求。因此，PLC和(hé)工(gōng)控機在硬件(jiàn)系統上(shàng)有(yǒu)了根本的(de)變化。

PLC系統在模塊上(shàng)的(de)技術(shù)發展有(yǒu)：

1、處理(lǐ)器(qì)模塊

配備大(dà)容量内存，爲滿足實時控制(zhì)的(de)要求而優化設計(jì)，除了一般的(de)I/O掃描和(hé)控制(zhì)、遠程數據交換外，支持大(dà)型的(de)集成控制(zhì)、通訊、并行(xíng)運算、處理(lǐ)器(qì)獨立後台程序和(hé)處理(lǐ)器(qì)輸入中斷等功能(néng)。如(rú)A-B公司的(de)ControlLogix處理(lǐ)器(qì)模塊在它的(de)内核中設計(jì)有(yǒu)通信功能(néng)，借助于它的(de)無源數據總線，系統的(de)瓶頸得以消除。這種靈活的(de)結構允許多個(gè)處理(lǐ)器(qì)、網絡以及I/O在一個(gè)機架中搭配使用(yòng)而沒有(yǒu)限制(zhì)。

2、信息協處理(lǐ)器(qì)模塊

讀(dú)取主處理(lǐ)器(qì)的(de)數據表和(hé)狀态文(wén)件(jiàn)，或通過高(gāo)級語言程序将數據寫入主處理(lǐ)器(qì)，程序可(kě)以在實時多任務環境下以及獨立于PLC處理(lǐ)器(qì)的(de)方法，單獨在協處理(lǐ)器(qì)中運行(xíng)。

3、高(gāo)級語言協處理(lǐ)器(qì)

通過C和(hé)Basic的(de)接口來進行(xíng)複雜的(de)計(jì)算和(hé)算法實現。

4、網絡适配模塊

在現場(chǎng)總線與處理(lǐ)器(qì)之間提供通訊接口，以便PLC處理(lǐ)器(qì)和(hé)I/O模塊進行(xíng)遠程的(de)數據交換。

5、具有(yǒu)特殊功能(néng)的(de)I/O模塊

如(rú)A-B公司在其産品中提供了智能(néng)變送器(qì)模塊、溫度控制(zhì)模塊、稱重模塊、開(kāi)環速度控制(zhì)模塊、塑料制(zhì)造模塊、力矩控制(zhì)模塊、絕對編碼模塊、可(kě)組态流量計(jì)模塊、電流同步模塊等。這些模塊的(de)設計(jì)考慮了特殊行(xíng)業(yè)的(de)需要，使得複雜的(de)控制(zhì)功能(néng)以模塊化的(de)方式得以解決，提高(gāo)了可(kě)靠性和(hé)專業(yè)水(shuǐ)平。

同樣，工(gōng)控機也(yě)從I/O闆卡的(de)基礎上(shàng)飛(fēi)速向前發展，大(dà)規模集成電路(lù)和(hé)計(jì)算機本身的(de)革命性發展給工(gōng)控機提供了舞台。工(gōng)控機系列産品除了全系列的(de)I/O闆卡外，還發展了一體化工(gōng)作站、帶電子盤的(de)工(gōng)控機、遠程RTU、适用(yòng)于儀表行(xíng)業(yè)的(de)微型工(gōng)控機、适用(yòng)于視頻和(hé)多媒體行(xíng)業(yè)的(de)工(gōng)控機、适用(yòng)于通訊行(xíng)業(yè)的(de)帶監控液晶屏的(de)工(gōng)控機、與PLC合一的(de)特殊工(gōng)控機以及防爆型工(gōng)控機。

工(gōng)業(yè)現場(chǎng)的(de)應用(yòng)環境要求PLC和(hé)工(gōng)控機具有(yǒu)很高(gāo)的(de)可(kě)靠性，而可(kě)靠性是靠電磁兼容特性（EMC）和(hé)容錯技術(shù)來保證的(de)。PLC和(hé)工(gōng)控機要經過嚴格的(de)電磁兼容檢測，如(rú)輻射敏感度檢測、諧波/電壓波動/電壓驟降檢測、靜電/快速脈沖/雷擊檢測、電磁幹擾檢測等。EMC保證了設備在本質上(shàng)的(de)抗幹擾特性。但(dàn)是，要保證控制(zhì)設備不出故障是不可(kě)能(néng)的(de)。因此，采用(yòng)容錯設計(jì)的(de)系統對要求不能(néng)停機、不能(néng)失控的(de)高(gāo)可(kě)靠系統是十分(fēn)重要的(de)。目前重要的(de)容錯設計(jì)技術(shù)有(yǒu)Watchdog和(hé)雙機熱(rè)備（包括主機、模塊和(hé)通訊介質的(de)熱(rè)備）。熱(rè)備系統的(de)工(gōng)作對用(yòng)戶來說是透明(míng)的(de)：即當故障發生時，所有(yǒu)對故障點的(de)切除和(hé)數據的(de)備份都(dōu)是在最短的(de)控制(zhì)周期内自動完成的(de)。此項技術(shù)的(de)完成包括了設備硬件(jiàn)和(hé)軟件(jiàn)二個(gè)方面。圖2給出了PLC雙機冗餘系統的(de)結構。