本文論述了在工業控制領域占主要地位的工業可編程序控制器(PLC)的發展趨勢,簡單介紹了國際、國內PLC的主要廠家及產品。

工業控制計算機(簡稱工控機)是以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置,目前已成為工業控制的標準設備,被廣泛地應用于各行各業,工控機是實現生產自動化的最佳配套產品,而工業可編程序控制器(PLC)則在工控領域中占有主要的地位。

一、我國工業控制計算機的發展

20世紀40年代末50年代初,我國的流程工業規模很小,設備陳舊,必要的調節主要靠最簡單的測量儀表由人工操作運行。50年代末60年代初,我國研制生產的傳感器、變送器、調節器、執行器等,基本上能顯示過程狀態,實現調節意圖,最終命令執行器完成對工藝流程的調節要求。70年代初,我國自行研制的工控機開始應用于工業過程控制,它部分地取代了原來控制室內的儀表。但由于受當時電子器件性能的限制,工控機本身的可靠性遠不如現在,工控機帶來的控制集中引起“危險”集中。70年代末,分散型控制系統(DCS)進入工控領域,解決了“危險”集中的問題,還解決了一些復雜的控制。DCS可建立通信網絡,為大工廠生產帶來許多方便,但其價格一直居高不下。80年代初,適應性較強的總線型工控機(STD)應運而生,STD總線技術的推廣和應用,使工控機的功能更加強化。

二、工業可編程序控制器(PLC)發展趨勢

PLC作為工控機的一員,在主要工業國家中成為自動化系統的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據統計,當今世界PLC生產廠家約150家,生產300多個品種。預計到2000年,銷售額約為86億美元,占工控機市場份額的50%,PLC將在工控機市場中占有主要地位,并保持繼續上升的勢頭。

PLC在60年代末引入我國時,只用作離散量的控制,其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等,最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調節功能,它的應用已從開關量控制擴大到模擬量控制領域,廣泛地應用于航天、冶金、輕工、建材等行業。但PLC也面臨著其它行業工控產品的挑戰,各廠家正采取措施不斷改進產品,主要表現為以下幾個方面:

1.微型、小型PLC功能明顯增強
很多有名的PLC廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的PLC。三菱的FXOS14點(8個24VDC輸入,6個繼電器輸出),其尺寸僅為58mm×89mm,僅大于信用卡幾個毫米,而功能卻有所增強,使PLC的應用領域擴大到遠離工業控制的其它行業,如快餐廳、醫院手術室、旋轉門和車輛等,甚至引入家庭住宅、娛樂場所和商業部門。

2.集成化發展趨勢增強
由于控制內容的復雜化和高難度化,使PLC向集成化方向發展,PLC與PC集成、PLC與DCS集成、PLC與PID集成等,并強化了通訊能力和網絡化,尤其是以PC為基的控制產品增長率最快。PLC與PC集成,即將計算機、PLC及操作人員的人—機接口結合在一起,使PLC能利用計算機豐富的軟件資源,而計算機能和PLC的模塊交互存取數據。以PC機為基的控制容易編程和維護用戶的利益,開放的體系結構提供靈活性,最終降低成本和提高生產率。

3.向開放性轉變
PLC存在嚴重的缺點,主要是PLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的,絕大多數的PLC是專用總線、專用通信網絡及協議,編程雖多為梯形圖,但各公司的組態、尋址、語文結構不一致,使各種PLC互不兼容。國際電工協會(IEC)在1992年頒布了IEC1131-3《可編程序控制器的編程軟件標準》,為各PLC廠家編程的標準化鋪平了道路。現在開發以PC為基、在WINDOWS平臺下,符合IEC1131-3國際標準的新一代開放體系結構的PLC正在規劃中。

三、PLC主要廠家及產品介紹

在全球PLC制造商中,根據美國Automation Research Corp(ARC)調查,世界PLC領導廠家的五霸分別為Siemens(西門子)公司、Allen-Bradley(A-B)公司、Schneider(施耐德)公司、Mitsubishi(三菱)公司、Omrom(歐姆龍)公司,他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。從西門子公司的SIMATIC S7-400的性能可對PLC窺見一斑:

SIMATIC S7-400是匣式封裝模塊,可卡在導軌上安裝,由I/O總線和通信總線建立電氣連接,模塊可在工作或加電時替換或插、拔,可快速安裝維護,修改方便,其主要性能為:
·CPU存儲器容量64K字節,可擴展到1.6M字節;
·位和字處理速度80ns至200ns;
·最高系統計算能力可以有4個CPU同時計算;
·一個中央框(CR)可擴展直到21個擴展框;
·每個CPU上多點接口(MPI)能力,如可同時連接文字顯示或操作員以及編程器件;
·CPU上的SINEC-L2-DP附加有分散I/O的集成性能;
·提供與計算機和其它Siemens產品或系統的連接接口;
·高可靠性,完善的自診斷和清除故障功能。

我國的PLC生產目前也有一定的發展,小型PLC已批量生產;中型PLC已有產品;大型PLC已開始研制。國內PLC形成產品化的生產企業約30多家,國內產品市場占有率不超過10%,主要生產單位有:蘇州電子計算機廠、蘇州機床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機械工業自動化所和江蘇嘉華實業有限公司等。國內產品在價格上占有明顯的優勢。

江蘇嘉華實業有限公司生產的JH 120系列產品主要性能有:
·輸入輸出從20點到120點任意配置;
·內置32個定時器、31個計數器、幾百個中間繼電器和數據寄存器,可方便地完成邏輯控制、定時、計數控制、高速計數、數據處理、模擬量控制等功能;
·編程簡便,108條指令功能齊全;
·DIN標準卡槽安裝,可拆端子排接線;
·高可靠性,強抗干擾,用于各種工業環境。

隨著微處理器、網絡通信、人—機界面技術的迅速發展,工業自動化技術日新月異,各種產品競爭激烈,新產品不斷涌現。PLC也由最初的只能處理開關量而發展到可以處理模擬量和數據,加之與DCS、PID調節器、工業PC等技術相結合,使之不再是一種簡單的控制設備,而且必將隨著自動控制技術的不斷發展而發展生存下去。