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[摘要] 可编程序控制器是在继电器控制的基础上产生的一种新型的工业控制装置。它是将微型计算机、自动化技术及通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠控制器。随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，可编程序控制器已成为当代工业生产自动化的重要支柱。本文详细地阐述PLC的兴起、在工业自动控制中的地位、现状及其发展特点。
[关键词] 可编程序控制器 工业控制系统 发展
一﹑前言
工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。在工业控制自动化领域，PLC是一种重要的控制设备，它代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。作为逻辑控制的控制器，它以其高可靠性,逻辑功能强大、体积小，可在线修改程序，易于与计算机接口，能对模拟量进行控制等特点已广泛应用于各种工业生产的自动化控制领域。
目前，无论是从国外引进的自动化生产线，还是自行生产设计的自动控制系统；无论是新建工程项目，还是旧设备的技术改造，都可以看到PLC的身影。作为通用工业控制计算机，30多年来，PLC从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。可编程控制器已成为工业控制领域的主流控制设备。
二﹑工业控制和PLC的兴起
机械和过程控制中的工业自动化起源于20世纪20年代的气动控制器，这类设备使用压缩空气工作，灵活、经济而且安全。虽然气动系统在速度和运动方面提供了很大的灵活性且具有可靠性强和维护成本低的特点，但在20世纪60年代开始被离散的固态控制器所取代。然而，伴随着微处理器的到来，真正的自动化和工业控制发展的巨大飞跃发生在20世纪70年代，即可编程控制器的诞生。
1969年，美国数字设备公司(DEC)根据GM公司的要求成功研制出了世界上第一台可编程控制器，并在GM公司汽车上首次应用成功。它是将继电接触控制系统的优点与计算机功能完善、灵活性强、通用性好的优点结合起来，并将继电接触控制的硬连线逻辑转变成为计算机的软件逻辑编程的设想变为现实。PLC首先在汽车生产流水线上大量应用，20世纪80年代 PLC走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术并大量推广应用，奠定了其在工业控制中不可动摇地位的地位。20世纪90年代随着工控编程语言的正式颁布，使PLC在技术上取得新的突破。目前,在机械和过程控制中，尽管嵌入在控制设备中的微处理控制器得到了大量的应用，但是主宰工业自动化的依然是PLC。PLC系统具有专用I/O、可靠的硬件、扫描处理和逻辑梯形图,这使它成为工业控制成功的首要选择。
工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。传统的自动化系统,基础自动化部分基本被PLC和DCS (Distributed Control System分散控制系统)所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件的价格昂贵。PLC以其灵活性、使用方便、适应面广、可靠性高、运行速度高、抗干扰能力强、编程简单等特点，始终在工业自动化控制特别是顺序控制中占有重要的地位。
三﹑PLC技术发展的特点
PLC在工业控制自动化领域的广泛应用，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。为了满足工业控制的要求，PLC不断改进并完善自身的功能，主要体现在以下几方面:
1.系统开放性
早期的PLC缺点之一就是它的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，如专用总线、通信网络及协议、I/O模块更互不通用，几乎各公司的PLC均互不兼容。目前,PLC在开放性方面已有实质性突破，不少大型PLC厂商在PLC系统结构上采用了各种工业标准，如IEC61131、IEEE802.3以太网、TCP/IP等。
为了使PLC更具开放性和执行多任务，在一个PLC系统中同时装几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一种任务。例如三菱公司的小Q系列PLC可以在一个机架上插4个CPU模块，这些CPU模块可以进行专门的逻辑控制、顺序控制、运动控制和过程控制。
软PLC是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构, 使PLC系统更具开放性。
2.PLC与Internet的互联通信
目前，小型PLC都有通信接口，中、大型PLC都有专门的通信模块。随着计算机网络技术的飞速发展，PLC的通信联网功能使其与PC和其它智能控制设备很方便地交换信息,实现分散控制和集中管理，通过PLC与PC更好地融合，来改善被控过程的生产性能。现在，PLC朝着网络化发展，一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统，在完成设备控制任务的同时，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面,现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备,比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质(比如双绞线，同轴电缆,光缆)连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络。
3.微型化,运算速度高速化
PLC小型化的优势是节省空间、降低成本、安装灵活。近几年，很多PLC厂商推出了超小型PLC，用于单机自动化或组成分布式控制系统。运算速度高速化是PLC技术发展的重要特点，PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力,以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算，PID（比例、积分、微分控制）调节，温度控制，精确定位，步进驱动，报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别已经越来越小了。用PLC同样可以构成一个过程控制系统。
4.替代嵌入式控制器
据相关调查报告显示，现在对于低端PLC市场的争夺仍在继续进行，这也进一步促进了PLC的发展。随着微型和超微型PLC技术的发展和数量的增长，它们已经开始进入到新的应用领域。例如，微型PLC已经开始替代嵌入式控制器的工作内容。像Omron公司已经察觉到这一技术发展的新动向，并逐渐计划将其产品应用于商业器具、饮料分发设备等。这些行业之所以正在应用微型PLC，正是由于它具有卓越的灵活性、市场开发周期短、适应性强、竞争性的价格等一系列优点所致。
四﹑结束语
PLC要在工业控制自动化中占有一席之地，就必须不断融入新技术、新方法，推陈出新。新一代PLC将能够更加满足各种工业自动化控制应用的需要。从发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段，在未来的工业化生产中，PLC技术、机器人技术、CAD/CAM和数控技术将成为实现工业生产自动化的四大支柱技术。
参考文献:
[1]张鹤鸣等编著:可编程序控制器原理及应用教程[M].北京大学出版社,2006.11
[2]王兆义杨新志:可编程序控制器的发展趋势及国产化进程[J].电世界,2007.5
[3]胡学林编著:可编程控制器应用技术[M].高等教育出版社,2005.7
[4]廖常初:PLC基础及应用[M].机械工业出版社,2005.6
[5]潘勇等:PLC的应用和发展[J].计算机与数字工程,2007.2
[关键词] 可编程序控制器 工业控制系统 发展
一﹑前言
工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。在工业控制自动化领域，PLC是一种重要的控制设备，它代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。作为逻辑控制的控制器，它以其高可靠性,逻辑功能强大、体积小，可在线修改程序，易于与计算机接口，能对模拟量进行控制等特点已广泛应用于各种工业生产的自动化控制领域。
目前，无论是从国外引进的自动化生产线，还是自行生产设计的自动控制系统；无论是新建工程项目，还是旧设备的技术改造，都可以看到PLC的身影。作为通用工业控制计算机，30多年来，PLC从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。可编程控制器已成为工业控制领域的主流控制设备。
二﹑工业控制和PLC的兴起
机械和过程控制中的工业自动化起源于20世纪20年代的气动控制器，这类设备使用压缩空气工作，灵活、经济而且安全。虽然气动系统在速度和运动方面提供了很大的灵活性且具有可靠性强和维护成本低的特点，但在20世纪60年代开始被离散的固态控制器所取代。然而，伴随着微处理器的到来，真正的自动化和工业控制发展的巨大飞跃发生在20世纪70年代，即可编程控制器的诞生。
1969年，美国数字设备公司(DEC)根据GM公司的要求成功研制出了世界上第一台可编程控制器，并在GM公司汽车上首次应用成功。它是将继电接触控制系统的优点与计算机功能完善、灵活性强、通用性好的优点结合起来，并将继电接触控制的硬连线逻辑转变成为计算机的软件逻辑编程的设想变为现实。PLC首先在汽车生产流水线上大量应用，20世纪80年代 PLC走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术并大量推广应用，奠定了其在工业控制中不可动摇地位的地位。20世纪90年代随着工控编程语言的正式颁布，使PLC在技术上取得新的突破。目前,在机械和过程控制中，尽管嵌入在控制设备中的微处理控制器得到了大量的应用，但是主宰工业自动化的依然是PLC。PLC系统具有专用I/O、可靠的硬件、扫描处理和逻辑梯形图,这使它成为工业控制成功的首要选择。
工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。传统的自动化系统,基础自动化部分基本被PLC和DCS (Distributed Control System分散控制系统)所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件的价格昂贵。PLC以其灵活性、使用方便、适应面广、可靠性高、运行速度高、抗干扰能力强、编程简单等特点，始终在工业自动化控制特别是顺序控制中占有重要的地位。
三﹑PLC技术发展的特点
PLC在工业控制自动化领域的广泛应用，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。为了满足工业控制的要求，PLC不断改进并完善自身的功能，主要体现在以下几方面:
1.系统开放性
早期的PLC缺点之一就是它的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，如专用总线、通信网络及协议、I/O模块更互不通用，几乎各公司的PLC均互不兼容。目前,PLC在开放性方面已有实质性突破，不少大型PLC厂商在PLC系统结构上采用了各种工业标准，如IEC61131、IEEE802.3以太网、TCP/IP等。
为了使PLC更具开放性和执行多任务，在一个PLC系统中同时装几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一种任务。例如三菱公司的小Q系列PLC可以在一个机架上插4个CPU模块，这些CPU模块可以进行专门的逻辑控制、顺序控制、运动控制和过程控制。
软PLC是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构, 使PLC系统更具开放性。
2.PLC与Internet的互联通信
目前，小型PLC都有通信接口，中、大型PLC都有专门的通信模块。随着计算机网络技术的飞速发展，PLC的通信联网功能使其与PC和其它智能控制设备很方便地交换信息,实现分散控制和集中管理，通过PLC与PC更好地融合，来改善被控过程的生产性能。现在，PLC朝着网络化发展，一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统，在完成设备控制任务的同时，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面,现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备,比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质(比如双绞线，同轴电缆,光缆)连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络。
3.微型化,运算速度高速化
PLC小型化的优势是节省空间、降低成本、安装灵活。近几年，很多PLC厂商推出了超小型PLC，用于单机自动化或组成分布式控制系统。运算速度高速化是PLC技术发展的重要特点，PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力,以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算，PID（比例、积分、微分控制）调节，温度控制，精确定位，步进驱动，报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别已经越来越小了。用PLC同样可以构成一个过程控制系统。
4.替代嵌入式控制器
据相关调查报告显示，现在对于低端PLC市场的争夺仍在继续进行，这也进一步促进了PLC的发展。随着微型和超微型PLC技术的发展和数量的增长，它们已经开始进入到新的应用领域。例如，微型PLC已经开始替代嵌入式控制器的工作内容。像Omron公司已经察觉到这一技术发展的新动向，并逐渐计划将其产品应用于商业器具、饮料分发设备等。这些行业之所以正在应用微型PLC，正是由于它具有卓越的灵活性、市场开发周期短、适应性强、竞争性的价格等一系列优点所致。
四﹑结束语
PLC要在工业控制自动化中占有一席之地，就必须不断融入新技术、新方法，推陈出新。新一代PLC将能够更加满足各种工业自动化控制应用的需要。从发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段，在未来的工业化生产中，PLC技术、机器人技术、CAD/CAM和数控技术将成为实现工业生产自动化的四大支柱技术。
参考文献:
[1]张鹤鸣等编著:可编程序控制器原理及应用教程[M].北京大学出版社,2006.11
[2]王兆义杨新志:可编程序控制器的发展趋势及国产化进程[J].电世界,2007.5
[3]胡学林编著:可编程控制器应用技术[M].高等教育出版社,2005.7
[4]廖常初:PLC基础及应用[M].机械工业出版社,2005.6
[5]潘勇等:PLC的应用和发展[J].计算机与数字工程,2007.2