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PLC及其網絡是現代工業自動化的支柱
PLC及其網絡是現代工業自動化的支柱
PLC及其網絡被*為現代工業自動化三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。從近年的統計數據看，在世界范圍內，PLC產品的產量、銷售、用量高居各種工業控制裝置，而且市場需求量一直在按每年15%的比率上升。形成這一局面有其深刻的原因。
一、PLC及三電于一體
工業自動化系統通常分成三類：一類是控制開關量的邏輯裝置，一類是控制慢連續量的過程控制系統，一類是控制快連續量的運動控制系統。在傳統上對于這三種控制系統用不同的控制裝置。邏輯控制用電控制（電氣控制裝置即繼電器接觸器控制柜），過程控制用儀表裝置（電動單元組合儀表），運動控制用電傳裝置（電氣傳動控制裝置）。所謂三電就是指的是電控、電儀、電傳。
在一家工廠、一個車間、一個工段，甚至在一臺設備上，這三種設備常常并存在一起，單設備各不相干。這主要是因為這三種控制裝置相差太遠，無法兼容。長久以來，人們一直希望能把他們用一種控制裝置統一起來，協調地進行控制。 這對于提高生產效率，保證產品質量，實現優化控制無疑是很有意義的。把三電合成于一體就叫做三電一體。
從現代控制裝置來看，無論是邏輯控制、過程控制還是運動控制都使用的是計算機開發的控制裝置，計算機成為三電一體的物質基礎。
有兩種實現三電一體化的思路：一種思路是在網絡一級實現三電一體化，邏輯控制裝置、過程控制裝置、運動控制裝置盡管各不相同，但如果它們都可以連入同一網絡，則網絡就成了三電同一的載體，在網絡一級實現了三電一體化。另一種思路是在控制裝置一級實現三電一體化，控制裝置即有邏輯控制功能，又有過程控制功能，還有運動控制功能。DCS（distrabuted control system）系統沿著前一種思路發展三電一體化，他花費較大，適合于大型自動控制系。PLC則沿著后一種思路發展三電一體化，他靈活機動，三電一體集成度較高，適合于各種規模自動控制系統。
研制開發PLC的最初動因是為了取代繼電器，構成新型的控制開關量的裝置，因此，從一開始，邏輯控制就是PLC的強項。隨著PLC的換代，PLC中處理器處理速度的不斷增加，PLC的功能也在不斷增多，現在發展成具有邏輯控制功能，過程控制功能、運動控制功能、數據處理功能、聯網通信功能的名副其實的多功能控制器。在PLC從邏輯控制功能向多功能的發展過程中，制造商們曾發生過爭論，出現過一個短暫的停頓時期。曾經懷疑在PLC上增加對連續量的控制功能是否有意義，與同一時期興起的用于控制的可編程調節器、工業PC、DCS系統相比較，是否具有競爭力，是否有市場。停頓是嶄短的，大家很快意識到，在PLC上增加的控制功能的生命力并不在于其配置的控制算法的復雜程度，而在于多種功能的集成。PLC的主要優勢在于它把三電集于一體，在裝置一級實現了三電一體化。
為什么PLC有能力在裝置一級集三電于一體，而專門用于過程控制的計算機控制裝置實現三電一體卻比較困難呢？其中有三個原因。一是PLC是以控制開關量起家的，他采用循環掃描方式，通過串行處理使其在邏輯上等小于并行處理的繼電器邏輯控制系統，為了不丟失輸入信號，要求循環掃描周期越短越好，這就使得在PLC中配置的處理器性能好，速度快。這些高性能的微處理器本身有很大的潛能，早期PLC只利用速度快這一條，其他潛能并沒有得到充分得利用。后來發現處理好不同性質的實時多任務的調度，在PLC中加入針對慢連續量的過程控制并不困難。反過來，針對慢連續量的過程控制計算機，改成周期循環掃描并加入大量開關控制卻是力不能及的。第二個是大中型PLC中普遍采用了多微處理機結構進行多道處理。例如西門子的S5-155U，S5-153U內最多配置4個CPU加一個協處理器德州儀器公司的T1565可編程控制器最多可裝入8臺MC68000的處理器，這使得PLC不僅速度快，而且可以獨立各自處理不同問題，也可分解協調，共同處理非常復雜的問題。第三個是PLC配置著大量內含CPU的智能模板，有些用于PID控制，有些用運動控制，有些用于高速記數，有些用于聯網通信，他們采用模塊結構，通過背板并行總線連成有機的整體，所有這一切為PLC在裝置一級實現三電一體奠定了堅實的基礎。當然從目前看，PLC在裝置一級的三電一體化并不是很完善的，復雜過程控制還欠缺一些，運動控制能力也還不全面，這些都有待于進一步開發。盡管如此，在裝置一級實現三電一體化本身，使得PLC在競中居于強有力的地位。
二、PLC網絡的性能價格比高
PLC網絡經過多年的發展，已成為具有3~4級子網的多級分布式網絡。加上強有力的工具軟件，使他成為具有工藝流程顯示、動態畫面顯示、趨勢圖生成顯示、各種報表制作的多功能的系統，在MAP規約的帶動下，可以方便地與其他網絡互聯。所有這一切是PLC網絡成為CIMS系統非常重要的組成部分之一。
若把PLC網絡與其他工業局域網比較，從功能上看，PLC網絡并沒有什么特別之處，他的特別之出在于：PLC網絡具有較高的價格比。
我們知道DCS系統具有優良的通信子網。但是為了取得網絡的高可靠性，DCS系統普遍對通信網絡采用1∶1冗余措施，這包括通信信道的1∶1冗余、通信接口的1∶1冗余，還包括通信系統發生故障時，對故障檢測及自動切換到備用子網的裝置。諸如此類，導致盡管DCS系統性能優良，單價格也非常昂貴，性能價格并不很高。
PLC網絡則不同，一般在網絡級它不搞1∶1網絡冗余，僅在關鍵部位選用冗余結構的PLC。這樣一種處理方案，在價格上將大大低于DCS系統是不言而喻的。在可靠性上是否一定低于DCS系統呢？其實也不一定。由于PLC集三電于一體，使其本身具有很強的自治性，它對PLC網絡的通信速度要求比較低，需要通過網絡交換的數據量相對比較少，這使得PLC網絡變的比較簡單。而DCS系統在網絡一級實現三電一體化，他對網絡通信速度的要求比較高，需要通過網絡交換的數據量比較大，這使得DCS系統的通信網絡比較復雜。簡單通信網絡的可靠性總比復雜通信網絡的可靠性容易保證。從這個角度看，PLC網絡盡管沒有1∶1冗余，可靠性也未必低。更何況PLC本身具有良好的自治性，在關鍵場合又選用PLC冗余結構，這樣即使PLC網絡發生故障，仍可維持生產進行。
正是由于PLC網絡具有較高的性能價格比這一特點，使他倍受用戶歡迎，在中小企業的自動化系統中向DCS提出了嚴格挑戰。
三、PLC的高可靠性
大家都知道，PLC是一種具有很高可靠性的控制裝置，他與可編程序調節器DCS系統同被列為"不損壞儀表"。這當然是由于在硬件上他們都采用了諸如隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列抗干擾措施，在模板機箱進行了完善的電磁兼容性設計，對元件進行了盡心的挑選；而且更重要的是他們采用了諸如數字濾波、指令復執、程序卷回、差錯校驗等一系列軟件抗干擾措施及故障診斷技術，以及在系統一級的冗余配置等。
對于PLC系統來說，他的高可靠性還得益于其特殊的工作方式。PLC采用周期循環掃描方式工作，對于輸出集中進行。這種工作方式本身就具有抗干擾能力。在一個循環掃描周期T中，僅只有一小段時間集中進行I/O，也只有一小段集中進行I/O時間中的干擾才會被引入PLC內部，在掃描周期的其余大部分時間，干擾都被阻擋在PLC之外。因此PLC的這種工作方式就具有抗干擾能力。
通常，為了防止開關量丟失，要求把掃描周期控制在100~200ms之內，這個時間比PLC所帶的執行器的電機時間常數小得多。這樣一來，即使在每個掃描周期，干擾侵入，并造成輸出值錯誤，擔當他還沒來得及使執行器發生錯誤的動作，下一個掃描周期正確的輸出就會將其糾正。上面這些原因使PLC的可靠性顯的更高。
正是由于PLC具有多功能，集三電于一體，PLC網絡具有優良的性能價格比和PLC具有高可靠性等等，使得PLC在工廠中倍受歡迎，用量高居，成為現代工業自動化的支柱。