PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制探析

摘要：時代信息化的來臨給社會各行各業(yè)都帶來了網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展要求。大規(guī)模和更大規(guī)模的電子集成化等技術(shù)性的工業(yè)發(fā)展，使PLC系統(tǒng)由原來種類單一的微處理結(jié)構(gòu)發(fā)展成為現(xiàn)在的多處理器模式。文章從PLC控制系統(tǒng)定義以及系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化進程兩個方面闡述了PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PLC；控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化；信息化；電子集成化；微處理結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）34-0070-03

隨著時代信息化來臨，給社會各行各業(yè)都帶來了網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展要求。大規(guī)模和更大規(guī)模的電子集成化等技術(shù)性的工業(yè)發(fā)展，使PLC系統(tǒng)由原來種類單一的微處理結(jié)構(gòu)發(fā)展成為現(xiàn)在的多處理器的模式。

1 PLC概述

PLC又名可編程邏輯控制器，即Programmable Logic Controller，主要功能來自其中內(nèi)部的儲存程序，通過采用內(nèi)部可編程的儲存器，來對外部指令任務(wù)的執(zhí)行，其中包括具體的邏輯運算、定時計時、計算的操作步驟等。同時通過數(shù)字的輸入或者輸出，模擬性讓內(nèi)部結(jié)構(gòu)執(zhí)行任務(wù)或者指令。這樣就能通過該控制器實現(xiàn)各種各樣類型器械的運作過程。如今在通信領(lǐng)域上PLC的發(fā)展已經(jīng)有所成熟，在體積的縮小、耗能減少、控制功能加強各方面優(yōu)勢的驅(qū)動下，進一步提高了它使用過程的可靠性以及在企業(yè)的生產(chǎn)中實現(xiàn)降低成本的作用。遠程I/O以及通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)的各種處理、圖像顯示的發(fā)展，PLC向著工業(yè)化的生產(chǎn)過程連續(xù)實現(xiàn)經(jīng)濟的作用越來越明顯，特別是在用電行業(yè)的自動化控制方面，成為很大的支柱。當今網(wǎng)絡(luò)化控制和多類型的控制模式已經(jīng)日益發(fā)展成熟，工業(yè)上的控制需求也在不斷提高要求。

Programmable Logic Controller，PLC于20世紀六七十年代推出裝置以來，在近幾十年的快速發(fā)展中，很快廣泛應(yīng)用于世界各地。與此同時，PLC的功能不斷得到完善和發(fā)展，PLC技術(shù)的發(fā)展完善是與信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展不可分割的，伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)等都相應(yīng)得到了發(fā)展完善，PLC在近幾十年的發(fā)展中，增加了不少運動控制、模擬量處理等方面的功能，用戶需求量日益增加。所以可以這樣說，今天的PLC與剛開始的PLC有著質(zhì)的區(qū)別，今天的PLC在運動及過程控制等領(lǐng)域都發(fā)揮著不可低估的作用和功效，已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)意義上的邏輯控制了。PLC作為離散控制的首選產(chǎn)品，伴隨著工廠自動化程度的不斷發(fā)展而不斷提高，縱觀近年來全球?qū)τ赑LC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，基本上在工業(yè)發(fā)達國家的增加速度有所放緩，而在我國，近年來的發(fā)展速度增加迅猛。

2 新一代PLC技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 網(wǎng)絡(luò)化能力增強

所謂網(wǎng)絡(luò)化的能力增強是使得可編的程序控制器在傳統(tǒng)的領(lǐng)域有所發(fā)展，加大了原來的使用范圍。從引入的工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場的總線、無線網(wǎng)絡(luò)以及英特爾等各種技術(shù)運用后，PLC在工業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)突破以往。經(jīng)典的可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)上的結(jié)構(gòu)分為信息管理層次、設(shè)備控制層次、過程控制層次。在信息管理層中，工業(yè)化生產(chǎn)以太網(wǎng)擴大展開，讓原先的控制和信息管理任務(wù)合二為一。設(shè)備的管控中，對現(xiàn)場引入了總線，從而使得工業(yè)生產(chǎn)過程中的儀表監(jiān)測、變頻器控制、MCC控制柜都能直接地與可編程序控制器PLC連接。在過程控制層中，首先是管理機界面的改革，使得可編程序控制器PLC實現(xiàn)不同地區(qū)的編程、管控、診斷，從而實現(xiàn)整個車間或者說整個廠區(qū)的大范圍控制。

2.2 多任務(wù)的執(zhí)行作用增加

多任務(wù)執(zhí)行功能就是在一個系統(tǒng)中，可編程序控制器同時配備幾個CPU的模板，從而使得每一個CPU模板能獨立分開地執(zhí)行各自的任務(wù)，同時管控執(zhí)行任務(wù)過程中相關(guān)的I/O模板。在原有的功能系統(tǒng)上增加其多任務(wù)運行的作用，使得其網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)更加全面地適應(yīng)市場的需求。

2.3 集成化軟件模式的發(fā)展

據(jù)統(tǒng)計，PLC可編程序控制器生產(chǎn)系統(tǒng)硬件的費用在逐年降低，PLC系統(tǒng)集成化、軟件化的投入費用在逐年上升?，F(xiàn)階段成形的可編程序控制器的編程、操作的界面、運行控制、設(shè)備微調(diào)、故障的診斷處理、通信等集成化功能已融為一體。

2.4 PLC網(wǎng)絡(luò)化的高速處理功能

PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后，高速的處理功能越來越明顯，其中包括運算法則在內(nèi)的高速化運行、設(shè)備外部數(shù)據(jù)的交換速率加快、編程設(shè)施的處理任務(wù)高速化以及外部設(shè)備對指令反映的高速化?？删幊绦蚩刂破鱌LC在其內(nèi)核的設(shè)計部分，增加通信的功能，可以通過沒有源頭的總線對系統(tǒng)中遇到的阻礙進行解決。在內(nèi)部允許多個處理器進行無限制的運作，屆時也給高度分布的控制系統(tǒng)提供解決方案。

2.5 技術(shù)滲透性PLC

技術(shù)滲透性的可編程序控制器網(wǎng)絡(luò)化是為了適應(yīng)工業(yè)化發(fā)展的時代需求。工廠控制系統(tǒng)與企業(yè)信息建設(shè)日益結(jié)合。技術(shù)滲透的目的是使得工廠在不同的品牌控制器上實現(xiàn)可編程序、分布式控制系統(tǒng)之間能得到有效的數(shù)據(jù)交換。事實上，對多任務(wù)系統(tǒng)的實現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)化能力提升、軟件集成化發(fā)展，促進了PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和信息技術(shù)的融合發(fā)展。

2.6 可編程序控制器PLC微型化

與傳統(tǒng)的微型PLC控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)在的微型可編程序控制系統(tǒng)除了點數(shù)字量為I/O，體積小，能直接安裝在機身內(nèi)部，還具有網(wǎng)絡(luò)化性能和人工控制的接口與大型可編程序控制器功能相似的作用。

3 PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢

3.1 系統(tǒng)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化的趨勢

PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)日趨成熟，其中有兩個比較大的趨勢：一是PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，不再像傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，迅速向外開放模式發(fā)展。其中各大品牌的PLC系統(tǒng)，除了有自己企業(yè)的特色的PLC網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。在設(shè)備完成程序任務(wù)之時，還能夠和上一部分抹計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接，實現(xiàn)信息的兩面交流，使得整個系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡(luò)成為整體。二是在現(xiàn)場的技術(shù)總線上得到推廣。通過一根傳輸作用的介質(zhì)，比如說雙絞線、同軸電纜、光纜等，把現(xiàn)場安裝的智能設(shè)備，比如說傳感器、儀表檢測、智能型的電磁閥，按照同一個通信規(guī)范進行信息內(nèi)部相互的傳輸，這樣就構(gòu)成工業(yè)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)化控制。這樣的網(wǎng)絡(luò)化控制和原始單純的PLC遠程控制相比，配置上更為靈活，內(nèi)容更為廣闊，性價比更高。endprint

3.2 PLC的發(fā)展歷程

PLC控制系統(tǒng)和計算機的聯(lián)機控制方式是由原始的編程器以及人機界面操作站實現(xiàn)。

企業(yè)對控制系統(tǒng)的集成化需求，刺激了各種商機的發(fā)展。從20年的發(fā)展歷程上看，網(wǎng)絡(luò)化的趨勢越來越明顯。從20世紀初期，工業(yè)化大發(fā)展，機械工業(yè)作為其中重要的部分，作為我國工業(yè)化發(fā)展的重點部分，機械化需求PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。PLC控制系統(tǒng)有關(guān)人員應(yīng)對該系統(tǒng)的認識要有全新的改變。

PLC的作用領(lǐng)域在現(xiàn)實中是非常廣泛的。其中在很多領(lǐng)域急需推廣其作用。在電力、機械制造、物流管理、公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等，對該系統(tǒng)的運用需求擴大。其中網(wǎng)絡(luò)化延伸是未來的主流，在各種準隨式的系統(tǒng)中都能運用。PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化建模和對策上的結(jié)合，都是將來發(fā)展的主題。

3.3 當前PLC的狀況

當前PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展正向著高速、種類繁多、編程語言豐富、超大容量等模式發(fā)展。同時，系統(tǒng)研究公司也在致力研究開發(fā)新的智能模塊、加強網(wǎng)絡(luò)通信能力、增加現(xiàn)場總線接口等。PLC的網(wǎng)絡(luò)控制是當今工業(yè)控制發(fā)展的潮流。其中相互間的通信交流，PLC與計算機的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合已經(jīng)發(fā)展成熟。PLC制造商也在不斷地加強專用通信模塊和軟件的系統(tǒng)研究。同時加深對PLC系統(tǒng)研發(fā)的通信標準，以便形成更為網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。當前PLC技術(shù)已日趨成熟，控制的功能向著更高層次的規(guī)模進步。同時工業(yè)的技術(shù)性進步也會隨著PLC技術(shù)的成型而有更大的躍進。在PLC網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的過程中，存在著兩種通信方法：一種是平行的通信。該類型主要發(fā)生在PLC系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，很多臺處理器通信上，PLC系統(tǒng)內(nèi)部的CPU單元和智能化的部分結(jié)合；另一種就是通過串聯(lián)的通信連接工作。該種類型的運作有利于遠距離控制設(shè)備。

3.4 今后工作的展望

今天的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展系統(tǒng)已經(jīng)日新月異并且不斷發(fā)展壯大，所以控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化與PLC的結(jié)合是大勢所趨也是最終的發(fā)展之路，今后我國的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的模式發(fā)展會越來越明顯。結(jié)合目前我國關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究工作的開展來看，目前雖然取得了一定的成果和效應(yīng)，但是與我們的目標相比，還是遠遠不夠的，依然不能順應(yīng)現(xiàn)實發(fā)展的需求，依舊需要大量的工作去完善，今后的工作主要從以下三個方面著手：

3.4.1 針對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建模。目前的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)模式是在簡單的隨機系統(tǒng)模型上開展的，所以結(jié)合開展的效果來說，PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢還沒有完全呈現(xiàn)出來，也沒有充分被體現(xiàn)出來，所以今后關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的建模工作要進一步完善和實施。

3.4.2 網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度最優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)對于控制系統(tǒng)信息的調(diào)度對于控制系統(tǒng)的分析與社會會產(chǎn)生怎樣的效果呢？對于一個固定的系統(tǒng)來說也會存在最優(yōu)調(diào)度方案的說法。

3.4.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的同步優(yōu)化。將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)化與控制系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化同時進行這是一個極大的挑戰(zhàn)，這里所說的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化包含了諸多方面，如信息延遲、資源分配、信息調(diào)度等。

4 結(jié)語

隨著PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，也促進了行業(yè)的集成化和規(guī)?；M步?？傊?，PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展在未來的社會中將有大展望。

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作者簡介：林旭鴻（1974-），江蘇丹陽人，供職于上海市雨恒機電有限責任公司，研究方向：機械、機電、電子

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