一、PLC的發(fā)展歷史

　　可編程邏輯控制器，又稱可編程控制器橄镜，有過多種定義》氤耍可以看作是一種經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)洽胶，整個(gè)的設(shè)計(jì)原則就是簡單與實(shí)用。

　　1968年裆馒，通用汽車公司的液壓部門為了消除既復(fù)雜又昂貴的繼電器控制系統(tǒng)姊氓，確立了第一個(gè)可編程控制器的招標(biāo)指標(biāo)。該設(shè)計(jì)規(guī)格需要固態(tài)系統(tǒng)和電腦技術(shù)喷好，并要求能夠在工業(yè)環(huán)境中生存翔横，也能夠方便地編程，并且可以重復(fù)使用梗搅。該控制系統(tǒng)將大大減少機(jī)器的停機(jī)時(shí)間禾唁，并為未來提供了可擴(kuò)展性。該招標(biāo)由DEC公司中標(biāo)无切，這套系統(tǒng)于1969年研制出來穗狞，這是第一臺可編程控制器，型號為PDP-14客净，應(yīng)用取得成功耍缩。其后，美國的MODICON公司也推出了同名的084控制器舌多，1971年日本推出了DSC-80控制器交印，1973年西歐國家的各種可編程控制器也研制成功。這些早期的控制器滿足了最初的要求盘秕，并且打開了新的控制技術(shù)的發(fā)展的大門丘梭。

　　PLC的發(fā)展也是與計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)抢熟、數(shù)字技術(shù)柄叹、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，正是這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程控制器的發(fā)展匾蛆。

　　從控制功能來看漓客，可編程控制器的發(fā)展大致經(jīng)歷了4個(gè)階段：

　　1．初級階段：從第一臺PLC問世到20世紀(jì)70年代中期

　　由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此切油，主要功能是邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)蝙斜、計(jì)數(shù)功能名惩。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成。主要產(chǎn)品有：MODICON公司的084孕荠，AB公司的PDQ-IL娩鹉，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等稚伍。第一階段就采用了梯形圖語言作為編程方式弯予，盡管有些枯燥，但卻形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)个曙；

　　2．?dāng)U展階段：從20世紀(jì)70年代中期到70年代末期

　　這一階段PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴(kuò)展锈嫩。擴(kuò)展的功能包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運(yùn)算垦搬、模擬量的運(yùn)算等功能呼寸。這一階段的產(chǎn)品有MODICON的184，284悼沿，384等舔，西門子公司的SIMATICS3系列骚灸，富士電機(jī)公司的SC系列產(chǎn)品摊咨；

　　3．通信階段：20世紀(jì)70年代末期到80年代中期

　　這一階段產(chǎn)品與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展有關(guān)，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)热跨。但是氏长，由于各制造商各自為政，通信系統(tǒng)也是各有各的規(guī)范悍暴。由于在很短的時(shí)間內(nèi)壳荣，PLC就已經(jīng)從汽車行業(yè)迅速擴(kuò)展到其它行業(yè)，作為繼電器的替代品進(jìn)入了食品汽心、飲料吟钻、金屬加工、制造和造紙等多個(gè)行業(yè)熏疾。其次溶豌，產(chǎn)品功能也得到很大的發(fā)展。同時(shí)葵昂，可靠性進(jìn)一步提高桶淡。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84寥掐，884等靴寂，富士電機(jī)的MICRO和TI公司的TI530等；

　　4．開放階段：從20世紀(jì)80年代中期開始

　　由于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型OSI召耘，使PLC在開放功能上有較大發(fā)展百炬。主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開放褐隆，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標(biāo)準(zhǔn)化收壕，使用戶得益妓灌。此外，PLC開始采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件系統(tǒng)蜜宪，增加高級語言編程虫埂，并完成了編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化工作。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的S7系列圃验，AB公司的PLC-5掉伏，SLC500，德維森的V80和PPC11澳窑，加拿大ONLINECONTROL公司與合控電氣公司所開發(fā)的OPENPLC等斧散。

　　二、PLC的特點(diǎn)

　　1．PLC的硬件和軟件進(jìn)展

　　PLC的技術(shù)從誕生之日起圾篱，就不停地發(fā)展啸席。PLC的定義也經(jīng)過多次變動。1987年玫惧，國際電工委員會IEC(InternationalElectricalCommittee)頒布了可編程序控制器最新的定義：

　　可編程控制器是一種能夠直接應(yīng)用于專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置币皂。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算庞蠕、順序運(yùn)算筋擒、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令则菌，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出破卜，控制各類的機(jī)械或生產(chǎn)過程√ぱィ可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體廷前，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

　　可見窜无，PLC的定義實(shí)際是根據(jù)PLC的硬件和軟件技術(shù)進(jìn)展而發(fā)展的贱甥。這些發(fā)展不僅改進(jìn)了PLC的設(shè)計(jì)，也改變了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念讲仰。這些改變慕趴，包括硬件和軟件的。

　　以下列出了PLC的硬件進(jìn)展：

　　采用新的鄙陡、先進(jìn)的微處理器和電子技術(shù)達(dá)到快速的掃描時(shí)間冕房；

　　小型的、低成本的PLC，可以替代4到10個(gè)繼電器耙册，現(xiàn)在獲得更大的發(fā)展動力给僵；

　　高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口详拙；

　　基于微處理器的智能I/O接口帝际，擴(kuò)展了分布式控制能力。典型的接口如：PID饶辙，網(wǎng)絡(luò)蹲诀，CAN總線，現(xiàn)場總線弃揽，ASCII通信管员，定位，主機(jī)通訊模塊巷卵，和語言模塊（如BASIC溅逃，PASCAL）；

　　包括輸入輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)帘衣，使端子更加集成少锭；

　　特殊接口允許某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶税则、熱電阻谎躁、應(yīng)力測量、快速響應(yīng)脈沖等纹轩；

　　外部設(shè)備改進(jìn)了操作員界面技術(shù)泄艘，系統(tǒng)文檔功能成為了PLC的標(biāo)準(zhǔn)功能宦噩。

　　以上這些硬件的改進(jìn)缅科，導(dǎo)致了PLC的產(chǎn)品系列的豐富和發(fā)展，使PLC從最小的只有十個(gè)I/O點(diǎn)的微型PLC衰拄，到8000點(diǎn)的大型PLC耗跛，應(yīng)有盡有。這些產(chǎn)品系列攒发，用普通的I/O系統(tǒng)和編程外部設(shè)備调塌，可以組成局域網(wǎng)，并與辦公網(wǎng)絡(luò)相連惠猿。整個(gè)PLC的產(chǎn)品系列概念對于用戶來說羔砾，是一個(gè)非常節(jié)約成本的控制系統(tǒng)概念。

　　與硬件的發(fā)展相似偶妖，PLC的軟件也取得了巨大的進(jìn)展姜凄，大大強(qiáng)化了PLC的功能：

　　PLC引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ撸⑶腋鶕?jù)國際電工委員會的IEC61131-3的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語言；

　　小型PLC也提供了強(qiáng)大的編程指令态秧，并且因此延伸了應(yīng)用領(lǐng)域董虱；

　　高級語言，如BASIC申鱼，C在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)愤诱，在與外部通訊和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性；

　　梯形圖邏輯中可以實(shí)現(xiàn)高級的功能塊指令捐友，可以使用戶用簡單的編程方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能晋粱；

　　診斷和錯(cuò)誤檢測功能，從簡單的系統(tǒng)控制器的故障診斷埋吊，擴(kuò)大到對所控制的機(jī)器和設(shè)備的過程和設(shè)備進(jìn)行診斷批贴；

　　浮點(diǎn)運(yùn)算可以進(jìn)行控制應(yīng)用中計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)等所牽涉的復(fù)雜計(jì)算癣跟；

　　61548;數(shù)據(jù)處理指令得到簡化和改進(jìn)用噪，可以進(jìn)行涉及大量數(shù)據(jù)存儲、跟蹤和存取的復(fù)雜控制和數(shù)據(jù)采集和處理功能景顷。

　　盡管PLC比原來復(fù)雜了很多誓籽，但是，他們依然保持了令人吃驚的簡單性强男，對操作員來說洪业，今天的高功能的PLC與三十年前一樣那么容易操作。

　　2．PLC的特點(diǎn)

　　PLC發(fā)展如此迅速的原因眨仪，在于它具有一些其它控制系統(tǒng)峭桅，包括DCS和通用計(jì)算機(jī)在內(nèi)，所不及的一些特點(diǎn)柑爸。下面對這些特點(diǎn)做一個(gè)介紹：

　〕郴ぁ①可靠性

　　可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性”眵ⅲ可編程控制器的可靠性高馅而，表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：

　　a)可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，接線大大減少譬圣，與此同時(shí)瓮恭，系統(tǒng)的維修簡單，維修時(shí)間縮短厘熟，因此可靠性得到提高屯蹦；

　　b)可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)绳姨，掉電保護(hù)登澜，故障診斷笨农，報(bào)警和運(yùn)行信息顯示和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF帖渠，降低了MTTR谒亦，使可靠性得到提高；

　　c)可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性旬效，它具有編程簡單炬费，操作方便，編程的出錯(cuò)率大大降低讯匈，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高艾蜓；

　　d)可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施策坏。例如零反，采用可靠性高的工業(yè)級元件，采用先進(jìn)的電子加工工藝（SMT）制造烈肉，對干擾采用屏蔽迫讨、隔離和濾波等；存儲器內(nèi)容的保護(hù)甩高，采用看門狗和自診斷措施凤阱，便于維修的設(shè)計(jì)等。

　　一份用戶選用PLC原因的調(diào)查報(bào)告指出：在各種選用PLC的原因中霸督，首選原因是可靠性高的芹枷，占93%，其次莲趣，才是性能和維修方面的原因鸳慈。

　　②易操作性

　　PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面：

　　a)操作方便：對PLC的操作包括程序的輸入和程序更改操作喧伞，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改操作∽哂螅現(xiàn)在的PLC的編程器大部分可以用電腦直接進(jìn)行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號絮识、繼電器編號或接點(diǎn)號等直接進(jìn)行搜索或按順序?qū)ふ衣唐福缓罂梢栽诰€或離線更改嗽上；

　　b)編程方面：PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可以使用次舌，對現(xiàn)場電氣人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖相似兽愤，因此彼念，很容易理解和掌握。采用語句表語言編程時(shí)浅萧，由于編程語句是功能的縮寫逐沙，便于記憶，并且與梯形圖有一一對應(yīng)的關(guān)系，所以有利于編程人員的編程操作蔓酣。功能圖表語言以過程流程進(jìn)展為主線柴羞，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語言編程方法的應(yīng)用尚未普及载甸，但由于它們具有功能清晰稳嘁，易于理解等優(yōu)點(diǎn)，而且與DCS組態(tài)語言統(tǒng)一齐犀，正受到廣大技術(shù)人員的重視托习。

　　c)維修方便：PLC所具有的自診斷功能對維修人員的技術(shù)要求較低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)滥捣，通過硬件和軟件的自診斷虏淋，維修人員可以根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息，或通過編程器和HMI屏幕的設(shè)定沦昆，直接找到故障所在的部位尸查，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，降低了MTTR愿凶。

　　為便于維修工作的開展凛驮，有些PLC制造商提供維修用的專用儀表或設(shè)備，提供故障維修樹等維修用資料条辟；有些廠商還提供維修用的智能卡或插件板黔夭，使維修工作變得十分方便。此外羽嫡，PLC的面板和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也考慮了維修的方便性本姥。例如，對需要維修的部件設(shè)置在便于維修的位置杭棵，信號燈設(shè)置在易于觀察的位置婚惫，接線端子采用便于接線和更換的類型等，這些設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行魂爪，大大縮短了維修時(shí)間先舷。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水作業(yè)，使維修用備品備件簡化等滓侍，也使維修工作變得方便蒋川。

　　③靈活性

　　PLC的靈活性主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

　　a)編程的靈活性：PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語言有梯形圖撩笆、指令表倡挚、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語言等筷疹。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進(jìn)行編程蒸拦，編程方法的多樣性使編程方便辙资。由于PLC內(nèi)部采用軟連接，因此蜘把，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換后癌雷，可不必改變PLC的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要衅滞。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)和數(shù)字電路控制系統(tǒng)所不能比擬的橡收。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使PLC成為工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備遏填，在柔性制造系統(tǒng)FMS配评，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和計(jì)算機(jī)流程工業(yè)系統(tǒng)（CIPS）中，PLC正成為主要的控制設(shè)備氛赞，得到廣泛的應(yīng)用再拴；

　　b)擴(kuò)展的靈活性：PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展赔癌，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展诞外、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展灾票。它不僅可以通過增加輸入輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)峡谊，通過擴(kuò)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能刊苍，甚至可以與其它的控制系統(tǒng)如DCS或其它上位機(jī)的通信來擴(kuò)展其功能既们，并與外部的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種擴(kuò)展的靈活性大大方便了用戶正什；

　　c)操作的靈活性：操作的靈活性指設(shè)計(jì)工作量啥纸、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少婴氮。操作變得十分方便和靈活斯棒，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化主经，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等荣暮。

　　④機(jī)電一體化

　　為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)仇钞，更可靠嗡窑，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)俐番、低耗要效益香诽，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化，即儀表撇熬、電子庐丁、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物烧已，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備榨凭，具有體積小、功能強(qiáng)烘牌，抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)郑迅，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表撮点、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合集成在一起令聂，因此，它已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)固棚、工業(yè)機(jī)器人统翩、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動化三大支柱（PLC此洲，機(jī)器人厂汗，CAD/CAM）之一。

　　可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)呜师，它們可以與其它系統(tǒng)通訊娶桦，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度汁汗，診斷自身和設(shè)備的故障衷畦，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者知牌。

　　三霎匈、開放式PLC的概念

　　1．應(yīng)用中產(chǎn)生的開放性需求

　　長期以來，制造與生產(chǎn)企業(yè)所采用控制系統(tǒng)大多是專用的送爸、封閉的體系結(jié)構(gòu)铛嘱，其構(gòu)成系統(tǒng)的硬件是按照各自的標(biāo)準(zhǔn)量身定制的。無論是DCS窗蠕，PLC還是FCS波烘，雖然它們具有結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟骏疆、產(chǎn)品批量大等優(yōu)點(diǎn)亥矿，但相對日新月異的生產(chǎn)要求，也越來越暴露出其固有的缺點(diǎn)潜佑。在許多情況下锨飞，當(dāng)用戶要想進(jìn)行功能上的擴(kuò)展或變化時(shí)，都必須求助于系統(tǒng)的提供商镐准，如想把特殊要求融入到控制系統(tǒng)中去時(shí)徘敦，由于它們的封閉特性那是不可能的翅殃。再者，由于采用了專用的控制系統(tǒng)虾钾，如制造廠家想轉(zhuǎn)化一種控制系統(tǒng)也將變得極為困難臊娩。諸如此類，無形中不僅提高了制造企業(yè)的成本透嫩，也成為控制系統(tǒng)升級換代的"瓶頸"框全。

　　市場全球化的后果是競爭空前劇烈，從而要求制造商具有較強(qiáng)的市場適應(yīng)能力干签，因而市場對適合中小批量加工津辩，具有良好柔性和多功能性的制造系統(tǒng)的需求已逐步超過對大型單一功能的制造系統(tǒng)的需求。這一趨勢促成了一個(gè)新概念的產(chǎn)生容劳，即模塊化喘沿、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的軟硬件系統(tǒng)鸭蛙，這就是開放式控制系統(tǒng)摹恨。這一系統(tǒng)不僅能夠快速、經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)新的加工需求娶视，而且為制造廠提供了將其技術(shù)與任何第三方的技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行集成的可能性晒哄。

　　開放式控制系統(tǒng)的概念在80年代就已出現(xiàn)。早在1981年肪获，美國國防部為了減少軍備制造對日本控制系統(tǒng)的依賴性寝凌，開始了名為“下一代控制器（NGC）”的計(jì)劃，并成立了“美國國家制造科學(xué)中心（NCMS）”孝赫，其主要目的是擬訂并推進(jìn)關(guān)于新一代開放式控制系統(tǒng)的詳細(xì)分析與規(guī)范央颈。作為NGC的后續(xù)工作，美國國防部啟動了OASYS項(xiàng)目岗制，其目的是建立并安裝8套控制器械耙，并在6種不同場所對其進(jìn)行測試。其后有許多相關(guān)的研究計(jì)劃在世界各國相繼啟動刷男，其中影響較大的有美國的OMAC袖蝙、歐洲的OSACA和日本的OSEC等計(jì)劃。但因?yàn)檫@些計(jì)劃的發(fā)起者是用戶而不是制造商剪碱，因此羊耸，進(jìn)程比較緩慢。

　　2．國際大型PLC制造商的開放路線

　　2003年穆递，全球自動化行業(yè)的控制系統(tǒng)市場大約為每年100億美元左右葵伟，其中99%被傳統(tǒng)的不開放系統(tǒng)所占據(jù)。據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)美國自動化市場研究公司ARC（AUTOMATIONRESEARCHCORP）調(diào)查預(yù)計(jì)，在亞洲夕谬，基于PC的控制系統(tǒng)增队、以太網(wǎng)的I/O模塊等開放式系統(tǒng)的銷售額預(yù)計(jì)近兩年的增幅達(dá)到145%，可見在控制系統(tǒng)市場中傲茄，開放系統(tǒng)的增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)毅访。

　　資金永遠(yuǎn)是向高利潤的方向流動的沮榜，那么盘榨，國際的大型PLC制造商當(dāng)然不會對這么大的市場坐視不理。但是蟆融，分析這些PLC的制造商面對開放性的大趨勢所采取的策略草巡，卻是微妙而饒有趣味的。

　　首先型酥，國際大型控制系統(tǒng)雖然絕對有能力推出自己的開放式控制系統(tǒng)山憨，但是卻都遲遲按兵不動。什么原因呢弥喉？

　　幾乎所有的制造商都已認(rèn)識到了開放系統(tǒng)必將是自動化系統(tǒng)的未來郁竟。無論是SIEMENS，GE由境，還是ROCKWELL棚亩，還是SCHNEIDR，在他們的新產(chǎn)品樣本中虏杰，都可以看到“開放性”的字樣腹瞒。但是，他們的開放性通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口實(shí)現(xiàn)局部的互連和通信撕擂，并非真正意義上的開放孝尺。不要說控制器的底層，就是在操作站這一層泉蠢，他們在實(shí)現(xiàn)與外界通信方面還存在著重重困難洼宪。這種狀況的產(chǎn)生并不是由于他們無法開發(fā)出全開放的系統(tǒng)，而是出于其產(chǎn)品戰(zhàn)略考慮诡语，不愿也不能這樣做绒霹。以西門子為例，目前尽瑰，主推的是西門子用了15年時(shí)間才開發(fā)出來的S7系統(tǒng)西龟，2002年的工業(yè)控制產(chǎn)品的銷售額約為140億馬克，如果西門子要推廣新的開放式系統(tǒng)奠拢，必然要爭奪現(xiàn)有的S7系統(tǒng)的市場镣学，而新的系統(tǒng)能否為現(xiàn)有的西門子的用戶所接受，還是一個(gè)未知數(shù)瘟则，況且目前其它開放式系統(tǒng)的市場總額才幾億美元黎炉，盡管這個(gè)市場的增長率較高枝秤，但西門子絕對不可能為了總共幾千萬美元且風(fēng)險(xiǎn)極大、競爭能力不強(qiáng)的少量市場而放棄已經(jīng)現(xiàn)成的數(shù)十倍的市場慷嗜。西門子是這樣淀弹，GE捍睡、AB都是這樣胯夏。

　　那么，這些公司對于開放式系統(tǒng)市場是否只能坐視不理梅肤、無能為力呢缭乘？也不是沐序。目前，各個(gè)公司均在考慮用現(xiàn)有的產(chǎn)品組合出形式上的“開放式”系統(tǒng)堕绩。如西門子的PCS7和TIA概念策幼，實(shí)際上就是用工控機(jī)下掛S7的PLC而組成的概念性的系統(tǒng)，宣傳口號是“不僅僅是基于PC的PC控制”奴紧，典型地表示了其一方面不想在開放式系統(tǒng)領(lǐng)域落后于他人特姐，同時(shí)又不想失去老用戶的復(fù)雜情結(jié)。GE-FANUC在2000年底推出了HCS冬蝶，實(shí)際上就是用原來的產(chǎn)品FANUC90-30和90-70加上工控機(jī)和軟件而組成的概念性的產(chǎn)品裁鸦，才用了“為用戶量身定做（TAILORED）”的概念，口號是“把DCS和PLC的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來”娘介；也具有同樣的心理杉藐。類似的還有ROCKWELL-AB的CONTROL-LOGIX，都是將原有的專用系統(tǒng)加上“開放”的標(biāo)簽用载，半推半就地走上開放式系統(tǒng)市場競爭的舞臺攒置。這些控制系統(tǒng)巨頭的目的都是相同的，那就是既不錯(cuò)過開放式系統(tǒng)這班航船披蚕，又可以將原有的系統(tǒng)盡量多地銷售出去尖坦。

　　以上分析可以得出結(jié)論，在開放式系統(tǒng)的市場競爭的初級階段讹渴，國外各大控制系統(tǒng)制造商會迎合發(fā)展趨勢推出自己的開放式系統(tǒng)装屈，但是均會以其目前的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，在軟件平臺擒欢、通訊方面做些裝飾性的工作路学，而不會真正推出全方位的真正的開放式系統(tǒng)。因?yàn)檫@樣做盒件，對他們現(xiàn)有系統(tǒng)的市場所帶來的損失是他們不愿承受的蹬碧。

　　3．目前開放式系統(tǒng)開發(fā)存在的問題

　　目前國際上已有的開放性控制系統(tǒng)從嚴(yán)格的角度來看，它們還不具備開放性控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征，仍有許多需要改進(jìn)之處恩沽。

　　首先誊稚，開放式控制系統(tǒng)的概念不清晰，沒有解決開放控制系統(tǒng)的平臺問題罗心。各系統(tǒng)所采用的體系結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議并不一致里伯，仍是自成體系，相互之間缺乏兼容性和互換性渤闷，而且對體系結(jié)構(gòu)的闡述都只限于具體實(shí)現(xiàn)層疾瓮，沒有提高到理論的、抽象的層次上來肤晓，因而各系統(tǒng)軟硬件不具備可移植性和互操作性爷贫。

　　其次认然，沒有充分利用像Windows补憾、UNIX、OS/2等新型操作系統(tǒng)反俱。軟件開發(fā)思想與技術(shù)落后忱厨，始終處于甚至低于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的水平。沒有充分利用面向?qū)ο笳ㄒ弧④浖赜玫溶浖こ讨械男吕碚摾鸬伞⑿录夹g(shù)，而這些正是實(shí)現(xiàn)開放性控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在校槐。

　　此外揉拯，產(chǎn)品的升級、更新另焕、修改和維修仍然依賴于生產(chǎn)廠家液斩，沒有提供相應(yīng)的開發(fā)工具和環(huán)境，用戶無法把自己的或任何第三方的思想或產(chǎn)品融入到系統(tǒng)中去惦鄙。

　　問題是谤赛，目前各大控制系統(tǒng)制造商并非不了解這些問題現(xiàn)狀，而是不愿意進(jìn)行實(shí)質(zhì)的改進(jìn)來真正滿足用戶的要求喧久，用戶要求開放式系統(tǒng)的目的是為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的信息流動的無縫化和軟件追城、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，目前各廠家所采取的措施充其量是幫助用戶向前邁了一小步燥撞，而且用戶必須為此付出高昂的費(fèi)用座柱，如西門子的S7400僅通信模件所花的費(fèi)用就占整個(gè)系統(tǒng)的1/3以上，開放式系統(tǒng)應(yīng)有的性能價(jià)格比的提高用戶無法享受到物舒。這種表面的開放性并不能代表真正的開放性色洞，不少專家已毫不客氣地指出了這一點(diǎn)，許多明眼的用戶也認(rèn)識到了這個(gè)問題。

　　目前锋玲，全力致力于真正開放式系統(tǒng)開發(fā)的反而是一些新興的相對較小的公司景用，如美國的OPTO22，SOFTPLC惭蹂，CONTROLSOFT以及英國的TRANSMITTON等等伞插。這些公司沒有過去的包袱，所開發(fā)的產(chǎn)品的市場目標(biāo)也不存在搶自己飯碗的問題盾碗，所以他們可以沒有后顧之憂地宣傳媚污。由于他們的產(chǎn)品是充分考慮了開放性的，今后將成為開放性控制系統(tǒng)的新的生力軍廷雅。但目前皿掂，這些公司普遍沒有信心對目前的市場領(lǐng)導(dǎo)者所占據(jù)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)市場進(jìn)行全面進(jìn)攻，一般還是在鉆一些大公司不愿或忽視做的空白市場唆逻，在國際上沒有對現(xiàn)有的市場領(lǐng)導(dǎo)者構(gòu)成威脅般供，因此，大公司對這些公司也沒有采取什么對策唇墅。

　　值得認(rèn)真分析的是栅告，經(jīng)過兩年到三年的時(shí)間，開放式系統(tǒng)在目前被市場領(lǐng)導(dǎo)者壟斷的市場中打開了一個(gè)缺口后特奇，如占到了10%或20%左右的份額時(shí)域抚，那些目前的市場領(lǐng)導(dǎo)者一定會加以重視，因?yàn)榧词顾麄冏约翰蝗ト〈袭a(chǎn)品剧么，可能別的新興公司也要取而代之了涵蔓。這時(shí)，他們一定會全力反撲苫治，紛紛推出自己的新一代開放式產(chǎn)品滋遗。這些大公司的轉(zhuǎn)向，可以加速用戶對開放性系統(tǒng)的接受進(jìn)程颜说，更快地推進(jìn)開放式系統(tǒng)的市場步伐购岗。這時(shí)，大公司和小公司在開放性控制系統(tǒng)方面將站在同一個(gè)起跑線上门粪，相對公平地從價(jià)格喊积、服務(wù)、系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)等各方面來進(jìn)行競爭玄妈，控制系統(tǒng)長期被數(shù)家巨頭所壟斷的局面可望在開放式系統(tǒng)普及后被打破乾吻。

　　四、PLC如何能夠更加開放

　　1．PLC在競爭中的興起

　　從控制系統(tǒng)的角度看拟蜻，各類控制系統(tǒng)的相互融合的情況已經(jīng)出現(xiàn)了绎签。但認(rèn)真分析就會發(fā)現(xiàn)枯饿，PLC在這些控制系統(tǒng)中是比較獨(dú)特的一類。在現(xiàn)代各類控制系統(tǒng)中诡必，PLC是誕生最早的工業(yè)控制器奢方，每個(gè)新的控制器出來都揚(yáng)言要取代PLC，從DCS爸舒，到工控機(jī)蟋字，到現(xiàn)場總線，到嵌入式控制系統(tǒng)材又。這種情況的產(chǎn)生枫须，一方面是由于早期的PLC的不開放造成的，但另一方面药屠，也是由于PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域所占的比重份額太大引起的新俗。但技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的結(jié)果是，隨著新的技術(shù)越來越多崇旺，PLC不僅沒有逐漸被任何一種新的系統(tǒng)取代都鸳，反而在逐漸蠶食其它控制系統(tǒng)的市場。

　　比如皱蝙，在流程工業(yè)悉通，過去DCS占了絕對的統(tǒng)治地位，但現(xiàn)在矮层，在中小型的工業(yè)裝置方面，已經(jīng)有相當(dāng)大的控制系統(tǒng)被PLC系統(tǒng)所取代锌烫。即便在大型系統(tǒng)中晓言，現(xiàn)在各類DCS也面臨著高端PLC的威脅。這種現(xiàn)象的原因啸盏，一方面是由于PLC的技術(shù)不斷發(fā)展重贺，DCS過去所獨(dú)有的一些復(fù)雜控制功能現(xiàn)在PLC基本上全部具備；第二是由于PLC的操作的簡單性所決定的回懦；第三气笙，也是最重要的一點(diǎn)，就是怯晕，PLC的價(jià)格和成本是DCS系統(tǒng)所無法比擬的潜圃。

　　在低端設(shè)備，比如許多工業(yè)設(shè)備的控制器舟茶，過去是由單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)所控制的谭期，現(xiàn)在也越來越多地被PLC所取代。從材料成本上來說吧凉，PLC的成本比單片機(jī)要高隧出，但是踏志，由于PLC所具有的編程的靈活性，使得用戶在開發(fā)新機(jī)型的時(shí)候胀瞪，不必為新機(jī)型開發(fā)一個(gè)新的單片機(jī)控制器针余，而只要簡單地在一個(gè)PLC的軟件上進(jìn)行程序更改即可，這大大降低了用戶的開發(fā)成本领明。因此吼闽，越來越多的機(jī)械逐步放棄了原來的專用控制器的方式，而改用PLC作為機(jī)械設(shè)備的主要控制器禾样。

　　在原來大量采用工控機(jī)系統(tǒng)的場合驱香，工控機(jī)也越來越多被PLC取代，而工控機(jī)則逐漸從實(shí)時(shí)控制退到只負(fù)責(zé)操作站的層面怨瑰。而且示奉，大家漸漸發(fā)現(xiàn)，這種工控機(jī)加PLC的結(jié)構(gòu)惨琼，提供了最優(yōu)良的控制性能皇铝、最方便的操作、最低的成本涧馋。因此锡胡，逐漸開始在越來越多的地方采用⊙僚常可以說绘雁，工控機(jī)的誕生不僅沒有削減PLC的份額，卻因?yàn)楣た貦C(jī)的運(yùn)算功能援所、圖形處理能力和數(shù)據(jù)存儲能力彌補(bǔ)了PLC的不足庐舟，而PLC的可靠性則大大彌補(bǔ)了工控機(jī)的弱點(diǎn)，因此住拭，工控機(jī)的誕生反而大大促進(jìn)了PLC在更多場合的應(yīng)用挪略。

　　同樣，在離散制造業(yè)滔岳，PLC作為一種設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集的方便器件杠娱，在企業(yè)實(shí)施ERP和CIMS系統(tǒng)時(shí)，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集谱煤、處理和傳輸提供了無與倫比的方便性摊求。目前，無論是數(shù)控趴俘、機(jī)械還是傳動睹簇、物流等行業(yè)，都把PLC作為控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首選寥闪。

　　因此太惠，至少從現(xiàn)在來看钮药，PLC在各類控制系統(tǒng)的競爭中逐漸占了上風(fēng)。但是逼读，隨著競爭的白熱化尺果，PLC也面臨著一個(gè)發(fā)展瓶頸，那就是各類系統(tǒng)的不開放青先，或者說假開放捌秩。

　　2．工業(yè)以太網(wǎng)——真正開放的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)

　　從根本上來說，開放式控制系統(tǒng)要具備：采用從操作系統(tǒng)到通訊協(xié)議都是通用的系統(tǒng)委鸯。目前脓大，操作系統(tǒng)其實(shí)只有WINDOWS、UNIX等少數(shù)幾種菲国，而通訊總線問題过桌，則沒有什么疑義。在工控界爭論不休的問題射屿，在計(jì)算機(jī)界早就停息了诚摹。事實(shí)上，用戶們早已作出了選擇殴胧，那就是：以太網(wǎng)總線渗稍，它占了全球所有計(jì)算機(jī)通訊總線的96%！而其余所有的總線只占了不到4%团滥。因此竿屹，工業(yè)界所有的總線向以太網(wǎng)的方向靠攏，是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的惫撰。

　　眾所周知羔沙，以太網(wǎng)最初是為辦公自動化設(shè)計(jì)的，因此沒有考慮到工業(yè)自動化應(yīng)用的一些要求厨钻。特別是，它采用的CSMA/CD介質(zhì)訪問控制機(jī)制坚嗜，具有通訊延時(shí)不確定的缺點(diǎn)夯膀，不能滿足工業(yè)自動化控制的實(shí)時(shí)通信需求。因此苍蔬，在20世紀(jì)90年代以前诱建，很少有人將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。

　　近幾年來碟绑，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與推廣武骆，以太網(wǎng)也得到了飛速發(fā)展，特別是以太網(wǎng)通訊速率的提高溃杖、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展硝锨，給解決以太網(wǎng)的非確定性問題帶來了新的契機(jī)：首先耽慌，以太網(wǎng)的通信速率一再提高，從10Mbps储佣，到100Mbps甚至到10Gbps辅任，在相同通信量的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和碰撞的減少位蓉，也就意味著提高確定性立漏；其次，以太網(wǎng)交換機(jī)為連接在其端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立的帶寬冶媚，連接在同一個(gè)交換機(jī)上的不同的設(shè)備不存在資源的爭奪聪戳，這就相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段；第三彭旬，全雙工技術(shù)又為每個(gè)設(shè)備與交換機(jī)端口之間提供了發(fā)送與接收的專用通道缰俊，因此使不同的以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突大大降低（半雙工交換式）或完全避免（全雙工交換式）。因此围辙，以太網(wǎng)成了確定的網(wǎng)絡(luò)我碟，從而為它應(yīng)用于工業(yè)自動化控制消除了主要的障礙。

　　與其它現(xiàn)場總線或工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)相比姚建，以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛矫俺、成本低廉、通信速率高掸冤、軟硬件資源豐富厘托、易于與INTERNET連接、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點(diǎn)稿湿，因此铅匹，不僅壟斷了工廠綜合自動化的信息管理層網(wǎng)絡(luò)，而且在過程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)也得到了廣泛應(yīng)用饺藤，并有直接向下延伸包斑，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的趨勢。

　　從通訊網(wǎng)絡(luò)的角度來看涕俗，采用扁平式和樹型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)罗丰。在這種結(jié)構(gòu)下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信山堵，其實(shí)腊囤，要求上下所有的硬件采用同樣的操作系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)的。比如硅决，在上位機(jī)韭展，用于顯示和數(shù)據(jù)存儲的功能是主要的功能。這時(shí)拂是，采用WINDOWS的操作系統(tǒng)是沒有什么問題酬裆。而在底層控制端辟侠，則只要采用類似RTOS或VXWORKS這樣的操作系統(tǒng)會更好，不僅是價(jià)格便宜牡增，而且還能夠更可靠地執(zhí)行實(shí)時(shí)控制任務(wù)旱樊。

　　目前，PLC之所以能夠在越來越多的場合取得應(yīng)用柑耙，同前面所提到的PLC的特點(diǎn)是分不開的述茂。這些特點(diǎn)就是：可靠性，易操作性雷鸟，和靈活性雇寇。這些特點(diǎn)是PLC必須要保留的。這些特點(diǎn)的形成蚌铜，是由PLC的結(jié)構(gòu)锨侯、內(nèi)部軟件和硬件的構(gòu)成特點(diǎn)決定的，同時(shí)也是PLC之所以是PLC是不是其它控制系統(tǒng)的標(biāo)志冬殃。而PLC的缺點(diǎn)囚痴，則是在處理大量數(shù)據(jù)包括圖形等方面的運(yùn)算能力不足的方面。實(shí)際上审葬，在工業(yè)應(yīng)用中深滚，需要實(shí)時(shí)控制而同時(shí)又需要處理大量信息的場合雖然存在，但并不多見涣觉。因此痴荐，只要能解決PLC的通訊問題，可以讓PLC來擔(dān)負(fù)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)控制任務(wù)官册，而將數(shù)據(jù)的處理生兆、存儲、顯示等任務(wù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)膝宁，傳到其它系統(tǒng)中鸦难，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成，這是解決開放式控制系統(tǒng)的根本方式籍喧。也是開放式PLC的設(shè)計(jì)的思想基礎(chǔ)拘挡。

　　開放式PLC將最常見也是今后控制系統(tǒng)最常用的通訊接口------以太網(wǎng)和串口內(nèi)置進(jìn)了PLC的CPU單元，使PLC在保持傳統(tǒng)各種可靠功能的同時(shí)蝶桑，可以低成本地具備通訊的功能。而且哥笤，專門開發(fā)了靈活而方便的通訊模塊窄切，用這些通訊模塊，只要簡單地輸入各類協(xié)議协悼，就可以將這些模塊作為一種專用協(xié)議的控制模塊來使用炫胡，而價(jià)格十分低廉哈寂。同時(shí)，更令人驚異的是狗城，在OpenPLC內(nèi)部佑茴，還具有JAVA功能，和WebServer功能蚊楞，也就是說键闺，即使不用上位機(jī)，OpenPLC可以將PLC的狀態(tài)澈驼，包括故障報(bào)警信息和事件處理信息通過通訊模塊自動傳送到互聯(lián)網(wǎng)上辛燥，用戶可以通過電子郵件的方式來接收這些信息，也可以通過移動通信系統(tǒng)缝其，利用手機(jī)的短信方式來接收這些信息挎塌，甚至可以通過GPRS、CDMA等先進(jìn)的通訊方式來進(jìn)行控制信息的跨越時(shí)空的通信内边。這些通訊榴都，使用戶可以最及時(shí)地了解到設(shè)備的運(yùn)行狀況，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控漠其，對于生產(chǎn)過程控制嘴高、制造過程的信息化、生產(chǎn)過程和管理的優(yōu)化等都有極大的幫助辉懒。

　　同時(shí)阳惹，在傳統(tǒng)的控制功能方面，開放式PLC盡量保留了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn)眶俩，如模塊式結(jié)構(gòu)琢播，多種編程語言，嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)荠补，甚至是與PLC完全相同的生產(chǎn)工業(yè)茄颈，這樣，使得原來的PLC用戶在使用開放式PLC的時(shí)候并不會產(chǎn)生任何不適應(yīng)的感覺宁线，除了上面所提到的一些新的功能外去柿，其它的方面，如選型僻一、編程幅裳、組態(tài)等，完全與傳統(tǒng)的PLC一樣冀肆。

　　可以預(yù)見的是铆寓，OpenPLC的出現(xiàn)，必將改變控制系統(tǒng)的格局，尤其是對于現(xiàn)有PLC的制造商來說陵蜻，將在市場和應(yīng)用方面產(chǎn)生巨大的沖擊怕收。

　　五、真正開放的PLC——OpenPLC

　　1．OpenPLC概念的由來

　　OpenPLC的概念也是在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生的舆瘪。1995年片效，在中國的馬鞍山鋼鐵公司的動力調(diào)度中心，面臨一個(gè)問題英古，動力調(diào)度中心要監(jiān)控馬鋼來自發(fā)電廠淀衣、水廠、煤氣廠和動力廠（負(fù)責(zé)電力輸送）的各類能源和動力信號哺呜，但這四個(gè)數(shù)據(jù)來源舌缤，包括這些能源與動力的輸送的管網(wǎng)所涉及的上百個(gè)變電所、增壓站和泵站的自身的控制系統(tǒng)是不兼容的某残，有的還是專用系統(tǒng)国撵，不僅沒有協(xié)議，連開發(fā)人都已經(jīng)無法找到玻墅。除了通訊不兼容外介牙，連這幾個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)也大相徑庭，電廠是類似于DCS的結(jié)構(gòu)澳厢，水廠和氣廠是PLC結(jié)構(gòu)环础，動力廠是SCADA結(jié)構(gòu)，對集成人員理解系統(tǒng)也形成了較大的困難姊康。該項(xiàng)目最后雖然沒有用OpenPLC解決（當(dāng)時(shí)還沒有）岗翔，但該項(xiàng)目的需求導(dǎo)致了OpenPLC的誕生。

　　針對過程控制和離散制造業(yè)普遍存在的碎瓢，各類控制要求不同的系統(tǒng)的互連的問題蹲鱼，本文作者提出了設(shè)計(jì)一個(gè)新型的開放式控制系統(tǒng)的構(gòu)想。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的目的是要盡可能地適用各類不同的應(yīng)用場合戴仁，因此哲耐，定名為開放式可編程控制系統(tǒng)，而英文則是OpenProgrammableLogicController贱僚，縮寫為OpenPLC鳞爱。該系統(tǒng)從1995年開始構(gòu)思，到1997年基本明確設(shè)計(jì)思想吝沃，幾條主要的設(shè)計(jì)原則如下：

　”闶Α①OpenPLC應(yīng)該是一種以PC技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，尤其是在能夠發(fā)揮出PC特色的場合（如網(wǎng)絡(luò)俱竭，與外界的連接乙淡，優(yōu)化，專家系統(tǒng)，操作界面炊汹，數(shù)據(jù)監(jiān)測，文件記錄和打印等）逃顶，工作由以PC為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來承擔(dān)讨便；

　　②在底層以政，需要高可靠和實(shí)時(shí)控制時(shí)霸褒，由分散控制系統(tǒng)承擔(dān)，但它不同于現(xiàn)場總線盈蛮，它不是基于儀表的系統(tǒng)废菱，而是基于系統(tǒng)的系統(tǒng)，儀表仍是普通儀表抖誉，只是將I/O和控制單元放在了現(xiàn)場殊轴，傳回中央控制室的是數(shù)字信號，而不是模擬的4—20mA信號袒炉，要求原來的儀表仍然可用旁理；

　　③在I/O點(diǎn)較集中的場合思早，可以采用類似于DCS或PLC的機(jī)柜或機(jī)架个宾，內(nèi)部模塊用總線或網(wǎng)絡(luò)連接，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的可靠性包萧，同時(shí)有較好的兼容性和開放性颁音；

　　④系統(tǒng)應(yīng)該具有真正的分布性荠划，前端可集中恕下，也可以延續(xù)幾百米、幾公里甚至幾千公里（在地球的另一端）杀铆，為此沮汇，系統(tǒng)必須具備與TCP/IP兼容的協(xié)議和WEB服務(wù)器；

　「г⑤規(guī)模也可以從小至幾十點(diǎn)嬉咐，大至幾千點(diǎn)甚至幾十萬點(diǎn)。系統(tǒng)I/O規(guī)模的增加不應(yīng)該導(dǎo)致系統(tǒng)的大的改變多尺。

　　OpenPLC的概念的創(chuàng)始人建立了德維森公司绕睹，當(dāng)時(shí)公司很小，沒有開發(fā)硬件和軟件的實(shí)力憨琳；因此他們采取了OEM的方式诫钓，也就是利用國際上其它公司的合適的軟件和硬件來實(shí)現(xiàn)OpenPLC的系統(tǒng)理念。所幸，這時(shí)國際上也開始興起了開放式系統(tǒng)的浪潮菌湃，涌現(xiàn)出了一批熱衷于開放式系統(tǒng)的公司（但沒有一家是有名氣的大公司）问拘。該系統(tǒng)一開始曾經(jīng)受過日本橫河公司的CENTUMCS的概念的啟發(fā)，也考慮了ROSEMOUNT的DELTA-V的現(xiàn)場總線與PC-BASED的合一的開放概念惧所，也參考過美國OPTO22的SNAPI/O系統(tǒng)的帶有以太網(wǎng)接口的I/O模塊骤坐，但上述系統(tǒng)的昂貴的價(jià)格使得OpenPLC不得不尋求更新的價(jià)格。最終下愈，對OpenPLC影響最大的纽绍，是美國SOFTPLC的概念，OpenPLC的研究小組希望將SOFTPLC的概念成功在更廣的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用势似，為了擺脫SOFTPLC的品牌關(guān)聯(lián)拌夏，當(dāng)時(shí)決定以柔性控制系統(tǒng)TCS(TailoredControlSystem)的名稱形成了開放式可編程控制系統(tǒng)的前身系統(tǒng)。

　　第一套TCS的誕生所采用的是臺灣盟立自動化公司生產(chǎn)的FAMA的PLC的硬件履因，但在通訊方面做了加強(qiáng)辰诉。1998年，盟立公司準(zhǔn)備打入大陸市場那赘，在廣州自動化展覽會上企恢，德維森公司發(fā)現(xiàn)盟立的硬件結(jié)構(gòu)比較適合實(shí)現(xiàn)柔性控制系統(tǒng)的理念，與盟立公司達(dá)成了OEM的協(xié)議朦我。但在系統(tǒng)構(gòu)架和市場推廣應(yīng)用方面弓聋，OpenPLC對系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

　　TCS的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用是馬鋼第一煉鐵廠的高爐監(jiān)控系統(tǒng)袜娇，該套系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)過程控制系統(tǒng)纷炼，但又加入了過程燃燒優(yōu)化和專家系統(tǒng)，同時(shí)输跑，高爐的所有數(shù)據(jù)都在第一時(shí)間通過LAN和WEBSERVER送到了生產(chǎn)調(diào)度和廠長辦公室等管理部門桂葛，形成了信息化制造系統(tǒng)的雛形。隨后营将，隨著TCS在云南個(gè)舊化肥廠秀裂、攀鋼熱電廠、邯鄲鋼鐵廠冗美、深圳高科豫電廠魔种、水廠等行業(yè)的應(yīng)用，確立了在連續(xù)流程中作為過程控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)粉洼。2001年节预，OpenPLC在廣東中山彎管機(jī)上實(shí)現(xiàn)了與機(jī)械的NC技術(shù)和運(yùn)動控制技術(shù)的結(jié)合，進(jìn)入了CAM應(yīng)用領(lǐng)域属韧。

　　因?yàn)門CS的概念的先進(jìn)性和實(shí)用性安拟，中國儀器儀表學(xué)會于2000年8月對該系統(tǒng)進(jìn)行了專家鑒定和評審蛤吓，會議由中國的原子彈和氫彈元?jiǎng)住⒅袊呒夹g(shù)863計(jì)劃的倡議人糠赦、中國科學(xué)院和中國工程院兩院院士楊嘉墀主持会傲，系統(tǒng)被認(rèn)為具有國際先進(jìn)水平，隨后愉棱，在2001和2002年唆铐，TCS獲得廣東省和深圳市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

　　與此同時(shí)奔滑，OpenPLC的研究小組認(rèn)為TCS的概念仍然太過籠統(tǒng)，并且試圖用一種系統(tǒng)涵蓋所有的應(yīng)用的想法有些不切實(shí)際顺少。因此迈壤，重新審視OpenPLC的概念，認(rèn)為開始以開放式PLC的概念從PLC的產(chǎn)品向其它控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域延伸是比較好的想法磕裂。隨后成立的加拿大在線控制有限公司和中國的合控電氣（深圳）有限公司繼續(xù)在OpenPLC這個(gè)概念上研發(fā)趟雄，新一代的OpenPLC產(chǎn)品于2003年底終于重新面世。隨后印姑，OpenPLC在數(shù)控切割機(jī)窖夸、注塑機(jī)、機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)狮贪、污水處理設(shè)備的應(yīng)用杂员，開辟了在機(jī)械OEM系統(tǒng)等離散制造業(yè)中的應(yīng)用。

　　2004年尾杆，OpenPLC在加拿大阿爾伯達(dá)省的LANDPETROLEUM公司的一個(gè)天然氣處理廠和天然氣田作為SCADA系統(tǒng)得到應(yīng)用设塑。該系統(tǒng)除了通過無線數(shù)字電臺將井口的數(shù)據(jù)傳到氣處理廠的中央控制室外（這是標(biāo)準(zhǔn)的SCADA系統(tǒng)的功能），另外增加了兩個(gè)引人注目的功能狗丙，一個(gè)是將所有的數(shù)據(jù)通過北美移動公司的網(wǎng)絡(luò)上連互聯(lián)網(wǎng)譬奈，使油田的業(yè)主在300公里外的卡加利總部可以看到一分鐘以前的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，不僅可以了解氣田的實(shí)時(shí)銷售狀況暇昂，也便于總部的工程師隨時(shí)了解井口和廠區(qū)的狀況莺戒，對生產(chǎn)情況進(jìn)行診斷；另一個(gè)是在井口的控制器中急波，結(jié)合采油增產(chǎn)工藝對栓塞式增產(chǎn)工藝進(jìn)行了控制从铲，將增產(chǎn)工藝成功地以軟件功能塊的方式存儲在OpenPLC的井口生產(chǎn)控制器中，達(dá)到了增產(chǎn)20%的效果幔崖。該套系統(tǒng)的成功使用食店，標(biāo)志著OpenPLC作為E-PRODUCTION的基礎(chǔ)系統(tǒng)得到了實(shí)踐的驗(yàn)證。同年赏寇，OpenPLC在美國通用汽車的別克轎車的大燈開關(guān)的壽命測試儀上進(jìn)行投入使用吉嫩，該項(xiàng)目由美國EMERSON公司在深圳的工廠招標(biāo)采用价认，考慮到世界第一臺PLC就是通用汽車使用的，這一臺OpenPLC在通用汽車的開關(guān)生產(chǎn)線的測試設(shè)備上使用自娩，也具有特殊的意義用踩。

　　2．OpenPLC的技術(shù)優(yōu)勢

　　①傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放帶來的不便

　　目前忙迁，市場上的PLC產(chǎn)品基本上由十幾家公司占據(jù)脐彩，這些公司大部分是著名的跨國公司，包括SIEMENS吠败、ROCKWELL发刨、GE、三菱镇轿、SCHNEIDER太队、ABB、KOYO等等斟彻。目前痢玖，幾乎所有的系統(tǒng)都是由原廠家開發(fā)的不兼容系統(tǒng)，當(dāng)初都是由其各自獨(dú)立按自己的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出來的粟辛，互相之間不能互連氨案。雖然最近各廠家都開發(fā)了通訊模件，但都價(jià)格昂貴芙掖，而且與外界的通訊由于各種原因都未做到完全通暢锻刺。許多制造業(yè)用戶特別是大型企業(yè)為了避免過分依賴一家系統(tǒng)提供商而形成的商業(yè)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，通常會同時(shí)采用幾家不同的控制系統(tǒng)汉惫。而傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放和不兼容令企業(yè)難以充分利用自動化技術(shù)培愁，對企業(yè)內(nèi)部的系統(tǒng)集成、系統(tǒng)升級和管理帶來了極大的困難缓窜。如何將控制系統(tǒng)互連以及與ERP和MES系統(tǒng)相連定续，形成由生產(chǎn)過程的最低層生產(chǎn)現(xiàn)場到管理決策人員的無縫的雙向信息流，是許多企業(yè)自動化和信息人員以及領(lǐng)導(dǎo)層關(guān)心的問題禾锤，而對于這個(gè)問題私股，傳統(tǒng)的封閉式的控制系統(tǒng)是無法解決的。

　　此外恩掷，各廠家的PLC系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)倡鲸、控制指令、通信標(biāo)準(zhǔn)都不能共用黄娘，這樣峭状，一旦用戶購買了某一種專用系統(tǒng)，就被迫繼續(xù)采用逼争，因?yàn)楫?dāng)他們由于某些原因想改換PLC時(shí)优床，工程師不得不學(xué)習(xí)另外的新的編程語言劝赔。這是為什么要指定IEC61131-3，為所有的可編程控制器訂立編程語言標(biāo)準(zhǔn)的原因胆敞。專用系統(tǒng)的開發(fā)诸痢、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)酝梧、工程斜回、維護(hù)都需要專門進(jìn)行，造成其生產(chǎn)成本以及售價(jià)都居高不下掸阶。

　　今天制造企業(yè)對自動化系統(tǒng)的維護(hù)升級等技術(shù)支持的要求很高凳贰，同時(shí)要求系統(tǒng)供應(yīng)商了解工廠的制造工藝，并需要一個(gè)專業(yè)的技術(shù)支持窟著，對制造專用系統(tǒng)的公司來說儡绩，在一個(gè)區(qū)域性市場要保持一支經(jīng)過良好訓(xùn)練的維護(hù)隊(duì)伍成本很高，這個(gè)原因?qū)е铝丝刂葡到y(tǒng)的技術(shù)服務(wù)難以令人滿意程鸵，即使有服務(wù)，其備件和人工費(fèi)也都很昂貴蒜吱。由于系統(tǒng)是專用的频僵，用戶對這種狀況沒有其它選擇。大家知道诚凰，設(shè)備所造成的停產(chǎn)代價(jià)是非常之大的嫌术，而且現(xiàn)代工廠需要對生產(chǎn)過程不斷進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此制造企業(yè)迫切需要一個(gè)高靈活性的牌借、兼容能力強(qiáng)度气、低成本、可靠并具有強(qiáng)大的通信能力的系統(tǒng)和良好的技術(shù)支援服務(wù)膨报，傳統(tǒng)的PLC公司在解決這方面的問題上尚未做到令人滿意磷籍。

　　②OpenPLC的開放性給用戶的好處

　　OpenPLC就是因應(yīng)這種需求而產(chǎn)生的一種開放式的控制系統(tǒng)平臺现柠，其長處在于具有開放性和通用性的特點(diǎn)院领，它并非專為某一個(gè)或兩個(gè)行業(yè)所設(shè)計(jì)的，而是可以適合許許多多不同的行業(yè)够吩，并應(yīng)用在不同的場合比然。而且，由于它所具有的開放性特點(diǎn)周循，還可以和目前的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)混合使用强法，并不斷地升級和延伸，因此受到市場的歡迎湾笛。

　　OpenPLC的自動化平臺也是最徹底的開放式方案梭唆，國際上的各大競爭對手雖然也推出了開放式系統(tǒng)的概念辆泄，但通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口，實(shí)現(xiàn)局部的互連和通信檀抡，并非真正意義上的開放演易；而OpenPLC把PC兼容的技術(shù)引入到現(xiàn)場控制器內(nèi)部，系統(tǒng)采用WINTEL芯片和軟件結(jié)構(gòu)园溃，通訊采用全球通用的Ethernet協(xié)議TCP/IP作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和現(xiàn)場控制總線協(xié)議坝偶，并且內(nèi)部可以內(nèi)置Web-Server因此具有很大的競爭優(yōu)勢。用戶還可以通過互聯(lián)網(wǎng)或公司內(nèi)部的Intranet網(wǎng)絡(luò)來訪問任何現(xiàn)場數(shù)據(jù)并實(shí)行控制冲雾，反過來醉檐，供應(yīng)商也可以通過Internet對用戶的系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，從而實(shí)現(xiàn)全天候的低成本的24小時(shí)的技術(shù)支持服務(wù)奥怪。

　　OpenPLC的特點(diǎn)是開放性勿镇，是將電子、通信盘瞧、計(jì)算機(jī)蚂兴、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)（IT）方面的國際最新技術(shù)成果在自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。目前膘掰，全球的IT業(yè)都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢章姓，也就是任何一家公司只要按照標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，都可以和世界上任何一家大公司的產(chǎn)品兼容或競爭识埋。所以有關(guān)的技術(shù)目前在國際各種媒體包括互聯(lián)網(wǎng)上可以方便地得到凡伊，這就使OpenPLC的制造商和系統(tǒng)集成商可以借助國際上所有的IT行業(yè)的最新成果，包括INTEL窒舟、MICROSOFT系忙、IBM等國際眾多巨型公司的技術(shù)和力量來和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的專業(yè)公司抗衡，相當(dāng)于是借助了全球IT行業(yè)的技術(shù)力量來進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)惠豺。同時(shí)银还，這些技術(shù)雖然是通信、電腦耕腾、網(wǎng)絡(luò)见剩、軟件等行業(yè)的通用技術(shù)，但也并不是可以直接用在自動化行業(yè)的扫俺，必須對之進(jìn)行加工苍苞、改造，尤其是在抗干擾和可靠性方面以及如何適應(yīng)工業(yè)控制的具體情況等方面進(jìn)行大量細(xì)致的工作涉姆。

　　另外耕粪，通過采用通用的產(chǎn)品與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使OpenPLC的制造商可以低成本地利用標(biāo)準(zhǔn)器件和現(xiàn)有技術(shù)绳弯，如大量的通用軟件如通訊軟件妨宙、網(wǎng)絡(luò)軟件矫摸、圖形軟件、數(shù)據(jù)庫軟件使開發(fā)成本大大降低伐歇，研發(fā)周期大大縮短烧锋，所用的元器件也由于是與主流技術(shù)兼容的產(chǎn)品而可以低成本方便地得到。使OpenPLC可以做到在價(jià)格比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的價(jià)格低三到五成的情況下仍然能夠保證較高的邊際利潤磁姻。OpenPLC由于其所具有的開放性和靈活的通訊特點(diǎn)密梯，可以構(gòu)成足以令人眼花繚亂的各種各樣的控制系統(tǒng)，但是革睬，OpenPLC的基本單元是十分簡單的安影。除了前述的開放性特點(diǎn)之外，OpenPLC還有一個(gè)最為重要的特點(diǎn)竣康，那就是簡單膏蚓。簡單就是美，OpenPLC所有的解決方案畸写，從設(shè)計(jì)到應(yīng)用驮瞧，從軟件到硬件，從集成到組態(tài)枯芬，處處都體現(xiàn)出“簡單”的特點(diǎn)剧董。

　　六、結(jié)束語

　　PLC的未來發(fā)展不僅取決于產(chǎn)品本身的發(fā)展破停，還取決于PLC與其它控制系統(tǒng)和工廠管理設(shè)備的集成情況。PLC通過網(wǎng)絡(luò)尉剩，被集成到計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）系統(tǒng)中真慢，把他們的功能和資源與數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)理茎、CAD/CAM技術(shù)黑界、個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)以及分層軟件系統(tǒng)結(jié)合起來皂林，在工廠的未來發(fā)展中朗鸠，將占據(jù)重要的地位。

　　新的PLC的技術(shù)進(jìn)展包括：更好的操作員界面密巷，圖形用戶界面（GUI）抵刺，人機(jī)界面；也包括與設(shè)備循贝、硬件和軟件的接口衫喜；并支持人工智能，比如邏輯I/O系統(tǒng)等尉利。

　　軟件進(jìn)展將采用廣泛使用的通訊標(biāo)準(zhǔn)提供不同設(shè)備的連接可丝，新的PLC指令將立足于增加PLC的智能性敏盒，基于知識的學(xué)習(xí)型的指令也將逐步被引入，以增加系統(tǒng)的能力氓愿。

　　用戶對于柔性制造系統(tǒng)的需求將決定未來的控制哲學(xué)翁凳。可以肯定的是咪轩，未來的工廠自動化中县趴，PLC將肯定占據(jù)重要的地位，控制策略將被智能地分布開來憔辞，而不是集中页衙，超級PLC將在需要復(fù)雜運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)通信和對小型PLC和機(jī)器控制器的監(jiān)控的應(yīng)用中獲得使用阴绢。

　　所有上述的發(fā)展店乐，都取決于一個(gè)因素：PLC的開放性。只有開放了呻袭，PLC才能與其它控制系統(tǒng)集成眨八；只有開放了，PLC才能與CIM左电、機(jī)器人廉侧、CAD/CAM、個(gè)人計(jì)算機(jī)篓足、MIS結(jié)合段誊，在工廠的未來發(fā)展中占有重要地位；只有開放了栈拖，PLC才可能發(fā)展更好的人機(jī)界面连舍，才能與其它設(shè)備具備更靈活的接口；只有開放了涩哟，PLC才能適應(yīng)更多的通訊標(biāo)準(zhǔn)审亿；只有開放了，才能采用更多帝愉、更復(fù)雜的控制策略最咖。

　　因此，OpenPLC將是PLC的未來的主要發(fā)展方向暖麻。

 

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