PLC发展趋势及展望-邵林

研究与探讨2015年第12期144信息技术与信息化PLC发展趋势及展望DevelopingtrendandProspectofPLC邵林*SHAOLin摘要PLC可编程逻辑控制器在工业3.0时代中扮演着举足轻重的角色，在工业4.0智能制造时代PLC必将得到更广泛的应用。PLC的发展趋势是模块化、智能化、应用编程虚拟化、编程图形化、网络化应用。PLC信息安全将日趋重要。关键词可编程逻辑控制器、工业4.0、智能制造、接口点数Programmablelogiccontrollerplaysanimportantroleintheindustry3.0,andPLCwillgetmoreextensiveapplicationintheindustrial4.0.DevelopingtrendsofPLCaremodular,intelligent,applicationprogrammingvirtualization,programminggraphics,networkorienteddevelopment,andtheinformationsecuritywillbecomemoreimportant.：PLC(ProgrammableLogicController),Industry4.0,Intelligentmanufacturing,I/Onumberdoi：10.3969/j.issn.1672-9528.2015.12.038*济南国际机场股份有限公司济南250000目前中国是世界制造大国，随着中国人口红利优势的逐步消失，在中国东部沿海地区已出现用工荒，提高人均产能、提高工业自动化程度是保持中国“世界工厂”地位的必由之路。工业自动化、智能化制造越来越依赖于于智能化装备，PLC可编程逻辑控制器是重要的智能化装备之一，在现代工业中扮演着举足轻重的角色。PLC不但在工业现场扮演重要的角色，它具有广阔的应用领域，可以说是上天入海，如深海探测、宇宙空间站都采用了大量的PLC控制。近代工业发展到现代工业，经历了四个重要的阶段，分别是工业1.0、工业2.0、工业3.0和工业4.0。工业3.0催生了PLC的诞生，数控技术开始普遍应用于工业设备，工业自动化程度越来越高，PLC成为工业现场制造的重要角色。通过与信息通讯技术和网络空间虚拟系统相结合，将制造业向智能化转型，进入工业4.0时代，PLC等智能化装备的技术将会得到突飞猛进的发展。1PLC的技术特点PLC从诞生开始就具有工业现场应用的基因，具有如下技术特点。　　1)系统构成灵活、扩展容易。以开关量控制为核心，也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化。　　2)使用方便、编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需专业计算机知识，具备系统开发周期短、现场调试容易的优点，另外可在线修改程序，改变控制方案而无需更新硬件。　3)能适应各种恶劣的工作环境，抗干扰能力强，可靠性高。PLC一般应用于工业环境，工业环境具有电磁环境复杂，许多工作环境具有高温、高湿、振动冲击、电磁干扰、电源电压不稳定、低大气压等极限环境下，PLC必须在各种极限的环境下稳定工作。2PLC的组成及种类划分PLC应用系统主要由编程软件、编程器、PLC模块三部分组成，通常根据PLC功能的复杂度和I/O接口点数的多少以及安装和结构形式等进行分类。2.1按照功能和I/O接口点数分类根据PLC所具有的功能和价格成本不同，PLC分为小型、中型、大型三类。小型PLC：一般使用低端处理器作为主要控制芯片，编程相对比较简单，系统软件大部分为单线程软件系统，具有少量的I/O接口，满足基本的逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。一般应用于单台设备中，负责简单的按钮监测、信号输入及电机和其他设备控制。研究与探讨2015年第12期145信息技术与信息化中型PLC：一般采用中等规模的处理器作为主控制芯片，低端处理器作为辅助控制芯片，软件系统一般采用嵌入式实时操作系统，具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O接口、子程序、通信联网等功能。部分中型PLC还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统的分布控制。大型PLC：采用多路、大规模处理器做为主控芯片，多处理器协同控制,一般采用高端的操作系统作为软件平台，具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化、大型船舶、化工石油、金属冶炼等大型系统集中控制。2.2根据结构和安装形式分类根据PLC的结构和安装形式，PLC分为整体式、模块式、层叠式三大类。整体式PLC：将电源、处理器、接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用整体式结构，整体式PLC由不同接口点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元内有处理器、接口、与接口扩展单元相连的扩展口，以及与编程器写入器相连的接口等。扩展单元内只有接口电路和电源等，没有处理器。基本单元和扩展单元之间一般用电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。平面模块式PLC：将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如处理器模块、接口模块、电源模块以及各种功能模块。平面模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。安装形式采用平面化安装方式，模块装在框架或导轨。平面模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用平面模块式结构。立体层叠式PLC：采用叠加式安装方式或者阶梯式安装方式，一般也采用模块化设计，模块之间的连接采用接插件或电缆方式连接。立体层叠式PLC占用安装面积较小，采用立体空间安装方式。3PLC未来趋势3.1PLC应用编程虚拟化、编程图形化PLC最初采用的是机器语言，专业化程度较高，需要高素质的专业工程技术人员才能编程，PLC进行编程时，需要对PLC内部程序进行刷新。现在PLC编程实现了图形化，PLC编程图形化大幅降低使用门槛，应用使编程人员对逻辑关系一目了然，减轻使用者的负担，提高了工作效率。智能化的工业生产现场需要将多台PLC统一管理和调度，PLC应用编程的虚拟化、图形化管理是必然趋势。3.2PLC网络化应用趋势明显工业制造的智能化必定带来工业现场控制的复杂度，工业以太网得到广泛应用,但是网络的连接，特别是与工业控制网络联接，PLC必然面临网络病毒的入侵和数据的泄露，甚至通过网络攻击能够瘫痪工业自动化设施。PLC是工业自动化控制的最终节点，面对网络的攻击，PLC必须通对软硬件进行加固，包括操作系统、硬件控制系统，以及网络的通讯，由于网线等电缆方式在电磁环境比较恶劣的工业环境中，数据通讯容易受到干扰；随着近年的光纤成本的降低，光纤通信在工业生产现场必将得到普及，光纤的应用是PLC通讯方式的必然。3.3向模块化、智能化发展围绕PLC，不断出现了新的器件和模块，如智能I/O接口模块、温度控制模块和PLC故障检测模块等，这些模块不仅增强了PLC功能，扩展了PLC的应用范围，还提高了PLC系统的可靠性。3.4PLC信息安全日趋重要在工业4.0时代，PLC操作系统的可信和安全加固将更为重要，PLC本身是软硬件一体的设备，嵌入式操作系统是其关键模块之一，嵌入式操作系统的复杂程度与桌面软件操作系统不相上下，甚至在某些方面要比桌面软件操作系统更为复杂，嵌入式操作系统更为贴近硬件和机械执行部件，在高精度自动化设备的控制中，控制指令的错误往往容易造成重大损失，安全可控、安全可信的PLC系统非常重要。4总结工业4.0时代是智能化、自动化的时代，互联网、云计算等新技术在工业4.0时代得到融合，PLC作为传统的自动化的关键设备也必将得到更加广泛的应用，新技术的涌现使PLC向更为智能化、模块化的方向发展，PLC的基因会越来越丰富，在工业4.0时代，PLC技术也必将得到快速发展。参考文献:［1］裴涛，张德锋.浅谈PLC在电气自动化中的应用现状及发展前景.中国科技投资，2012(26).［2］田涛.浅析PLC在电气自动化中的应用现状及发展前景概述.城市建设理论研究:电子版,2015.［3］黄永彬.浅析PLC的发展及应用前景.科技创新与应用，2015(20).［4］王欢，崔景光.浅析PLC控制技术的应用现状与发展前景.中国科技博览,2014(2).（收稿日期：2015-12-28）