一、PLC簡介

1.1、PLC歷史簡述：?

60年代以前，汽車生產流水線的自動控制系統基本上都是由繼電器控制裝置構成。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產的發展，汽車型號更新周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經常地重新設計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現狀，美國通用汽車公司在1969 年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了著名的十項招標指標，即：

1．編程方便現場可修改程序；

2．維修方便采用模塊化結構；

3．可靠性高于繼電器控制裝置；

4．體積小于繼電器控制裝置；

5．數據可直接送入管理計算機；

6．成本可與繼電器控制裝置競爭；

7． 輸入可以是交流115V；

8．輸出為交流115V 2A 以上能直接驅動電磁閥接觸器等；

9．在擴展時原系統只要很小變更；

10．用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。

這十條中的大多數直到今天仍然是PLC的基礎定義（除了第7條輸入可以是交流115V，目前已被DC24V替代）。

1969 年，美國數字設備公司（DEC） 研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優點，很快地在美國其他工業領域推廣應用。到1971 年，已經成功地應用于食品飲料冶金造紙等工業。

這一新型工業控制裝置的出現，也受到了世界其他國家的高度重視。1971 日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974 年開始進行引進和研制，但一直不太成功，個中原因很多，到04年為止，整個PLC市場仍然以進口品牌為主。

近些年，因為全世界的加工型產業向中國的轉移，使中國成為了全世界的加工基地，巨大的需求帶動了中國的裝備制造業蓬勃發展，從而帶動了中國控制技術的飛速發展。

信息時代裝備制造的核心是什么？是自動化、信息化，而PLC則是整個裝備自動化和信息化的核心部件。一個沒有強大自動化產業做支持的制造大國是不可能長久的，低成本的人工是不可能長久的，只有通過加強自動化程度，加強信息化程度，我們才有可能進一步的降低成本提高性能提升附加值，成為一個名符其實的制造強國。

所以歷史賦予了我們一個很重要的使命，通過加強裝備控制的水平來提升中國造的國際競爭力。

1.2、PLC定義與選?。?

PLCOPEN將PLC定義為：具有編程能力的固態控制系統

PLC主要的功能就是通過編程后實現用戶需要的各種類型的控制功能，前面已經說過在沒有PLC之前，大家要通過很多專用電路或者繼電器組來完成控制功能?，F在PLC廣泛的應用于幾乎所有的行業中，我們身邊的絕大多數產品都是由PLC控制的裝備制造出來的。比方說塑料、包裝、造紙、冶金、石化、電梯、木工、陶瓷等等。

因為控制的方式不同，以前大家分為過程控制和順序控制或者離散控制兩類，其中過程控制來源于早期的過程儀表控制，后逐步發展為DCS，而順序控制來源于早期的繼電器組，最后發展出了PLC，但隨著微電子、軟件、硬件和通信技術的發展，目前很多DCS和PLC都采用同樣的或者類似技術平臺，雙方之間區別越來越小，大多數新一代的控制系統都不再區分DCS或者PLC，不過新一代控制器是否叫PLC還是DCS或者FCS、PAC、NCS，這并沒有得到廣大廠商的認同。特別是網絡和現場總線的發展，使DCS越來越沒有單獨存在的價值，很多的國際大公司都把新一代的控制系統合并了DCS、PLC、IPC、FCS功能。

為了簡化各種概念，我們根據項目的大小、項目的重復度把PLC的應用分為工程和OEM兩部分，其中工程主要指造紙、石化、冶金、水泥、大型港機等項目特征明顯的自動化系統，而OEM主要指各種使用PLC的裝備，如電梯、擠出機、包裝機、回流焊、點膠機、特種車輛等，”這兩大塊構成了PLC的最主要的市場。

有朋友會問“為什么不用單片機開發專用控制器呢？PLC的功能大多可以通過使用單片機來開發，而且單片機的成本要低很多，現在一塊最便宜的單片機不過幾毛錢，而最便宜的PLC都要好幾百塊。倒底選擇PLC做為控制器的標準和理由是什么呢？”

確實有很多控制使用單片機，比方說室內空調控制器，電視機控制器，微波爐控制器等，其中有一些控制器實現的功能還相當復雜。那為什么還有PLC存在的必要呢？

所有的控制方案選擇都是通過性能和成本兩個方面來考慮的，也就是性價比。這就像買房子，我們可以用泥沙蓋房子，也可以買現成的商品房。如果自己蓋房子，我們不光是土建，我們還需要水、氣、電、排污等輔助功能，而買商品房我們只需要對其進行裝修就可以了。

PLC就是一個商品房，她是模塊結構的產品，集成了控制需要的各種軟硬件，包括指令、功能塊、通信、IO接口、模擬量、溫度、運控等各種功能。用戶拿到后只需要進行簡單的二次開發就可以滿足要求，整個過程就像用積木搭一個房子一樣。相反用單片機開發一個專用控制系統，從表面的物理成本上是降低了，但是人工和開發進度卻不容樂觀，一個最簡單的單片機系統開發也需要四周左右，而使用PLC可能只需要一個小時。

同時，PLC的可靠性是多年應用和嚴格實驗保證的，無數不同行業不同廠商的應用使其的BUG減至最少，而單片機系統無法保證這一點。所以單片機系統的穩定性和可靠性要低很多，特別是系統剛開發的這一兩年內，龐大的維護和升級費用將使你的成本急距上升。

當然如果你的控制對象量很多，而且對于可靠性要求不高，那么單片機一定是你的選擇，比方說剛才說的空調、電視之類，這些產品的年產量都超過千萬臺，用單片機開發完全可以做到最低的成本，并且家用電器對于可靠性要求也不高，按兩下按鍵不動，大不了再重新按一下，而在工控場合這是絕不允許的，比方說鍋爐該動不動就有可能造成很大的事故。

IPC（工控機）和PLC的選擇:

比方說球磨機的自動控制系統，用加速度傳感器采集球磨機的軸振，再通過傅利葉變換取出球磨機內存煤量的特征頻率，用來控制球磨機的供煤速度。在球磨機的控制環境中需要用到像傅利葉變換之類的復雜算法，如果用PLC實現會比較困難，所以采用IPC，并用C、C++開發對應的控制算法，如果需要更為可靠的控制，我們可以將IPC的結果再交給PLC來控制。

早在上世紀90年代很多分析報靠認為到2000年以后，PC_BASE（基于PC技術開發）的產品將替代掉大部分PLC，但實際證明他們錯了，PLC不光沒消失，它還吸收了單片機和PC的很多新技術，越來越有生命力了?，F在的產品中的大多數PLC都使用了單片機、IPC和各種專用處理器來實現，應該說PLC是單片機、PC技術的受益者，特別是現代的PLC與PC的分界已越來越小，很多PLC也可以演算一些很復雜的算法，包括傅利葉變換、相似度比較等。

PC_BASE技術在前幾年之所以很流行，一方面是因為商用PC在軟硬件技術上的積累使其開發成本降低，可供選擇的硬件和軟件很多，特別DOS和C語言的推廣，使大家感到使用PC有更好的可控感。

但隨著WIN NT系統的開始，用PC開發控制器的難度越來越高，而可靠性卻越來越低，高速的CPU系統使功耗增加，學電子的朋友可能知道，半導體的損壞中最常見的一項是過熱損壞，一般硅半導體的結溫最多可以承受120度，IPC功耗的增加使其對應用環境的要求也同步升高；另外IPC芯片封裝的密度，特別是BGA等高密度封裝使其無法在工業的高塵高污的環境中使用。

同時WIN CE或者NT平臺下的實時控制也讓大家如隔靴搔癢般，不再有當初的那種一切在掌握中的感覺。特別是現在微軟的VASTA出來后，對于廣大的IPC廠商來說更是一個噩夢，這意味著很多CPU、內存、接口芯片甚至包括軟件又要停產換代了，這種頻繁的更新換代完全無法適應工控的要求。微軟和INTEL現在越來越不把向下兼容當作重點，每一次升級都意味著一次重新開發和投資。 ?

選擇PLC的基準：

數量——對于裝備制造廠商而言，單一裝備（同樣的硬件配置和程序）月生產量500臺以下就可以考慮使用PLC，如果超過了這個數量就可以考慮使用專用PLC或者單片機開發的專用控制器。

品牌——各成熟廠商PLC的功能差別不大，品牌的選擇更多的是考慮服務和宣傳，這需要裝備制造廠商根據自己的定位來選擇，但品牌在PLC的價值中占有較大有份額，同樣點數，同樣功能的PLC，不同品牌的價格會有數倍至十倍的差別。

功能——功能的選擇不是越多越好，許多功能大多數用戶都用不上，但是有一些功能又是PLC的可選功能，比方說實時時鐘、電池、RS485、擴展接口等，一般基本功能的PLC價格會很低，但如果選擇增加功能價格就會高很多。

可靠性——PLC產品的可靠性與設計、器件、制造工藝相關系，同時也與用戶的使用環境和習慣有關系，德維森的V80系列在軍品上有相當多的應用，所以在可靠性方面完全是沒有問題的。

價格——價格的高低對于量比較大的裝備廠來說是選取的關鍵點，但價格從來都不是PLC的考慮點。

習慣——因為各家PLC的編程習慣均有不同，我們發現很多裝備廠商工程師在學生時代學的教程就是日本三菱的，所以習慣上更偏向于日系品牌，但日系編程習慣并不是的，認真學習PLC廠商提供的手冊是加快了解和學習一種新PLC的關鍵。?

本文作者是矩形科技總經理王晟磊，最初發表于2008年。