PLC替代傳統(tǒng)繼電器 在世界各地得到了廣泛應(yīng)用

自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出 PLC 取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC 得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí) PLC 的功能也不斷完善，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC 在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。

PLC

PLC （Programmable Logic Controller） 是可編程邏輯控制器，專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 / 輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。

單片機(jī)

單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

諸如手機(jī)、汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見(jiàn)到單片機(jī)的身影。單片機(jī)的特點(diǎn)是編程、維護(hù)相對(duì)復(fù)雜，編程方式常用 C 語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，成本較低，I/O 接口相對(duì)有限。

PLC 與單片機(jī)的區(qū)別

PLC 是應(yīng)用單片機(jī)構(gòu)成的比較成熟的控制系統(tǒng)，是已經(jīng)調(diào)試成熟穩(wěn)定的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的產(chǎn)品，有較強(qiáng)的通用性。

單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，使用范圍更廣，但單就“單片機(jī)”而言，它只是一種集成電路，還必須與其它元器件及軟件構(gòu)成系統(tǒng)才能應(yīng)用。

從工程的使用來(lái)看，對(duì)單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用 PLC 快捷方便，成功率高，可靠性好，但成本較高。

對(duì)于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定。

從本質(zhì)上說(shuō)，PLC 其實(shí)就是一套已經(jīng)做好的單片機(jī)（單片機(jī)范圍很廣泛）系統(tǒng)。

PLC 的特點(diǎn)

PLC 廣泛使用梯形圖代替計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，對(duì)編程有一定的優(yōu)勢(shì)。你可以把梯形圖理解成是與匯編等計(jì)算器語(yǔ)言一樣，是一種編程語(yǔ)言，只是使用范圍不同。而且通常做法是由 PLC 軟件把你的梯形圖轉(zhuǎn)換成 C 或匯編語(yǔ)言（由 PLC 所使用的 CPU 決定），然后利用匯編或 C 編譯系統(tǒng)編譯成機(jī)器碼。PLC 運(yùn)行的只是機(jī)器碼而已，梯形圖只是讓使用者更加容易使用而已。

如所說(shuō)，MCS-51 單片機(jī)也可以用于 PLC 制作，只是 8 位 CPU 在一些高級(jí)應(yīng)用如：大量運(yùn)算（包括浮點(diǎn)運(yùn)算）、嵌入式系統(tǒng)（現(xiàn)在 UCOS 也能移植到 MCS-51）等，有些力不從心而已。不過(guò)加上 DSP 就已經(jīng)能滿足一般要求了，而且同樣使用梯形圖編程，我們可把梯形圖轉(zhuǎn)化為 C51 再利用 KEIL 的 C51 進(jìn)行編譯。不難發(fā)現(xiàn)不同型號(hào)的 PLC 會(huì)選用不同的 CPU，其實(shí)也說(shuō)明 PLC 就是一套已經(jīng)做好的單片機(jī)系統(tǒng)。

這樣一看 PLC 其實(shí)并不神秘，不少 PLC 是很簡(jiǎn)單的，其內(nèi)部的 CPU 除了速度快之外，其他功能還不如普通的單片機(jī)。通常 PLC 采用 16 位或 32 位的 CPU，帶 1 或 2 個(gè)的串行通道與外界通訊，內(nèi)部有一個(gè)定時(shí)器即可，若要提高可靠性再加一個(gè)看家狗定時(shí)器問(wèn)題就解決了。

另外，PLC 的關(guān)鍵技術(shù)在于其內(nèi)部固化了一個(gè)能解釋梯形圖語(yǔ)言的程序及輔助通訊程序，梯形圖語(yǔ)言的解釋程序的效率決定了 PLC 的性能，通訊程序決定了 PLC 與外界交換信息的難易。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用，通常以獨(dú)立控制器的方式運(yùn)作，不需與外界交換信息，只需內(nèi)部固化有能解釋梯形圖語(yǔ)言的程序即可。

實(shí)際上，設(shè)計(jì) PLC 的主要工作就是開(kāi)發(fā)解釋梯形圖語(yǔ)言的程序。現(xiàn)在的單片機(jī)完全可以取代 PLC。以前的單片機(jī)由于穩(wěn)定性和抗電磁干擾能力比較的弱和 PLC 是沒(méi)有辦法相比的，現(xiàn)在的單片機(jī)已經(jīng)做到了高穩(wěn)定性和很強(qiáng)的抗干擾能力在某些領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了替換。

單片機(jī)可以取代 PLC 嗎？

有人說(shuō)這是個(gè)偽問(wèn)題，單片機(jī)是元器件，PLC 是由元器件以及龐大的軟件構(gòu)成的系統(tǒng)，兩者在這一方面沒(méi)有可比性 —— 大多 PLC 的控制芯片實(shí)際上就是單片機(jī)，也就是說(shuō)可以將 PLC 看成是單片機(jī)的二次開(kāi)發(fā)。單論工業(yè)防護(hù)等級(jí)，單片機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性能根本比不了 PLC 這種 IP67 類的產(chǎn)品（ IP 為標(biāo)記字母，第一標(biāo)記數(shù)字表示接觸保護(hù)和外來(lái)物保護(hù)等級(jí)，第二標(biāo)記數(shù)字表示防水保護(hù)等級(jí)）。而且就 PLC 這種能應(yīng)對(duì)工業(yè)惡劣環(huán)境的產(chǎn)品還開(kāi)發(fā)出一套冗余系統(tǒng)。

I/O 功能

單片機(jī)的 I/O 點(diǎn)實(shí)在有限，而反觀 PLC 呢？針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，均有相應(yīng)的 I/O 點(diǎn)可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件（如按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感電流變送器、電機(jī)啟動(dòng)器或控制閥等）直接連接，并通過(guò)總線與 CPU 主板連接。工業(yè)里幾乎任意一條生產(chǎn)線，都有上百甚至上千 I/O 點(diǎn)，就這點(diǎn)單片機(jī)完全無(wú)法比擬。

開(kāi)發(fā)周期

PLC 的品牌多達(dá) 200 多種，幾乎每個(gè)品牌都有不同編程軟件，而且都在不斷完善自己的編程軟件，使之能夠越來(lái)越簡(jiǎn)單的服務(wù)于電氣工程師，而各種程序塊也是越來(lái)越方便人性化的任意去調(diào)用，比如 PID 模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊等，大大減輕了工程師的開(kāi)發(fā)壓力也縮短了開(kāi)發(fā)周期。

那單片機(jī)要如何實(shí)現(xiàn)？沒(méi)有現(xiàn)成的模塊使用，那就只能開(kāi)發(fā)，那么做過(guò)非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的工程師都會(huì)遇到工期不足問(wèn)題。PLC 這種高度集成化模塊化的產(chǎn)品在達(dá)到滿足設(shè)備所需的開(kāi)發(fā)周期，在工期面前也是抓襟見(jiàn)肘，更不用說(shuō)如同白紙一張的單片機(jī)。

通信距離

現(xiàn)在大多數(shù)流水線是要跨區(qū)域整合與監(jiān)視的，所用的通訊方式多為以太網(wǎng)加中繼器，或者直接走民用寬帶光纖，所用的東西到最后很可能是用的就是微軟的 IE 瀏覽器，很明顯 PLC 是有 RJ-45 接口，即使本體沒(méi)有 RJ-45 也可以配備以太網(wǎng)模塊，可單片機(jī)搭載的 PCB 板能加上這個(gè)接口然后開(kāi)發(fā)出以太網(wǎng)通信嗎？開(kāi)發(fā)需要多久？

編程語(yǔ)言

這點(diǎn)對(duì)單片機(jī)來(lái)講是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是一個(gè)劣勢(shì)。上面提到 PLC 的品牌有兩百多種，編程軟件更多，盡管大多數(shù) PLC 的編程語(yǔ)言都大同小異，但是每接觸一款不同品牌的 PLC，電氣工程師就要從 PLC 的硬件參數(shù)、軟元件、編程軟件等等各個(gè)方面從頭了解一次才能使用的得心應(yīng)手。而單片機(jī)的編程語(yǔ)言用的是 C 語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，這對(duì)于任何單片機(jī)都是通用的。換句話說(shuō)，學(xué)會(huì) C 語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，便可以應(yīng)用任何單片機(jī)開(kāi)發(fā)想要的功能（前提是要有相關(guān)的電工電子學(xué)基礎(chǔ)）。

但話又說(shuō)回來(lái)，電氣工程師不是電子工程師，他們的工作不是單單考慮單片機(jī)如何驅(qū)動(dòng)繼電器來(lái)控制機(jī)床的，甚至有的電氣工程師都不會(huì) C 語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言之類的 MCU 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。近些年，IEC-61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的推廣，越來(lái)越多的 PLC 支持多種編程語(yǔ)言，如類似 C 語(yǔ)言的 ST 語(yǔ)言，類似電路圖的 CFC 語(yǔ)言。這種便利的功能是傳統(tǒng)單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境真的無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

在工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC 占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，就目前形勢(shì)（單片機(jī)的功能、穩(wěn)定性、易用性、編程及維護(hù)等）來(lái)看，單片機(jī)取代 PLC 那將是一項(xiàng)不可能完成，或者說(shuō)期限趨向于無(wú)窮的艱巨任務(wù)。