PLC的发展增加了灵活性和速度

可编程逻辑控制器(PLC)最初的设计是为了取代由数百或数千个继电器、凸轮定时器、鼓式定序器和专用闭环控制器组成的硬连接系统。更新这些基于继电器的系统以适应受控机器和过程中的变化和添加是一个漫长而昂贵的过程，需要电工添加组件并进行大量的重新布线。故障排除是一场噩梦，因为问题可能发生在数千个连接、开关触点和数百或数千个组件之间。

自从第一个PLC在20世纪60年代被开发出来以来，在执行速度、编程方法、功能、内存容量、通信和其他领域都有了巨大的改进。

本讨论将探讨处理能力的进步如何使PLC在更短的时间内以更低的成本执行更多的功能，这样PLC的功能现在经常接近可编程自动化控制器(PAC)的功率。

现代plc的领先进步

1.附加功能集成在PLC CPU，消除外部组件

2.高速串行或以太网通信到远程有线或无线I/O

3.广泛的I/O形式因素的选择

4.自定义功能和更快的执行速度，允许PLC承担更多的任务

5.先进的指令，减少PLC编程时间

6.高级内存映射改进了数据处理

7.数据结构简化了编程和维护

表1总结了现代plc的主要进展，下面的文本详细说明了这些进展。但重要的是要注意，没有一个PLC或PLC家族包含列出的所有功能。相反，来自不同供应商的不同产品有不同的优点和缺点，没有一种产品是最适合所有应用的。这意味着终端用户必须仔细检查他们的应用程序，并为特定的应用程序选择提供最佳功能和价格的PLC。

增加I/O容量

plc传统上有两种配置:内置固定数量I/O的单片(“砖”)plc，或使用单独电路板卡插入本地或远程机架以提供定制I/O能力的模块化(“机架”)plc。

两种类型都有优点和缺点。砖块plc的外形尺寸小，成本低，但通常缺乏I/O功能。然而，新的设计增加了PLC处理器的内置功能，提升了砖式PLC的功能。

机架式plc一般更有能力，可以处理更高的I/O计数，但更昂贵，传统的设计可以通过I/O和特殊功能卡快速消耗可用的机架空间。新的PLC处理器正在减少以前用于通信、数据存储和其他特殊功能卡的机架空间——实际上增加了用于I/O的机架空间。plc现在不仅具有内置的通信协议，而且它们的协议现在比过去更加开放，允许连接到来自各种供应商的许多不同类型的I/O。

对于砖式和机架式PLC，新的I/O形式因素通过高速数字通信协议(主要是以太网)直接连接到主PLC处理器，极大地增加了I/O容量(见图1)。这些远程I/O块可用于各种I/O配置和外壳，并且通常适合安装而不需要机柜或外壳。

最新的芯片设计将多个通信接口和其他高级功能集成到可安装在PLC CPU中的单个微处理器上(见图2)。这意味着过去需要带有数十个芯片的印刷电路板和一个或多个独立的机架式PLC卡的功能现在可以在PLC主处理器中提供。

简单的编程

最新的plc提供灵活和先进的操作系统，使集成新设备到系统和指令集更容易。例如，fpga(现场可编程门阵列)现在经常被供应商用于PLC处理器或特殊功能卡中，以执行诸如高速控制和同步等任务。有了fpga，供应商可以快速地以较低的成本提供定制或专门的功能。

通过设备驱动层对PLC处理器进行抽象，用户的代码可以与物理层完全隔离。PLC形式因素(砖或机架)或I/O架构(本地、扩展或远程)在设计中变得不那么重要，使开发人员能够先编码，然后再选择目标硬件。

程序员不再需要在软件开发阶段确定准确的目标，而是可以在所有代码编写和测试之后选择最佳的PLC目标平台。这可以大幅降低成本，因为开发人员不再需要预先选择更昂贵的PLC来提供性能和I/O容量的边际，而是可以为特定的应用选择合适的PLC。它还在一定程度上解耦了硬件和软件工程任务，允许这些活动更独立地发生，甚至在某些情况下同时发生，从而减少了所需的开发时间。

更好的指令集和地址映射

因为第一代plc被设计用来取代基于继电器的系统，它们使用梯形逻辑编程，在外观上与基于继电器的原理图非常相似。编程需要专用的专用终端，内存非常有限。随着PC在20世纪80年代初的出现，编程软件迁移到DOS，然后是Windows，但局限性仍然存在。

现在，新的操作系统和指令集使用户更容易创建程序，节省时间并减少错误(见图3)。使用高端标准指令，软件程序员现在通常只需要两到三条指令就可以实现过去需要很多行代码的功能。将代码封装到高级指令中不仅简化和加快了编程，而且还促进了标准化，使其他人更容易理解软件程序。

使用函数块等高级指令，用户也可以更容易地创建自己的子例程，这是许多应用程序的重要特性。可重用子例程使逻辑开发更有效，并且它们有助于更面向对象的程序配置，这是其他学科的程序员长期用于改进编码的技术。

新plc的另一个优点是地址映射。具体来说，变量内存映射要求将整数、浮点数和十六进制(HEX)数组合成一个数据点。新的plc为整数、浮点数和十六进制数字提供了单独的数据点，简化了地址映射并提供了其他好处。

数据结构是一种新plc经常采用的特性，允许最终用户将多个内存地址作为一个组来管理。如果这些内存地址包含相同类型的数据，则可以使用数组寻址。但是，如果要将不同类型的数据包含在一个组中，则需要数据结构特性。

例如，一个PID循环可以被标识为“Tank1”，循环中的每个参数都可以使用这个标识符加上适当的修饰符。因此，要访问PID循环的进程值，可以使用术语“Tank1”。在PLC和HMI程序中。同样,“Tank1。SP '可以用来标记PID回路的设定值。数据结构特性使得用户程序的开发和维护更加容易，因为术语是用真实的名称来标识的，而不是用神秘的命名法。

高速处理和I/O模块

更高的CPU速度提供更快的性能，从而缩短任务时间。这对于运动控制应用尤其重要，因为现在也有了更高速度的I/O模块，允许plc承担过去需要专门的运动控制器的功能。

也许PLC性能的最大进步之一是在过程控制领域。旧的plc只能容纳相对较少的PID循环，而新的plc可以处理数千个这样的循环。这通常可以消除对外部单回路控制器的需求，节省大量的费用和机柜空间，同时大大简化了整个控制系统。

更高的处理速度还使PLC CPU支持以太网连接和自定义通信协议作为内置功能，而不需要单独的专用模块和相应的机架空间。

PLC还是PAC?

一般来说，PLC和PAC都提供相同的功能，新的高端PLC的更好的性能和功能使得很难确定是使用PLC还是PAC。事实上，很难判断控制器是高端PLC还是PAC，因为在自动化行业中对两者的确切区别没有明确的共识。

一般来说，pac在网络、可扩展性和用户选项方面提供了更多的选择。在购买价格和编程软件方面，pac也更昂贵，特别是编程软件通常包含在PLC的购买价格中。

如前所述，plc通常使用梯形逻辑编程，这是一种图形化编程语言，在某种程度上基于基于继电器的接线图。用于较新的plc和pac的控制程序通常使用更标准的软件工具开发，这些软件工具包含IEC 61131-3语言，提供更多的编程选项，并使工厂或整个公司的代码更容易标准化。

PLC自20世纪60年代末问世以来已经有了很大的发展。专有编程终端和神秘而有限的指令集的时代一去不复返了。今天的plc需要更少的机柜空间，提供更简单的编程，并具有显着更快的执行速度，使它们更适合更广泛的应用。

新的PLC体系结构通过硬件抽象提供了编程灵活性。改进的指令集和更具体的地址映射帮助开发人员缩短编程时间，增加功能，并更容易进行更改。

所有这些增强意味着今天的plc为用户提供经济、易于使用和更灵活的设备，提供更快的速度和功能，允许在更广泛的应用中使用。

Sammy Natsui是AutomationDirect plc的产品经理。

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