浅谈PLC的诞生及发展现状

PLC的诞生

在说明我们的主题之前，首先让我们回顾PLC是什么?为什么会有PLC?然后我们再来描述未来和现在的PLC应有的样式。

PLC是Programmable logic controller的缩写，从字面上看我们可知首先它是一种控制器，从计算机被发明甚至在此之前，就有了各种的控制器，开关可以被看作最简单的控制器之一，之后有了电磁控制的继电器等控制器。随着控制的复杂性提高，通过多开关，多继电器的组合可以构筑更加复杂的控制系统。但是这种控制器是一种一旦构筑完成就无法简单变更的系统，如果需要变更，就要将系统中的一部分部件、元件进行更新或者重新连接、布局才能完成系统的变更。为了更加灵活处理复杂逻辑的演算，一些系统引入了CPU/MPU控制。这样，逻辑演算部分就可以通过计算机编程进行实现，使得系统的构成变得非常灵活可变，但是这种系统存在两个很大的问题，那就是①编程需要很高的专业编程能力;②由于通用的CPU/MPU系统逻辑输入、输出的电压大都是3.3v或者5v，而且输入、输出的驱动能力都很小，大约10mA左右的电流，而工业标准的工作电压大都是12v或24v的高电压，驱动电流更是根据负荷不同，达到数安培程度或者更大，这就造成用普通的CPU/MPU构筑的控制系统要配备适合工业控制用的外围设备或器件，才能满足要求。在这种需求下就产生了专用的带有CPU/MPU、以及工业控制外围的控制器。

图1 继电器电路

专用的控制器由于带有CPU/MPU，所以逻辑控制可以通过编程实现，因而使得控制器具有了很大的灵活性，但是对于大多数的使用者来说，通用的C语言编程或者其他的编程语言仍然是一道很大的关卡，使用起来很不方便。所以在1968年前后诞生了一种基于继电器电路(图1)原理的编程方式，由于其编程的图形表达方式有点像个梯子图形，所以被称为梯形图(图2)编程。这种方式虽然有很多编程限制，并不能将CPU/MPU的所有能力发挥出来，但是作为大多数的顺序、联动、甚至模拟控制方式，已经得到了充分的满足，使得这种编程方式在那以后得到了极大的发展，而用这种编程方式的PLC被广泛用于现代工业控制中。

图2 梯形图

现状

经过半个世纪，PLC有了很大的发展，不论从功能方面还是控制规模方面都达到了一个很高的程度。PLC也从单一的顺序控制等发展成为顺序控制、DIO控制、模拟控制、联网控制等。使得控制系统变得越来越复杂。控制程序也是从最初为了降低一般计算机语言带来的编程难度而发展的梯形图变成了非常复杂的程序。而且，为了适应工业环境，也发展了PLC专用的显示器。PLC本身更是具有了抗干扰、抗碰撞等要素的优良的外壳。但是在这种空前高度的发展面前同样出现了其他的问题①原有的梯形图系统是为了简化编程而形成，由于系统变得非常复杂，结果梯形图并不擅长特别复杂的编程表达，因而造成编程困难，阅读困难。特别是有很多系统的梯形图底层为汇编语言，系统为了满足控制要求，开发了过多的功能，使得梯形图的编程几乎等同于汇编语言的编程。原来为了简化的编程变得反而复杂化，多少有点本末颠倒的嫌疑;②控制器做的越来越漂亮，对于一些需要嵌入某个设备内的系统，造成体积大、成本高的尴尬局面;③控制器的专用显示器在以显像管为显示器的时代，它具有了很大的优势。但是随着面板技术的发展，虽然专用的显示器任然有其坚固结实、编程方便的优势。但同时它又具有高成本、编程不灵活等的缺点。④在互联网的时代，现有的PLC更是在IOT(物联网)方面出现系统构筑的庞大、昂贵的问题。

展望

PLC到了今天为了适应控制环境的需求，进化了各种形态，为各种控制要求提供了尽可能适合的产品。但是到了互联网的时代，同时CPU/MPU的高功能、高速度为PLC提供了新的发展空间。①编程方面虽然主流还是多为梯形图形式，但是背景方面已经有一些系统脱了汇编语言系统而是以C语言为基础，当然不是说汇编语言基础的系统不好，这里只是说明一种方式，关键是梯形图系统的可编程性和可读性，以及对于编程的简单程度是一线用户所需要的；②为了更方便嵌入设备中，不光是现有的具有很好外壳的PLC被需要，同时也需要裸板型的PLC，以便于组装进入设备。同时降低成本，减小设备尺寸，增加设备厂家的设备自主性形象；③以往的PLC显示器有专用的各个厂家的设计模块，增加一定便利性的同时，由于显示器的昂贵性，造成系统的成本增加。另外，由于专用界面模板的限制，虽然有一点点界面制作的方便性，但是自主产品的特征没法发挥，不能自由制作自己公司特征的界面。如果采用现有的各种显示器，比方平板电脑、智能手机、笔记本电脑、台式电脑等作为显示操作平台，则可以节省昂贵显示器的投资，自由设计界面，并且由于这些设备本身带有操作系统，所以能够做到诸如管理、联网等的扩充操作和功能;④互联网时代的万物互联会成为一种未来的控制模式，尤其新冠役病造成的无法群体劳动的局面，使得人类社会烦恼不已，现阶段世界各国都在努力降低人员的流动，采用在家办公等方式。但是对于生产方，尤其对于现场劳动的人员来说，要实现在家办公目前来说任然还是很困难的一种方式，所以万物互联(IOT)的控制模式会成为未来抵御流行疫病、甚至战争的一种需求。为了回答以上的问题和需求，IVI PLC(图3)做了它的尝试和努力，希望能够为用户提供一种互联网时代的选择。

审核编辑：汤梓红

控制器描述浅谈发展现状

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