一、引言

    工業(yè)自動(dòng)化根據(jù)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)可分為過程控制自動(dòng)化和制造工業(yè)自動(dòng)化以及各種自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)于這些不同的工業(yè)對(duì)象發(fā)展了相應(yīng)的控制技術(shù)。如對(duì)于流程工業(yè)的控制一般采用集散型控制系統(tǒng)（DCS）。離散型制造業(yè)采用可編程序控制器（PLC），常用于邏輯/順序控制。而間隙過程工業(yè)則以DCS和PLC混合使用為好。在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)過程往往既需要連續(xù)控制，又需要邏輯/順序控制的功能，DCS和PLC都是基于微處理器的數(shù)字控制系統(tǒng)裝量，它們相互滲透發(fā)展，不斷擴(kuò)大自己的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，PLC已廣泛地被應(yīng)用在DCS中。

二、PLC在DCS中的作用

    PLC的發(fā)展起源于70年代，首先在汽車工業(yè)中大量應(yīng)用，80年代走向成熟，奠定了在工業(yè)控制中不可動(dòng)搖的地位。進(jìn)入90年代，在技術(shù)上又有新的突破，把PLC的處理速度、運(yùn)算和控制功能應(yīng)用于通信芯片商品，使PLC從專有性控制器向開放性發(fā)展，在應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平上，為實(shí)現(xiàn)ELC（電氣控制、儀表控制、計(jì)算機(jī)控制）一體化打開了新的局面。在DCS控制系統(tǒng)中，也越來越多地采用了各種智能數(shù)字調(diào)節(jié)器和PLC，新型的數(shù)字調(diào)節(jié)器與PLC不僅容量更大，速度更快，而且都具有較強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通信能力，可以采用以廉價(jià)的雙絞線為傳輸介質(zhì)的現(xiàn)場總線網(wǎng)，將作為主結(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場控制站與作為從結(jié)點(diǎn)的數(shù)十個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLC或數(shù)字化智能變送器連接在一起，也可以將數(shù)臺(tái)PLC通過網(wǎng)點(diǎn)直接接入高速數(shù)據(jù)公路，組成過程控制級(jí)的順序控制站。這樣，使DCS的控制功能進(jìn)一步分散，控制速度與功能及系統(tǒng)的可靠性又得以進(jìn)一步的提高。在當(dāng)今的PLC中，除了提供模擬量控制模塊外，PID回路控制也已不再被認(rèn)為是PLC中的新事物了，它已經(jīng)成為每一種大型PLC的標(biāo)準(zhǔn)性能，甚至許多新型的小型PLC也能提供PID等控制算法的功能。現(xiàn)在以PLC為基礎(chǔ)的PID控制正廣泛應(yīng)用于連續(xù)過程和批量過程的控制中。在此基礎(chǔ)上，一些PLC生產(chǎn)廠商為其新一代的通用PLC系列又增加了許多專為過程控制而設(shè)計(jì)的控制功能。除PID運(yùn)算外，增添了“超前滯后”、工程量變換、報(bào)警、斜坡函數(shù)和高精度模擬量I/O等特殊處理算法。過去僅限于大型DCS系統(tǒng)中使用的其他一些先進(jìn)的過程控制功能，也開始在PLC中出現(xiàn)。自整定PID回路、模糊控制等就是最好的一些進(jìn)展。表1給出的是一些PLC運(yùn)用自整定PID控制的信息，其中有些自整定算法常駐在PID控制模塊中，如AB公司的1171溫控模塊。而另外一些自整定算法則存放在CPU的協(xié)處理的模塊中，如GE公司的9030系列。

    如從全球控制市場的銷售情況看，PLC的銷售額也在逐步增長。據(jù)美國著名商情公司Frost & Sulliran提出的報(bào)告，PLC將在控制市場中獲得更多的銷售份額，從1993年的46%上升到2000年的50%，銷售額以39億美元上升到76億美元。從表2可知，PLC的銷售額在1993年就比DCS多1/3，預(yù)測(cè)到2000年將比DCS多1/2。并且，PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中的發(fā)展余地還很廣闊，還有許多新的而應(yīng)用領(lǐng)域有待于開發(fā)，或者已經(jīng)開發(fā)但未充分發(fā)展。可見，PLC所特有的高可靠性和不斷增強(qiáng)的功能，使它在DCS中發(fā)揮著越來越重要的作用。

三、PLC今后的發(fā)展趨勢(shì)

    從技術(shù)發(fā)展上講，目前PLC也不斷受到其他基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制裝置及系統(tǒng)越來越多的挑戰(zhàn)，受到PLC技術(shù)本身軟件方面急待更新與發(fā)展的挑戰(zhàn)，受到一種全新的工業(yè)控制結(jié)構(gòu)——不但控制分散化，而且網(wǎng)絡(luò)也分散化的挑戰(zhàn)，受到開放型模塊化體系結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)（OMAC）的挑戰(zhàn)。于是PLC必然將會(huì)向完善其軟件和硬件兩個(gè)方向發(fā)展。

1、繼續(xù)增加控制算法功能，滿足過程控制要求

    Siemens公司為此開發(fā)了一個(gè)名為“多戶應(yīng)用工具”（Applications Productivity Tool）軟件包，簡稱APT。它實(shí)現(xiàn)了滿足實(shí)力強(qiáng)的用戶愿意自己設(shè)計(jì)過程控制策略和自整定算法的愿望。它是一種在PC機(jī)環(huán)境下的軟件包，允許用戶在一個(gè)面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境中開發(fā)自己的控制策略。然后由APT將此翻譯為梯形圖語言向下裝載至PLC作為可執(zhí)行的程序。APT還提供連續(xù)和順序功能圖功能和許多功能塊，用戶可以自行連接與組態(tài)，來實(shí)現(xiàn)任意組合的控制操作，還可以開發(fā)超前滯后補(bǔ)償器、Smith預(yù)估器、PID回路自整定算法等。這類工具性軟件還有ASA公司的Process-M，加拿大Famic Automation公司的CADE-PA等。在今年三月召開的第三屆國際工業(yè)自動(dòng)化與控制技術(shù)展覽會(huì)上，上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所推出的S2000可編程序控制器系列，清華同方推出的RH分布式微機(jī)控制系列都具有各種控制算法功能。S2000其單臺(tái)PLC I/O點(diǎn)可達(dá)512個(gè)，多臺(tái)PLC在聯(lián)網(wǎng)方式下，I/O點(diǎn)可達(dá)4096個(gè)，可配置成高性能中大型應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足各種過程控制的需求。

2、實(shí)現(xiàn)以PC為平臺(tái)的PLC控制

    以PC為平臺(tái)的PLC控制，有人稱之為：以PC為基礎(chǔ)的控制（或簡稱PC控制）。它就是將經(jīng)過加固的PC機(jī)（或稱工業(yè)PC）的硬件與控制軟件組合在一起，實(shí)施通常由專用的PLC執(zhí)行的控制功能。或者說，將PLC的控制功能“封裝”在軟件內(nèi)，運(yùn)行于PC機(jī)中。這樣，系統(tǒng)提供了PLC同樣的功能，但卻具備了PC環(huán)境下的各種優(yōu)點(diǎn)。它將控制器、通信、人機(jī)界面以及其他各種特定的應(yīng)用全都合為一體，可大大簡化工廠自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)，還可以最大限度的利用PC機(jī)日新月異的軟硬件發(fā)展成果，其前景是很吸引人的。但這并不意味著PC控制將取代PLC控制，PC控制只是替代了PLC的CPU模塊，而不是替代I/O模塊。I/O模塊仍然是PLC原有的I/O系列或者是第三方I/O生產(chǎn)廠的產(chǎn)品，其發(fā)展方向必然是運(yùn)用現(xiàn)場總線、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑開放系統(tǒng)。

    美國AB公司已經(jīng)推出了Ssftlogi x5控制器新品，實(shí)際上它是由工控PC機(jī)、PC控制引擎軟件包和AB公司的I/O產(chǎn)品構(gòu)成。日本三菱電機(jī)公司開發(fā)了A70BDE—ABF總線控制卡件，可以插在任意一個(gè)PC/AT兼容機(jī)的16位ISA插槽中。通過擴(kuò)展電纜與A系列/Ans系列的擴(kuò)展基板相連，這樣A70BDE—ABF即可支持3584個(gè)I/O點(diǎn)（A系列）或1536個(gè)I/O系（Ans系列），在PC機(jī)則可運(yùn)行基于Windows NT40的實(shí)時(shí)軟邏輯控制包。由研華公司所提供的工業(yè)電腦ADAM—5510基于PC的可編程序控制器是典型的Soft PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它配套Intellution公司的Paradgm—31軟件，即是不同于傳統(tǒng)PLC的選擇組合。Soft PLC是開放的可編程序控制器，在實(shí)時(shí)控制、網(wǎng)絡(luò)控制和分級(jí)控制領(lǐng)域可獲得廣泛的應(yīng)用。Soft PLC是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，能提供強(qiáng)有力的指令，更加快速的掃描和安全的操作。開放的結(jié)構(gòu)容易連接各種I/O模塊、PID模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊和裝置、網(wǎng)絡(luò)。

四、結(jié)束語

    總之，上面分析的PLC今后的發(fā)展趨勢(shì)無非會(huì)在以下幾方面尋找沖破：

（1）為向各種工業(yè)領(lǐng)域滲透，適合各種靈活控制方案，一部分PLC將朝著小規(guī)模低造價(jià)方向發(fā)展。

（2）由于PLC的聯(lián)網(wǎng)功能不斷加強(qiáng)，將使PLC向分散控制方向發(fā)展。

（3）由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)迅猛發(fā)展，促使PLC追求更高的處理速度和更大的存儲(chǔ)容量。

（4）由于越來越多的大系統(tǒng)使用PLC，將使一部分PLC向在規(guī)模和功能更復(fù)雜的方向發(fā)展。

（5）由于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)飛速發(fā)展，促使PLC編程軟件實(shí)現(xiàn)多樣化和高級(jí)化。

    今后，PLC的各種特性提高的速度和各種功能完善的速度越來越快，DCS和PLC的控制功能將進(jìn)一步融合，DCS必將被由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)或被PC為平臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)所取代。