plc控制系統(tǒng)如何能夠更加開放？

　　1．PLC在競(jìng)爭(zhēng)中的興起

從plc控制系統(tǒng)的角度來看，已經(jīng)出現(xiàn)了各種控制系統(tǒng)的集成。但仔細(xì)分析將揭示plc控制系統(tǒng)在這些控制系統(tǒng)中是一個(gè)相對(duì)獨(dú)特的類。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，PLC是早期的工業(yè)控制器。每個(gè)新的控制器都可以替代PLC，從DCS到工業(yè)計(jì)算機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)總線，再到嵌入式控制系統(tǒng)。這種情況的發(fā)生是由于早期PLC缺乏開放造成的，但另一方面，也是由于PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的大比例造成的。但隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，隨著新技術(shù)的日益普及，plc控制系統(tǒng)不會(huì)逐漸被任何新系統(tǒng)取代，而是逐漸侵蝕其他控制系統(tǒng)的市場(chǎng)。

例如，在過程工業(yè)中，DCS一直占主導(dǎo)地位，但現(xiàn)在，在中小型工業(yè)裝置中，相當(dāng)多的控制系統(tǒng)已被PLC系統(tǒng)所取代。即使在大型系統(tǒng)中，所有類型的DCS現(xiàn)在都面臨著高端PLC的威脅。造成這種現(xiàn)象的原因在于，一方面，由于PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，DCS過去壟斷的一些復(fù)雜控制功能基本上都可以在PLC中使用;第二個(gè)是由PLC操作的簡(jiǎn)單性決定的;重要的是PLC的價(jià)格和成本是DCS系統(tǒng)無法比擬的。

在低端設(shè)備中，例如許多工業(yè)設(shè)備的控制器，過去是由MCU開發(fā)系統(tǒng)控制的，現(xiàn)在越來越多地被PLC取代。在材料成本方面，PLC的成本高于單片機(jī)。但是，由于PLC的編程靈活性，用戶在開發(fā)新型號(hào)時(shí)無需為新型號(hào)開發(fā)新的微控制器控制器。只需在PLC軟件上更改程序，即可大大降低用戶的開發(fā)成本。因此，越來越多的機(jī)械逐漸放棄了原有的專用控制器，并切換到PLC作為機(jī)械設(shè)備的主控制器。在使用大量工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的情況下，工業(yè)計(jì)算機(jī)越來越多地被PLC取代，并且工業(yè)計(jì)算機(jī)逐漸從實(shí)時(shí)控制返回到僅控制站的水平。而且，它逐漸發(fā)現(xiàn)，加入PLC的IPC結(jié)構(gòu)提供了出色的控制性能，成本低，便于操作。因此，逐漸開始在越來越多的地方采用?？梢哉f，工業(yè)計(jì)算機(jī)的誕生不僅沒有降低PLC的份額，而且因?yàn)楣I(yè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能——圖形處理能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量彌補(bǔ)了PLC的不足，而且可靠性高。 PLC極大地彌補(bǔ)了工業(yè)計(jì)算機(jī)的弱點(diǎn)，因此工業(yè)計(jì)算機(jī)的誕生極大地促進(jìn)了PLC在更多場(chǎng)合的應(yīng)用。

同樣，在離散制造中，PLC作為設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集的便捷設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)ERP和CIMS系統(tǒng)時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集——處理和傳輸提供了無與倫比的便利。目前，無論是CNC——機(jī)械還是傳輸——物流等行業(yè)，PLC都是控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首選。

因此，至少?gòu)默F(xiàn)在開始，plc控制系統(tǒng)在各種控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)中逐漸占據(jù)上風(fēng)。但是，隨著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，PLC也面臨著發(fā)展的瓶頸，即各種系統(tǒng)都不開放或開放。

　　2．產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)——真正開放的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)

　　從根本上來說，開放式控制系統(tǒng)要具備：采用從操縱系統(tǒng)到通訊協(xié)議都是通用的系統(tǒng)。目前，操縱系統(tǒng)實(shí)在只有WINDOWS、UNIX等少數(shù)幾種，而通訊總線題目，則沒有什么疑義。在工控界爭(zhēng)論不休的題目，在計(jì)算機(jī)界早就停息了。事實(shí)上，用戶們?cè)缫炎鞒隽诉x擇，那就是：以太網(wǎng)總線，它占了全球所有計(jì)算機(jī)通訊總線的96%！而其余所有的總線只占了不到4%。因此，產(chǎn)業(yè)界所有的總線向以太網(wǎng)的方向靠攏，是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的。

　　眾所周知，以太網(wǎng)初是為辦公自動(dòng)化設(shè)計(jì)的，因此沒有考慮到產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的一些要求。特別是，它采用的CSMA/CD介質(zhì)訪問控制機(jī)制，具有通訊延時(shí)不確定的缺點(diǎn)，不能滿足產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化控制的實(shí)時(shí)通訊需求。因此，在20世紀(jì)90年代以前，很少有人將以太網(wǎng)應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

　　近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與推廣，以太網(wǎng)也得到了飛速發(fā)展，特別是以太網(wǎng)通訊速率的進(jìn)步、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性題目帶來了新的契機(jī)：首先，以太網(wǎng)的通訊速率一再進(jìn)步，從10Mbps，到100Mbps甚至到10Gbps，在相同通訊量的情況下，通訊速率的進(jìn)步意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和碰撞的減少，也就意味著進(jìn)步確定性；其次，以太網(wǎng)交換機(jī)為連接在其端口上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供了獨(dú)立的帶寬，連接在同一個(gè)交換機(jī)上的不同的設(shè)備不存在資源的爭(zhēng)奪，這就相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備獨(dú)占一個(gè)網(wǎng)段；第三，全雙工技術(shù)又為每個(gè)設(shè)備與交換機(jī)端口之間提供了發(fā)送與接收的專用通道，因此使不同的以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突大大降低（半雙工交換式）或完全避免（全雙工交換式）。因此，以太網(wǎng)成了確定的網(wǎng)絡(luò)，從而為它應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化控制消除了主要的障礙。

　　與其它現(xiàn)場(chǎng)總線或產(chǎn)業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、本錢低廉、通訊速率高、軟硬件資源豐富、易于與INTERNET連接、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點(diǎn)，因此，不僅壟斷了工廠綜合自動(dòng)化的信息治理層網(wǎng)絡(luò)，而且在過程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)也得到了廣泛應(yīng)用，并有直接向下延伸，應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)。

　　從通訊網(wǎng)絡(luò)的角度來看，采用扁平式和樹型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，假如能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，實(shí)在，要求上下所有的硬件采用同樣的操縱系統(tǒng)是不經(jīng)濟(jì)的。比如，在上位機(jī)，用于顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能是主要的功能。這時(shí)，采用WINDOWS的操縱系統(tǒng)是沒有什么題目。而在底層控制端，則只要采用類似RTOS或VXWORKS這樣的操縱系統(tǒng)會(huì)更好，不僅是價(jià)格便宜，而且還能夠更可靠地執(zhí)行實(shí)時(shí)控制任務(wù)。

　　目前，PLC之所以能夠在越來越多的場(chǎng)合取得應(yīng)用，同前面所提到的PLC的特點(diǎn)是分不開的。這些特點(diǎn)就是：可靠性，易操縱性，和靈活性。這些特點(diǎn)是PLC必須要保存的。這些特點(diǎn)的形成，是由PLC的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部軟件和硬件的構(gòu)成特點(diǎn)決定的，同時(shí)也是PLC之所以是PLC是不是其它控制系統(tǒng)的標(biāo)志。而PLC的缺點(diǎn)，則是在處理大量數(shù)據(jù)包括圖形等方面的運(yùn)算能力不足的方面。實(shí)際上，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，需要實(shí)時(shí)控制而同時(shí)又需要處理大量信息的場(chǎng)合固然存在，但并未幾見。因此，只要能解決PLC的通訊題目，可以讓PLC來?yè)?dān)負(fù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制任務(wù)，而將數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、顯示等任務(wù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)，傳到其它系統(tǒng)中，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成，這是解決開放式控制系統(tǒng)的根本方式。也是開放式PLC的設(shè)計(jì)的思想基礎(chǔ)。

　　開放式plc控制系統(tǒng)將常見也是今后控制系統(tǒng)常用的通訊接口------以太網(wǎng)和串口內(nèi)置進(jìn)了PLC的CPU單元，使PLC在保持傳統(tǒng)各種可靠功能的同時(shí)，可以低本錢地具備通訊的功能。而且，專門開發(fā)了靈活而方便的通訊模塊，用這些通訊模塊，只要簡(jiǎn)單地輸進(jìn)各類協(xié)議，就可以將這些模塊作為一種專用協(xié)議的控制模塊來使用，而價(jià)格十分低廉。同時(shí)，更令人驚異的是，在OpenPLC內(nèi)部，還具有JAVA功能，和WebServer功能，也就是說，即使不用上位機(jī)，OpenPLC可以將PLC的狀態(tài)，包括故障報(bào)警信息和事件處理信息通過通訊模塊自動(dòng)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上，用戶可以通過電子郵件的方式來接收這些信息，也可以通過移動(dòng)通訊系統(tǒng)，利用手機(jī)的短信方式來接收這些信息，甚至可以通過GPRS、CDMA等先進(jìn)的通訊方式來進(jìn)行控制信息的跨越時(shí)空的通訊。這些通訊，使用戶可以及時(shí)地了解到設(shè)備的運(yùn)行狀況，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)于生產(chǎn)過程控制、制造過程的信息化、生產(chǎn)過程和治理的優(yōu)化等都有極大的幫助。

　　同時(shí)，在傳統(tǒng)的控制功能方面，開放式PLC盡量保存了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn)，如模塊式結(jié)構(gòu)，多種編程語(yǔ)言，嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)，甚至是與PLC完全相同的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，這樣，使得原來的PLC用戶在使用開放式PLC的時(shí)候并不會(huì)產(chǎn)生任何不適應(yīng)的感覺，除了上面所提到的一些新的功能外，其它的方面，如選型、編程、組態(tài)等，完全與傳統(tǒng)的PLC一樣。

　　可以預(yù)見的是，OpenPLC的出現(xiàn)，必將改變控制系統(tǒng)的格式，尤其是對(duì)于現(xiàn)有plc控制系統(tǒng)的制造商來說，將在市場(chǎng)和應(yīng)用方面產(chǎn)生巨大的沖擊。