工控機(jī)和PLC的對比

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，PLC和工控機(jī)是人們不得不提的兩類控制設(shè)備，它們是大多數(shù)自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。PLC和工控機(jī)的技術(shù)發(fā)展是工程師對設(shè)備應(yīng)用性能要求的完美體現(xiàn)：控制器的硬件標(biāo)準(zhǔn)化，以及用戶的各種控制要求通過軟件來進(jìn)行改變。

PLC就是一種利用計算機(jī)原理為順序控制專門設(shè)計的、通用的、使用方便的裝置。它采用了專用設(shè)計的硬件，而使用性能都是通過控制程序來確定的。

工控機(jī)則是利用了個人計算機(jī)的PCI總線和PC/104總線、采用功能板卡擴(kuò)展控制I/O點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制的一種方便的控制設(shè)備。它具有工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用特性，同時又極大地利用了PC機(jī)的軟件環(huán)境，用戶可以方便地選擇各制造商提供的產(chǎn)品。

PLC和工控機(jī)目前的技術(shù)發(fā)展水平已大大超過其出現(xiàn)時技術(shù)水平，并各自定位在不同的層面。PLC適合低成本自動化項目和作為大型DCS系統(tǒng)的I/O站，工控機(jī)在中規(guī)模小范圍自動化工程中有很好的性能價格比，當(dāng)然這種定位也不是絕對的。據(jù)預(yù)測，2000年我國工業(yè)自動化的市場規(guī)模達(dá)170億至207億人民幣，其中工控機(jī)占40億左右、PLC占30億左右，再加上DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)和NCC系統(tǒng)（占60億）中使用的PLC和工控機(jī)，可以看出其在工業(yè)自動化領(lǐng)域中舉足輕重的作用。這兩類控制設(shè)備在各領(lǐng)域的自動化中扮演了不可缺少的角色。

目前，PLC的主流廠商有A-B、Siemens和Modicon等。工控機(jī)的主流廠商有成都研智芯、北京康拓和研華、艾訊等。

PLC和工控機(jī)在其技術(shù)發(fā)展的歷程中，為了適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的需要和用戶二次開發(fā)的需要，都積極地發(fā)展高可靠性、網(wǎng)絡(luò)化和高性能的用戶開發(fā)軟件方面的技術(shù)性能。以下將重點(diǎn)介紹PLC和工控機(jī)在硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)方面技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

二、PLC和工控機(jī)的硬件技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展

PLC和工控機(jī)的最終用戶為冶金、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)，其主要的用途為：

1、順序控制

順序控制是應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，它包括單機(jī)控制、多機(jī)群控制、自動生產(chǎn)線控制，如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配機(jī)械、包裝生產(chǎn)、電鍍流水線和電梯控制等。

2、運(yùn)動控制

應(yīng)用在電力拖動系統(tǒng)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制。

3、過程控制

采用模擬量模塊能控制物理參數(shù)，例如溫度、壓力、速度和流量等，并提供PID等閉環(huán)控制的功能。

4、數(shù)據(jù)處理

可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理、多軸控制等。

由于自動化系統(tǒng)的要求日益提高，傳統(tǒng)的提供I/O點(diǎn)服務(wù)的PLC和工控機(jī)已經(jīng)無法滿足復(fù)雜的工藝要求。因此，PLC和工控機(jī)在硬件系統(tǒng)上有了根本的變化。

PLC系統(tǒng)在模塊上的技術(shù)發(fā)展有：

1、處理器模塊

配備大容量內(nèi)存，為滿足實(shí)時控制的要求而優(yōu)化設(shè)計，除了一般的I/O掃描和控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換外，支持大型的集成控制、通訊、并行運(yùn)算、處理器獨(dú)立后臺程序和處理器輸入中斷等功能。如A-B公司的ControlLogix處理器模塊在它的內(nèi)核中設(shè)計有通信功能，借助于它的無源數(shù)據(jù)總線，系統(tǒng)的瓶頸得以消除。這種靈活的結(jié)構(gòu)允許多個處理器、網(wǎng)絡(luò)以及I/O在一個機(jī)架中搭配使用而沒有限制。

2、信息協(xié)處理器模塊

讀取主處理器的數(shù)據(jù)表和狀態(tài)文件，或通過高級語言程序?qū)?shù)據(jù)寫入主處理器，程序可以在實(shí)時多任務(wù)環(huán)境下以及獨(dú)立于PLC處理器的方法，單獨(dú)在協(xié)處理器中運(yùn)行。

3、高級語言協(xié)處理器

通過C和Basic的接口來進(jìn)行復(fù)雜的計算和算法實(shí)現(xiàn)。

4、網(wǎng)絡(luò)適配模塊

在現(xiàn)場總線與處理器之間提供通訊接口，以便PLC處理器和I/O模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)交換。

5、具有特殊功能的I/O模塊

如A-B公司在其產(chǎn)品中提供了智能變送器模塊、溫度控制模塊、稱重模塊、開環(huán)速度控制模塊、塑料制造模塊、力矩控制模塊、絕對編碼模塊、可組態(tài)流量計模塊、電流同步模塊等。這些模塊的設(shè)計考慮了特殊行業(yè)的需要，使得復(fù)雜的控制功能以模塊化的方式得以解決，提高了可靠性和專業(yè)水平。

同樣，工控機(jī)也從I/O板卡的基礎(chǔ)上飛速向前發(fā)展，大規(guī)模集成電路和計算機(jī)本身的革命性發(fā)展給工控機(jī)提供了舞臺。工控機(jī)系列產(chǎn)品除了全系列的I/O板卡外，還發(fā)展了一體化工作站、帶電子盤的工控機(jī)、遠(yuǎn)程RTU、適用于儀表行業(yè)的微型工控機(jī)、適用于視頻和多媒體行業(yè)的工控機(jī)、適用于通訊行業(yè)的帶監(jiān)控液晶屏的工控機(jī)、與PLC合一的特殊工控機(jī)以及防爆型工控機(jī)。

工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境要求PLC和工控機(jī)具有很高的可靠性，而可靠性是靠電磁兼容特性（EMC）和容錯技術(shù)來保證的。PLC和工控機(jī)要經(jīng)過嚴(yán)格的電磁兼容檢測，如輻射敏感度檢測、諧波/電壓波動/電壓驟降檢測、靜電/快速脈沖/雷擊檢測、電磁干擾檢測等。EMC保證了設(shè)備在本質(zhì)上的抗干擾特性。但是，要保證控制設(shè)備不出故障是不可能的。因此，采用容錯設(shè)計的系統(tǒng)對要求不能停機(jī)、不能失控的高可靠系統(tǒng)是十分重要的。目前重要的容錯設(shè)計技術(shù)有Watchdog和雙機(jī)熱備（包括主機(jī)、模塊和通訊介質(zhì)的熱備）。熱備系統(tǒng)的工作對用戶來說是透明的：即當(dāng)故障發(fā)生時，所有對故障點(diǎn)的切除和數(shù)據(jù)的備份都是在最短的控制周期內(nèi)自動完成的。此項技術(shù)的完成包括了設(shè)備硬件和軟件二個方面。圖2給出了PLC雙機(jī)冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。