嵌入式PLC在控制領(lǐng)域的應(yīng)用研究

張坤平+李艷

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科技的進(jìn)步，各種工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，工業(yè)電氣自動(dòng)化已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)全新的階段，傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)這種變化，設(shè)計(jì)一種新型的PLC，既具有常規(guī)PLC的可靠性、實(shí)時(shí)性，又具有軟PLC的開放性以及強(qiáng)大的功能，是當(dāng)今面臨的課題。

關(guān)鍵詞：PC機(jī)；軟PLC技術(shù)；嵌入式PLC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.197

0 引言

可編程控制器（PLC）因其編程簡(jiǎn)單、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，得到了極其廣泛的應(yīng)用。但隨著技術(shù)的發(fā)展，其局限性也凸現(xiàn)：如兼容性差、計(jì)算能力不強(qiáng)等。因此使用PC機(jī)作為硬件支撐平臺(tái)、利用軟件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)PLC的基本功能的軟PLC技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生；軟PLC提供了PLC的相同功能，并且具有開放的體系結(jié)構(gòu)、豐富的指令集和控制模塊、更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力。

1 傳統(tǒng)PLC的發(fā)展應(yīng)用

工業(yè)控制領(lǐng)域隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)而也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中作為新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置PLC，發(fā)展尤為迅速。目前，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的比較成熟的PLC，作為專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一款專用計(jì)算機(jī)，靠其自身可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，體積小，能耗低等眾多優(yōu)點(diǎn)逐漸取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。

然而，由于不同的廠商生產(chǎn)的PLC編程語(yǔ)言不盡相同，這就造成了用戶在編寫復(fù)雜的程序時(shí)需要掌握多種編程語(yǔ)言，給使用者帶來(lái)了一定的難度。另外，對(duì)于一些特殊功能控制，比如PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)記錄、位置控制和文本顯示器等編程也會(huì)給用戶在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)造成困難，原因之一就是這些程序大多與中斷有關(guān)，其二就是用戶需要非常熟悉特殊存儲(chǔ)器的意義，進(jìn)而對(duì)他們賦值，要實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，就要在運(yùn)行時(shí)訪問他們，因此編程的過程繁瑣，容易出錯(cuò)。以上兩點(diǎn)阻礙了PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

在目前環(huán)境下開發(fā)通用PLC的技術(shù)不難突破，但搶占市場(chǎng)需要大量財(cái)力和人力資源投入。在市場(chǎng)已被為數(shù)不多的幾家大公司穩(wěn)固瓜分的今天，走這樣的路線似乎事倍功半。我國(guó)小型PLC近年來(lái)也有可喜進(jìn)步的實(shí)踐，也同樣證明了這一判斷。

2 嵌入式PLC的出現(xiàn)

近年來(lái)，又出現(xiàn)了一種新的控制器設(shè)計(jì)思路。在IPC中嵌入PLC功能，我們稱為基于PC-BASE的嵌入式PLC；另外一種就是基于ALL-ON-ONE的嵌入式PLC（片級(jí)嵌入PLC），也就是在我們所熟悉的單片機(jī)中嵌入PLC的功能。因此，這種嵌入式PLC既結(jié)合了IPC和單片機(jī)提供的差異化，個(gè)性化的設(shè)計(jì)方法，又同時(shí)保留了通用PLC硬件管理和工藝控制分離的優(yōu)勢(shì)。我們稱之為是面向IPC（工控機(jī)）和單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的嵌入式PLC。

由于嵌入式PLC既繼承了嵌入式系統(tǒng)的好處，又有軟PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。因此，它與傳統(tǒng)PLC相比，優(yōu)點(diǎn)更多。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，對(duì)于各種各樣的控制系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)需要自由選擇硬件平臺(tái)構(gòu)建，也就是它具有較開放的硬件體系結(jié)構(gòu)。其次，對(duì)于多樣化的工業(yè)控制模式，嵌入式PLC有更加豐富的指令集，方便用戶編寫程序。第三，嵌入式PLC與通用PLC相比，性價(jià)比更高，原因在于嵌入式芯片技術(shù)的飛速發(fā)展。第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是

嵌入式PLC系統(tǒng)具有較為開放的架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品可同時(shí)加入到PLC網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中.這是現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的很多研究的成果可以很容易的應(yīng)用于PLC控制技術(shù)中。最后，嵌入式PLC技術(shù)是基于IEC61131-3語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，所以程序開發(fā)較為方便，利于復(fù)用，能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，調(diào)試與維護(hù)也比較方便?？偠灾?，嵌入式系統(tǒng)與軟PLC技術(shù)的完美結(jié)合就是嵌入式PLC技術(shù)的發(fā)展。

3 嵌入式PLC未來(lái)的發(fā)展空間

嵌入式PLC的發(fā)展空間還是很大的。這是根據(jù)在《Control Design》雜志中調(diào)查發(fā)現(xiàn)，美國(guó)機(jī)械行業(yè)有2/3用戶使用傳統(tǒng)PLC，有13%使用PAC和PC控制，而使用嵌入式PLC的僅占5%。

國(guó)內(nèi)外嵌入式PLC的發(fā)展也呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢(shì)。將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和PLC技術(shù)結(jié)合起來(lái)的netPLC是一大特色之一，是由德國(guó)赫優(yōu)訊推出的。在國(guó)內(nèi)嵌入式PLC的發(fā)展中，早在幾年前在EASYCORE1.00核心芯片組中加載了嵌入式PLC系統(tǒng)軟件，有它來(lái)作為硬件平臺(tái)，開發(fā)出多模入通道的嵌入式PLC，是由華中科技大學(xué)研發(fā)的；另外一種是專為機(jī)電設(shè)備開發(fā)的客制化、具有ODM性質(zhì)的專用PLC，即利用CASE工具，結(jié)合各類嵌入式芯片的開發(fā)平臺(tái)和各種輸入/輸出通道的硬件電路庫(kù)而開發(fā)的，這一種是以開發(fā)PLC與人機(jī)界面相結(jié)合的硬件/軟件一體化為目標(biāo)的平臺(tái)。

我國(guó)自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展的兩大特點(diǎn)：第一，機(jī)電設(shè)備配套的市場(chǎng)基礎(chǔ)雄厚；其二，設(shè)計(jì)開發(fā)隊(duì)伍足夠，性價(jià)比全球最優(yōu)。這就決定了嵌入式PLC在我國(guó)的發(fā)展空間很大，我們完全可以以最低的成本、較高的質(zhì)量，并按客制化的要求設(shè)計(jì)、生產(chǎn)為機(jī)電設(shè)備配套的嵌入式PLC，來(lái)代替通用PLC。

同時(shí)，嵌入式PLC的硬件、軟件、人機(jī)界面、通信全基于嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，拿來(lái)就可用。SOC芯片、嵌入式操作系統(tǒng)與符合工IEC61131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的編程環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，使得其在市場(chǎng)上很容易找到。

4 結(jié)語(yǔ)

嵌入式PLC已經(jīng)被列入中國(guó)的國(guó)情研究項(xiàng)目的結(jié)果，并分為“一般PLC可編程控制器（PLC）”、PLC芯片組、嵌入式PLC三大系列，由于其巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，嵌入式的可編程控制器（PLC）將作為國(guó)家的一項(xiàng)研究計(jì)劃。到目前為止，基于嵌入式軟件平臺(tái)的可編程控制器（PLC）產(chǎn)品，已經(jīng)成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)、機(jī)器人等。隨著科學(xué)技術(shù)的普及和未來(lái)的需求，嵌入式PLC技術(shù)將得到進(jìn)一步提高，而將為嵌入式PLC的信息革命創(chuàng)造更多的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]臧蕓.電氣自動(dòng)化中嵌入式PLC的應(yīng)用發(fā)展分析[J].現(xiàn)代制造.2012.

[2]陳鳳蘭，孫竹梅.軟PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用前景[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006.

[3]吳玉香.嵌入式PLC系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程.2009.