淺談PLC與單片機(jī)技術(shù)的選用

吳璇

摘要：當(dāng)前，我們已進(jìn)入智能化時(shí)代，PLC、單片機(jī)等自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制元件備受設(shè)計(jì)界關(guān)注，要確保PLC與單片機(jī)技術(shù)的選用科學(xué)合理，便應(yīng)先對(duì)PLC與單片機(jī)技術(shù)有所了解?；诖耍疚南葘?duì)PLC與單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行了細(xì)致描述，而后對(duì)PLC與單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行了比較分析，闡述了兩者的聯(lián)系，并基于實(shí)際出具了PLC與單片機(jī)技術(shù)的選用策略。

關(guān)鍵詞：PLC；單片機(jī)技術(shù)；選用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）07-0265-02

眾所周知，PLC、單片機(jī)均是自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心構(gòu)成成分，兩者在功能方面不但各具特色，也具有交叉點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上，單片機(jī)是以單板機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展所得，即一塊位于硅片中融合微處理器、存儲(chǔ)器等成分的芯片，該芯片與計(jì)算機(jī)存在相同屬性，故而也將其視為單片微型計(jì)算機(jī)。PLC即可編程邏輯控制器，內(nèi)部存儲(chǔ)器具有編程功能，經(jīng)由相應(yīng)指令與數(shù)字/模擬式I/O口，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械/生產(chǎn)中獲取了寬泛運(yùn)用。但以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建產(chǎn)生的自動(dòng)控制系統(tǒng)性能高，成本投入較大，以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建產(chǎn)生的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)較有難度，但所需成本小，這就為從業(yè)人員在兩者的選用方面帶來(lái)了較大難題。基于此，本文對(duì)PLC與單片機(jī)技術(shù)的選用進(jìn)行了探究，望以此為從業(yè)人員予以借鑒。

1 PLC與單片機(jī)技術(shù)概述

1.1 PLC技術(shù)

PLC即數(shù)字運(yùn)算操作類(lèi)電子系統(tǒng)，是以工業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹魉邪l(fā)設(shè)計(jì)的一款新型工業(yè)控制裝置，其往往經(jīng)由16/32位CPU，借助硬件電路、繼電器等協(xié)同管理與控制。因?yàn)镻LC在還未對(duì)控制程序下載時(shí)不存在任意控制功能，因而不應(yīng)將PLC視為單一的芯片，應(yīng)作為電路系統(tǒng)看待，其性能主要由其內(nèi)部固化的梯形圖語(yǔ)言闡釋程序的效率所決定，通訊程序則對(duì)PLC和外界進(jìn)行信息交流的難易度具有決定性作用，這便是開(kāi)發(fā)PLC的核心技術(shù)。位于部分簡(jiǎn)潔、小型應(yīng)用中，往往無(wú)須和外界進(jìn)行信息交流，也并不需要具備通訊程序，僅需經(jīng)由獨(dú)立控制器的模式運(yùn)行且在內(nèi)部固化具備可對(duì)梯形圖語(yǔ)言加以解釋的程序便可。如此也就使得對(duì)梯形圖語(yǔ)言解釋程序的開(kāi)發(fā)變?yōu)榱薖LC的核心要點(diǎn)。并且，盡管PLC是以工業(yè)環(huán)境為主所設(shè)計(jì)的通用控制系統(tǒng)，然而卻需經(jīng)由二次開(kāi)發(fā)且配置與之對(duì)應(yīng)的程序編輯/調(diào)試軟件，方可契合實(shí)際控制需求，這也從另一層面表明匱乏應(yīng)用程序的PLC沒(méi)有任何意義。

較之單片機(jī)來(lái)看，PLC具有更強(qiáng)大的運(yùn)算功能，體積不大，工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)水平更優(yōu)，且位于模擬量計(jì)算、PID功能和性?xún)r(jià)比等層面，PLC優(yōu)勢(shì)特征更為明顯。當(dāng)前，PLC技術(shù)的發(fā)展已較為成熟，在工程控制方面的部分運(yùn)用已完全取締DCS系統(tǒng)，其發(fā)展特征更為契合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展所需。經(jīng)由大型、超小型機(jī)的特殊性能，人機(jī)界面與通信這三大模塊，能大幅提升應(yīng)用和PLC技術(shù)有關(guān)的工業(yè)控制設(shè)備的便利性，當(dāng)前PLC技術(shù)在國(guó)內(nèi)各大行業(yè)都獲取了寬泛運(yùn)用，為各行各業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有極強(qiáng)的促進(jìn)功能。

1.2 單片機(jī)技術(shù)

單片機(jī)即集成電路芯片之一，經(jīng)由單片機(jī)可把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有效集成置于一個(gè)芯片中，其不具備I/O設(shè)備，計(jì)算機(jī)與芯片為1：1。就單片機(jī)來(lái)看，其存在體積小、質(zhì)輕、價(jià)格實(shí)惠等優(yōu)勢(shì)特征，對(duì)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)運(yùn)用大有裨益。單片機(jī)技術(shù)于1990年末獲取了較好發(fā)展。特別是處在ARM系列運(yùn)用愈加寬泛的背景下，16位單片機(jī)已經(jīng)由32位單片機(jī)取締。較之以往的8位單片機(jī)來(lái)看，其處理能力更為強(qiáng)大。當(dāng)今社會(huì)，32位單片機(jī)主頻已在300MHz以上；位于出廠價(jià)格這一層面，普通、最高端型號(hào)的單片機(jī)差價(jià)為9美元。針對(duì)現(xiàn)有的單片機(jī)系統(tǒng)而言，其在一定層面變革了原先處于裸機(jī)環(huán)境中設(shè)計(jì)和運(yùn)用的情況，且大部分專(zhuān)用嵌入式操作系統(tǒng)位于全部系列的單片機(jī)中都獲取了較好應(yīng)用。除此以外，經(jīng)由高端單片機(jī)，還能在掌上電腦和手機(jī)端對(duì)Windows等操作系統(tǒng)直接應(yīng)用，較之專(zhuān)用處理器而言，單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)中的運(yùn)用更具優(yōu)勢(shì)。

不斷CMOS化，低功耗、電壓與噪聲，功能更強(qiáng)大等即單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，位于家用電器、金融、教育等多個(gè)領(lǐng)域均開(kāi)始對(duì)單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用。并且，經(jīng)由位于電子系統(tǒng)中對(duì)單片機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核的嵌入，能為電子系統(tǒng)的智能化予以支撐，借助單片機(jī)技術(shù)構(gòu)建所得的現(xiàn)代電子系統(tǒng)勢(shì)必變?yōu)橹髁麟娮酉到y(tǒng)。

2 PLC與單片機(jī)技術(shù)的比較

2.1 性能的比較

PLC即以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制環(huán)境為主所開(kāi)發(fā)出的一套系統(tǒng)，存在極強(qiáng)的可靠性與通用性。一般而言，在對(duì)PLC理解時(shí)可將其視為單片機(jī)與抗干擾系統(tǒng)融合的設(shè)施。

就單片機(jī)來(lái)看，其某些參數(shù)具有極強(qiáng)的離散性，譬如電阻等，加之芯片質(zhì)量各有不同等因素的存在，往往需對(duì)系統(tǒng)實(shí)施甄別配對(duì)等技術(shù)處理。就小批量產(chǎn)品而言，并不會(huì)單獨(dú)設(shè)計(jì)特殊的處理技術(shù)，且任意元件參數(shù)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相背離均會(huì)弱化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，無(wú)法確保系統(tǒng)的可靠性與統(tǒng)一性。

就可擴(kuò)展性與可維護(hù)性方面，單片機(jī)較之PLC技術(shù)略遜一籌。單片機(jī)系統(tǒng)通常是以具體需求為基礎(chǔ)對(duì)線路與程序進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，若想以以往的功能為基礎(chǔ)加設(shè)其余功能，那么便應(yīng)對(duì)線路與程序重新設(shè)計(jì)。如此一來(lái)，每加設(shè)一項(xiàng)功能便將導(dǎo)致單片機(jī)研發(fā)成本與時(shí)間加大。但就PLC來(lái)看，要加設(shè)功能，僅需加設(shè)與之有關(guān)的模塊，并將相關(guān)程序予以修正便可，編程較為簡(jiǎn)潔，如此便能縮減開(kāi)發(fā)時(shí)間。并且，PLC本就存在極為強(qiáng)大的自診斷功能，若控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，便會(huì)自行跳轉(zhuǎn)至異常提示頁(yè)面，顯示異常原因與排除方式，能為維修人員快速處理異常予以幫助。

2.2 軟件開(kāi)發(fā)的比較

細(xì)致而言，單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)慣于以匯編語(yǔ)言/高級(jí)語(yǔ)言C為主進(jìn)行單片機(jī)的開(kāi)發(fā)。匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)和硬件系統(tǒng)具有密切關(guān)聯(lián)，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)具有較強(qiáng)的操作水平且可以對(duì)單片機(jī)指令系統(tǒng)里面的百余條指令有效利用、明確寄存器的分配、知曉存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)等。較之匯編而言，C語(yǔ)言程序自身無(wú)須依靠機(jī)器硬件系統(tǒng)，通常無(wú)須修正或者只需要簡(jiǎn)單修正便能夠位于各大系統(tǒng)里面移植運(yùn)用，并不需要單片機(jī)指令系統(tǒng)。而且，C語(yǔ)言屬于高級(jí)語(yǔ)言，它的語(yǔ)句操作邏輯較為契合人類(lèi)思維習(xí)慣，無(wú)論選取哪一語(yǔ)言對(duì)繁雜程序進(jìn)行編程，基于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)原則，均是通過(guò)順序、分支、循環(huán)、子程序等結(jié)構(gòu)組成。就PLC的初衷來(lái)看，即取代繼電器工作，編程工作者對(duì)繼電器系統(tǒng)極為精通，故而PCL的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以梯形圖為主，與電控圖具有較強(qiáng)相似性。另外，將梯形圖排除在外，編程語(yǔ)言還囊括指令表、結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言等等，PLC的程序執(zhí)行過(guò)程就如同一個(gè)循環(huán)往復(fù)的動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程，能將其劃分為輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行與輸出刷線這三大環(huán)節(jié)。

盡管PLC、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言存在差異，然而編程思路卻均能通過(guò)流程圖予以表述。單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)和研發(fā)需設(shè)計(jì)人員由底層硬件的開(kāi)發(fā)入手，語(yǔ)言掌握具備一定的難度，因而這就導(dǎo)致其開(kāi)發(fā)較為困難，所需時(shí)間較長(zhǎng)。但實(shí)質(zhì)上，無(wú)論是PLC技術(shù)抑或者單片機(jī)技術(shù)，最為重要的均未算法設(shè)計(jì)，僅有選取適宜的算法方可開(kāi)發(fā)有效程序。

3 PLC與單片機(jī)技術(shù)的關(guān)系

PLC和單片機(jī)技術(shù)兩者的關(guān)聯(lián)如下：

一是兩者沒(méi)有可比性。因單片機(jī)屬于集成電路系統(tǒng)之一，但PLC卻是以單片機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展所得的產(chǎn)品。PLC功能的達(dá)成需借助若干單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，或需通過(guò)嵌入系統(tǒng)達(dá)成。若配置的單片機(jī)品質(zhì)差強(qiáng)人意，則PLC也不具備較好品質(zhì)。PLC內(nèi)單片機(jī)/嵌入系統(tǒng)要求頗高，能契合比較嚴(yán)苛的環(huán)境需求，尤其是在狂干擾能力與元器件的選取方面，均要高于單片機(jī)的設(shè)計(jì)要求。

二是單片機(jī)能夠構(gòu)建產(chǎn)生多樣性應(yīng)用系統(tǒng)，不管是微型、小型抑或者大型均可，而PLC可謂是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的特殊存在。PLC系統(tǒng)契合小批量、控制邏輯或工藝需不斷變化的系統(tǒng)，譬如工程項(xiàng)目，位于此類(lèi)系統(tǒng)中可具有最優(yōu)性能價(jià)格比。然而，就大批量固定控制需求系統(tǒng)而言，依舊以探尋優(yōu)質(zhì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員獨(dú)立設(shè)計(jì)具備更大經(jīng)濟(jì)效益，盡管初期所需成本較大、時(shí)間長(zhǎng)，然而分配至單體產(chǎn)品卻較為實(shí)惠。

三是PLC通常經(jīng)由梯形圖編程，盡管具備另外的語(yǔ)言，然而梯形圖的應(yīng)用更為便捷。盡管各廠商的PLC編程所運(yùn)用的圖形存在差異，然而其宗旨相同，存在較強(qiáng)的共同性，語(yǔ)法于編程理念并無(wú)較大差別，故而具備PLC基礎(chǔ)的人對(duì)其他廠商的PLC進(jìn)行制造較為簡(jiǎn)單。現(xiàn)階段，編程軟件開(kāi)始面向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，這是PLC技術(shù)獲取寬泛運(yùn)用的主因。就單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，需技術(shù)人員具備較強(qiáng)專(zhuān)業(yè)技能，單片機(jī)制作時(shí)技術(shù)人員盡顯神通，但在功能方面依舊具有差異，品質(zhì)各不相同，不管是學(xué)習(xí)、運(yùn)用抑或者維護(hù)均具有一定的難度。

四是單片機(jī)往往在電子方面運(yùn)用，且以弱電為主，但PLC則在設(shè)備中運(yùn)用，以強(qiáng)電為主。若需帶動(dòng)電機(jī)，便需借助PLC，因其屬于大型設(shè)備，而單片機(jī)僅為微型/小型設(shè)備。

4 PLC與單片機(jī)技術(shù)的選用策略

實(shí)質(zhì)上，PLC即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具體以單片機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)建所得。借助單片機(jī)可構(gòu)建產(chǎn)生各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)，然而PLC并非如此。就算單片機(jī)品牌各不相同，然而其PLC的工作原理、功能、參數(shù)大多相似，存在一定的互換性與穩(wěn)定的質(zhì)量。就PLC編程平臺(tái)來(lái)看，其存在功能塊、結(jié)構(gòu)文本、梯形圖等模式，工作人員最常運(yùn)用的方式即經(jīng)由PLC軟件，把上述模式編制而成的梯形圖轉(zhuǎn)換成C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，而后經(jīng)由上述語(yǔ)言之一，對(duì)機(jī)器碼予以編譯。位于PLC當(dāng)中，其往往選取的為機(jī)器碼，梯形圖主要是方便用戶(hù)編程和運(yùn)用，因而由掌握技術(shù)難易程度來(lái)看，PLC更為便捷，但因品牌存在較大區(qū)別，相同品牌各版本也具有明顯差異，性能升級(jí)也會(huì)導(dǎo)致編程差異顯著。故而，單項(xiàng)工程抑或者重復(fù)數(shù)不多的項(xiàng)目，譬如單臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備/生產(chǎn)線，應(yīng)選取PLC技術(shù)，如此可加大成功率，因PLC穩(wěn)定性、抗干擾性強(qiáng)，集成化、標(biāo)準(zhǔn)化水平高，自有功能多，能對(duì)主流通信協(xié)議予以支持，設(shè)計(jì)人員可將大部分精力置于設(shè)備功能的達(dá)成方面。并且，PLC具有極強(qiáng)的可擴(kuò)性，摒除CPU模塊后，還具有較多擴(kuò)展模塊，僅需直接連接便能擴(kuò)展。加之PLC裝配極為便捷，通常均為模塊化，接線主要經(jīng)由接線端子，無(wú)須焊接。但即便PLC技術(shù)自動(dòng)化控制具有諸多優(yōu)勢(shì)，然而其所需成本昂貴，在空間與能源有所限制的小微電子產(chǎn)品中不宜使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

概括而言，本文先從PLC與單片機(jī)技術(shù)的概念特征入手，而后對(duì)PLC與單片機(jī)兩者的性能、軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)行了比較分析，并提出了PLC與單片機(jī)技術(shù)的選用策略，得出PLC較之單片機(jī)技術(shù)更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但不應(yīng)在空間與能源有所限制的小微電子產(chǎn)品中運(yùn)用，望以此為從業(yè)人員開(kāi)展工作予以借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 饒偉. 小議PLC與單片機(jī)之間的串行通信及應(yīng)用[J]. 電子制作， 2016（5x）：82-82.

[2] 韓冬， 張拓， 袁慶一. AVR單片機(jī)與PLC通信技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].工程與試驗(yàn)， 2016， 56（1）：99-101.

[3] 孫萍， 周璇. PLC與單片機(jī)和DCS的比較分析[J]. 電子測(cè)試， 2016（12）.

[4] 黃永東. PLC與單片機(jī)之間的串行通信及技術(shù)應(yīng)用分析[J]. 電子制作， 2018.

【通聯(lián)編輯：光文玲】