现场总线及工业控制网络

1.1.4　PLC的发展趋势

PLC从诞生到现在已经40年了，它始终伴随着计算机技术、通讯技术、控制技术的发展而不断发展，目前的发展趋势主要有以下几点。

1）高速度、大存储容量

为了提高处理能力及市场竞争力，PLC要有更好的响应速度和更大的存储容量，两者是PLC的重要技术指标。

2）小型化、专业化

作为控制系统的关键设备，PLC朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展。其中小型PLC一般指I/O点数小于等于256点的PLC，它们大多采用整体式结构，并配置不同的扩展单元。小型PLC很适合单机运行或构成分布式控制系统。

为使配置更加灵活，以满足不同用户的不同需求，小型PLC的市场细分和定位越来越细。现在一个品牌旗下，一般会有几款甚至十几款不同的型号，这些型号不只在I/O点数上有所区别，更在技术上有所不同，这样用户就可以根据各个产品的不同特点，选用最贴近应用需求的产品。

3）大型化、网络化、多功能化

多层次分布式控制系统与集中型相比具有更高的安全性和可靠性，系统设计、组态更为灵活方便，地域分布也更广泛，是当前控制系统发展的主要潮流。为了适应这种发展，实现工厂自动化，世界上各PLC生产厂家不断加强PLC的联网和通信能力、研发功能更强的PLC网络系统。PLC网络系统一般是多级的，最底层是现场执行级，中间是协调级，最上层为组织管理级。

现场执行级可以由多个PLC或远程I/O工作站组成；中间一级由PLC或计算机构成；最高一级一般由高性能的计算机组成，它们之间使用工业以太网、MAP网和工业现场总线相连。随着自动控制系统技术的发展，这种多级分布式PLC控制系统除了可实现控制功能外，还可以实现在线优化、生产过程的实时调度、产品计划、统计管理等功能，成为一种测、控、管一体化的多功能综合系统。

可编程控制器的通信联网功能使可编程控制器与个人计算机及其他智能控制设备之间可以交换数字信息，形成一个统一的整体，实现分散控制、集中管理。可编程控制器网络大多是各厂家专用的，但是它们可以通过主机与遵循标准通信协议的网络联网。

4）与其他工业控制系统及现场总线等的渗透和融合

随着集成电路和计算机技术的进一步发展，今后PLC将更加注重与其他智能控制系统的结合。许多PLC开发商已经注意到了PLC的兼容性，这不仅是指PLC与PLC的兼容，而且指PLC与计算机的兼容，使之可以充分利用计算机现有的软件资源。随着时代的发展，PLC与工业控制计算机、集散控制系统、嵌入式计算机等还将进一步渗透与结合，这必将更进一步拓宽PLC的应用领域。具体介绍如下：

（1）PLC与IPC的融合

工业计算机IPC不仅具有良好的人机界面，还具有丰富的应用软件和很强的数据运算、处理和分析能力。目前IPC主要用作可编程控制器的编程器、操作站或人机接口终端。

（2）PLC与DCS的融合

分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）又称集散控制系统（集中管理、分散控制），主要用于石油、化工、电力、造纸等流程工业的过程控制。它是用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制装置，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接口技术竞相发展、互相渗透产生的。它既不同于分散的仪表控制技术，又不同于集中式计算机控制系统，是吸收了两者的优点，在它们的基础上发展起来的。

可编程控制器擅长于开关量逻辑控制，DCS擅长于模拟量回路控制，二者相结合则可以优势互补。

（3）PLC与CNC的融合

计算机数控（CNC）已受到来自可编程控制器的挑战。可编程控制器已经可用于各种金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯控制和其他需要位置控制和速度控制的场合。

（4）PLC与现场总线的结合

现场总线（Field Bus）是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，是当前工业自动化的热点之一。它以开放、独立、全数字化的双向多变量通信代替0～10mA或4～20mA现场电动仪表信号。其I/O集检测、数据处理、通信为一体，可以代替变送器、调节器、记录仪等模拟仪表。它接线简单，只需一根电缆，就可从主机开始，沿数据链从一个现场总线I/O到下一个现场总线I/O。

现场总线控制系统将DCS的控制站功能分散给现场控制设备，仅靠现场总线设备就可以实现自动控制的基本功能。可编程控制器与现场总线相结合，可以组成价格便宜、功能强大的智能分布式控制系统。

5）软件化和PC化

PC具有很强的数据运算处理及良好的人机交互功能，多任务、实时性好，但可靠性、抗干扰能力以及用户编程及掌握程度不及PLC，因此产生了软PLC及可编程计算机控制器PCC等概念，两者详细介绍见1.6节和1.7节。

6）产品标准化、规范化

1993年国际电工委员会（IEC）颁布的国际标准IEC 61131-3是PLC的编程语言标准，它规范了PLC的编程语言及其基本元素，定义了5种PLC编程语言的句法、语义、语法及表达方式等，包括顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）、梯形图（Ladder Diagram，LD）、功能块图（Function Block Diagram，FBD）、指令表（Instruction List，IL）、结构文本（Structured Text，ST）。编程语言的标准化为PLC软件技术的发展及PLC走向开放式系统奠定了坚实基础。