大佬带你认识可编程控制器，可编程控制器发展趋势介绍(下篇)

对于可编程控制器，大家也并不陌生。往期文章中，小编对可编程控制器的基本知识等内容均有所介绍。本文是可编程控制器发展趋势的终篇，主要在于介绍OpenPLC可编程控制器。如果你对可编程控制器具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、真正开放的PLC——OpenPLC

1.OpenPLC概念的由来

OpenPLC的概念也是在实际的工业应用中产生的。1995年，在中国的马鞍山钢铁公司的动力调度中心，面临一个问题，动力调度中心要监控马钢来自发电厂、水厂、煤气厂和动力厂(负责电力输送)的各类能源和动力信号，但这四个数据来源，包括这些能源与动力的输送的管网所涉及的上百个变电所、增压站和泵站的自身的控制系统是不兼容的，有的还是专用系统，不仅没有协议，连开发人都已经无法找到。除了通讯不兼容外，连这几个系统的控制结构也大相径庭，电厂是类似于DCS的结构，水厂和气厂是PLC结构，动力厂是SCADA结构，对集成人员理解系统也形成了较大的困难。该项目最后虽然没有用OpenPLC解决(当时还没有)，但该项目的需求导致了OpenPLC的诞生。

针对过程控制和离散制造业普遍存在的，各类控制要求不同的系统的互连的问题，本文作者提出了设计一个新型的开放式控制系统的构想。因为该系统的目的是要尽可能地适用各类不同的应用场合，因此，定名为开放式可编程控制系统，而英文则是OpenProgrammableLogicController，缩写为OpenPLC。该系统从1995年开始构思，到1997年基本明确设计思想，几条主要的设计原则如下：

① OpenPLC应该是一种以PC技术为基础的系统，尤其是在能够发挥出PC特色的场合(如网络，与外界的连接，优化，专家系统，操作界面，数据监测，文件记录和打印等)，工作由以PC为基础的系统来承担;

② 在底层，需要高可靠和实时控制时，由分散控制系统承担，但它不同于现场总线，它不是基于仪表的系统，而是基于系统的系统，仪表仍是普通仪表，只是将I/O和控制单元放在了现场，传回中央控制室的是数字信号，而不是模拟的4—20mA信号，要求原来的仪表仍然可用;

③ 在I/O点较集中的场合，可以采用类似于DCS或PLC的机柜或机架，内部模块用总线或网络连接，整个系统应该具有较高的可靠性，同时有较好的兼容性和开放性;

④ 系统应该具有真正的分布性，前端可集中，也可以延续几百米、几公里甚至几千公里(在地球的另一端)，为此，系统必须具备与TCP/IP兼容的协议和WEB服务器;

⑤ 规模也可以从小至几十点，大至几千点甚至几十万点。系统I/O规模的增加不应该导致系统的大的改变。

OpenPLC的概念的创始人建立了德维森公司，当时公司很小，没有开发硬件和软件的实力;因此他们采取了OEM的方式，也就是利用国际上其它公司的合适的软件和硬件来实现OpenPLC的系统理念。所幸，这时国际上也开始兴起了开放式系统的浪潮，涌现出了一批热衷于开放式系统的公司(但没有一家是有名气的大公司)。该系统一开始曾经受过日本横河公司的CENTUMCS的概念的启发，也考虑了ROSEMOUNT的DELTA-V的现场总线与PC-BASED的合一的开放概念，也参考过美国OPTO22的SNAPI/O系统的带有以太网接口的I/O模块，但上述系统的昂贵的价格使得OpenPLC不得不寻求更新的价格。最终，对OpenPLC影响最大的，是美国SOFTPLC的概念，OpenPLC的研究小组希望将SOFTPLC的概念成功在更广的领域内应用，为了摆脱SOFTPLC的品牌关联，当时决定以柔性控制系统TCS(Tailored Control System)的名称形成了开放式可编程控制系统的前身系统。

第一套TCS的诞生所采用的是台湾盟立自动化公司生产的FAMA的PLC的硬件，但在通讯方面做了加强。1998年，盟立公司准备打入大陆市场，在广州自动化展览会上，德维森公司发现盟立的硬件结构比较适合实现柔性控制系统的理念，与盟立公司达成了OEM的协议。但在系统构架和市场推广应用方面，OpenPLC对系统进行了重新设计。

TCS的第一个实际应用是马钢第一炼铁厂的高炉监控系统，该套系统实际上是一个过程控制系统，但又加入了过程燃烧优化和专家系统，同时，高炉的所有数据都在第一时间通过LAN和WEBSERVER送到了生产调度和厂长办公室等管理部门，形成了信息化制造系统的雏形。随后，随着TCS在云南个旧化肥厂、攀钢热电厂、邯郸钢铁厂、深圳高科豫电厂、水厂等行业的应用，确立了在连续流程中作为过程控制系统的技术基础。2001年，OpenPLC在广东中山弯管机上实现了与机械的NC技术和运动控制技术的结合，进入了CAM应用领域。

因为TCS的概念的先进性和实用性，中国仪器仪表学会于2000年8月对该系统进行了专家鉴定和评审，会议由中国的原子弹和氢弹元勋、中国政府高技术863计划的倡议人、中国科学院和中国工程院两院院士杨嘉墀主持，系统被认为具有国际先进水平，随后，在2001和2002年，TCS获得广东省和深圳市科学技术进步一等奖。

与此同时，OpenPLC的研究小组认为TCS的概念仍然太过笼统，并且试图用一种系统涵盖所有的应用的想法有些不切实际。因此，重新审视OpenPLC的概念，认为开始以开放式PLC的概念从PLC的产品向其它控制系统的应用领域延伸是比较好的想法。随后成立的加拿大在线控制有限公司和中国的合控电气(深圳)有限公司继续在OpenPLC这个概念上研发，新一代的OpenPLC产品于2003年底终于重新面世。随后，OpenPLC在数控切割机、注塑机、机车监控系统、污水处理设备的应用，开辟了在机械OEM系统等离散制造业中的应用。

2004年，OpenPLC在加拿大阿尔伯达省的LANDPETROLEUM公司的一个天然气处理厂和天然气田作为SCADA系统得到应用。该系统除了通过无线数字电台将井口的数据传到气处理厂的中央控制室外(这是标准的SCADA系统的功能)，另外增加了两个引人注目的功能，一个是将所有的数据通过北美移动公司的网络上连互联网，使油田的业主在300公里外的卡加利总部可以看到一分钟以前的现场数据和流量数据，不仅可以了解气田的实时销售状况，也便于总部的工程师随时了解井口和厂区的状况，对生产情况进行诊断;另一个是在井口的控制器中，结合采油增产工艺对栓塞式增产工艺进行了控制，将增产工艺成功地以软件功能块的方式存储在OpenPLC的井口生产控制器中，达到了增产20%的效果。该套系统的成功使用，标志着OpenPLC作为E-PRODUCTION的基础系统得到了实践的验证。同年，OpenPLC在美国通用汽车的别克轿车的大灯开关的寿命测试仪上进行投入使用，该项目由美国EMERSON公司在深圳的工厂招标采用，考虑到世界第一台PLC就是通用汽车使用的，这一台OpenPLC在通用汽车的开关生产线的测试设备上使用，也具有特殊的意义。

2.OpenPLC的技术优势

① 传统系统的不开放带来的不便

目前，市场上的PLC产品基本上由十几家公司占据，这些公司大部分是著名的跨国公司，包括SIEMENS、ROCKWELL、GE、三菱、SCHNEIDER、ABB、KOYO等等。目前，几乎所有的系统都是由原厂家开发的不兼容系统，当初都是由其各自独立按自己的标准开发出来的，互相之间不能互连。虽然最近各厂家都开发了通讯模件，但都价格昂贵，而且与外界的通讯由于各种原因都未做到完全通畅。许多制造业用户特别是大型企业为了避免过分依赖一家系统提供商而形成的商业和技术风险，通常会同时采用几家不同的控制系统。而传统系统的不开放和不兼容令企业难以充分利用自动化技术，对企业内部的系统集成、系统升级和管理带来了极大的困难。如何将控制系统互连以及与ERP和MES系统相连，形成由生产过程的最低层生产现场到管理决策人员的无缝的双向信息流，是许多企业自动化和信息人员以及领导层关心的问题，而对于这个问题，传统的封闭式的控制系统是无法解决的。

此外，各厂家的PLC系统在硬件结构、控制指令、通信标准都不能共用，这样，一旦用户购买了某一种专用系统，就被迫继续采用，因为当他们由于某些原因想改换PLC时，工程师不得不学习另外的新的编程语言。这是为什么要指定IEC61131-3，为所有的可编程控制器订立编程语言标准的原因。专用系统的开发、设计、生产、工程、维护都需要专门进行，造成其生产成本以及售价都居高不下。

今天制造企业对自动化系统的维护升级等技术支持的要求很高，同时要求系统供应商了解工厂的制造工艺，并需要一个专业的技术支持，对制造专用系统的公司来说，在一个区域性市场要保持一支经过良好训练的维护队伍成本很高，这个原因导致了控制系统的技术服务难以令人满意，即使有服务，其备件和人工费也都很昂贵。由于系统是专用的，用户对这种状况没有其它选择。大家知道，设备所造成的停产代价是非常之大的，而且现代工厂需要对生产过程不断进行调节，因此制造企业迫切需要一个高灵活性的、兼容能力强、低成本、可靠并具有强大的通信能力的系统和良好的技术支援服务，传统的PLC公司在解决这方面的问题上尚未做到令人满意。

② OpenPLC的开放性给用户的好处

OpenPLC就是因应这种需求而产生的一种开放式的控制系统平台，其长处在于具有开放性和通用性的特点，它并非专为某一个或两个行业所设计的，而是可以适合许许多多不同的行业，并应用在不同的场合。而且，由于它所具有的开放性特点，还可以和目前的传统控制系统混合使用，并不断地升级和延伸，因此受到市场的欢迎。

OpenPLC的自动化平台也是最彻底的开放式方案，国际上的各大竞争对手虽然也推出了开放式系统的概念，但通常都是在原有的系统上层加上一些接口，实现局部的互连和通信，并非真正意义上的开放;而OpenPLC把PC兼容的技术引入到现场控制器内部，系统采用WINTEL芯片和软件结构，通讯采用全球通用的Ethernet协议TCP/IP作为网络协议和现场控制总线协议，并且内部可以内置Web-Server因此具有很大的竞争优势。用户还可以通过互联网或公司内部的Intranet网络来访问任何现场数据并实行控制，反过来，供应商也可以通过Internet对用户的系统进行远程诊断，从而实现全天候的低成本的24小时的技术支持服务。

OpenPLC的特点是开放性，是将电子、通信、计算机、网络等信息技术(IT)方面的国际最新技术成果在自动控制系统领域的应用。目前，全球的IT业都有一个标准化的趋势，也就是任何一家公司只要按照标准来设计产品，都可以和世界上任何一家大公司的产品兼容或竞争。所以有关的技术目前在国际各种媒体包括互联网上可以方便地得到，这就使OpenPLC的制造商和系统集成商可以借助国际上所有的IT行业的最新成果，包括INTEL、MICROSOFT、IBM等国际众多巨型公司的技术和力量来和传统控制系统的专业公司抗衡，相当于是借助了全球IT行业的技术力量来进行产品的开发。同时，这些技术虽然是通信、电脑、网络、软件等行业的通用技术，但也并不是可以直接用在自动化行业的，必须对之进行加工、改造，尤其是在抗干扰和可靠性方面以及如何适应工业控制的具体情况等方面进行大量细致的工作。

另外，通过采用通用的产品与技术标准，使OpenPLC的制造商可以低成本地利用标准器件和现有技术，如大量的通用软件如通讯软件、网络软件、图形软件、数据库软件使开发成本大大降低，研发周期大大缩短，所用的元器件也由于是与主流技术兼容的产品而可以低成本方便地得到。使OpenPLC可以做到在价格比传统控制系统的价格低三到五成的情况下仍然能够保证较高的边际利润。OpenPLC由于其所具有的开放性和灵活的通讯特点，可以构成足以令人眼花缭乱的各种各样的控制系统，但是，OpenPLC的基本单元是十分简单的。除了前述的开放性特点之外，OpenPLC还有一个最为重要的特点，那就是简单。简单就是美，OpenPLC所有的解决方案，从设计到应用，从软件到硬件，从集成到组态，处处都体现出“简单”的特点。

二、结语

PLC的未来发展不仅取决于产品本身的发展，还取决于PLC与其它控制系统和工厂管理设备的集成情况。PLC通过网络，被集成到计算机集成制造(CIM)系统中，把他们的功能和资源与数控技术、机器人技术、CAD/CAM技术、个人计算机系统、管理信息系统以及分层软件系统结合起来，在工厂的未来发展中，将占据重要的地位。

新的PLC的技术进展包括：更好的操作员界面，图形用户界面(GUI)，人机界面;也包括与设备、硬件和软件的接口;并支持人工智能，比如逻辑I/O系统等。

软件进展将采用广泛使用的通讯标准提供不同设备的连接，新的PLC指令将立足于增加PLC的智能性，基于知识的学习型的指令也将逐步被引入，以增加系统的能力。

用户对于柔性制造系统的需求将决定未来的控制哲学。可以肯定的是，未来的工厂自动化中，PLC将肯定占据重要的地位，控制策略将被智能地分布开来，而不是集中，超级PLC将在需要复杂运算、网络通信和对小型PLC和机器控制器的监控的应用中获得使用。

所有上述的发展，都取决于一个因素：PLC的开放性。只有开放了，PLC才能与其它控制系统集成;只有开放了，PLC才能与CIM、机器人、CAD/CAM、个人计算机、MIS结合，在工厂的未来发展中占有重要地位;只有开放了，PLC才可能发展更好的人机界面，才能与其它设备具备更灵活的接口;只有开放了，PLC才能适应更多的通讯标准;只有开放了，才能采用更多、更复杂的控制策略。

以上便是此次小编带来的“可编程控制器”相关内容，通过本文，希望大家对OpenPLC具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!