工控機和PLC的對比

在工業(yè)自動化領域，PLC和工控機是人們不得不提的兩類控制設備，它們是大多數(shù)自動化系統(tǒng)的基礎設備。PLC和工控機的技術發(fā)展是工程師對設備應用性能要求的完美體現(xiàn)：控制器的硬件標準化，以及用戶的各種控制要求通過軟件來進行改變。

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

工控機則是利用了個人計算機的PCI總線和PC/104總線、采用功能板卡擴展控制I/O點來實現(xiàn)計算機控制的一種方便的控制設備。它具有工業(yè)現(xiàn)場應用特性，同時又極大地利用了PC機的軟件環(huán)境，用戶可以方便地選擇各制造商提供的產品。

PLC和工控機目前的技術發(fā)展水平已大大超過其出現(xiàn)時技術水平，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，工控機在中規(guī)模小范圍自動化工程中有很好的性能價格比，當然這種定位也不是絕對的。據(jù)預測，2000年我國工業(yè)自動化的市場規(guī)模達170億至207億人民幣，其中工控機占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，可以看出其在工業(yè)自動化領域中舉足輕重的作用。這兩類控制設備在各領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和工控機在其技術發(fā)展的歷程中，為了適合工業(yè)現(xiàn)場應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)絡化和高性能的用戶開發(fā)軟件方面的技術性能。以下將重點介紹PLC和工控機在硬件、軟件和網(wǎng)絡方面技術應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

二、PLC和工控機的硬件技術現(xiàn)狀和發(fā)展

PLC和工控機的最終用戶為冶金、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、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

順序控制是應用最廣泛的領域，它包括單機控制、多機群控制、自動生產線控制，如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配機械、包裝生產、電鍍流水線和電梯控制等。

2、運動控制

應用在電力拖動系統(tǒng)或伺服電機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

可以支持數(shù)控機床的控制和管理、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點服務的PLC和工控機已經(jīng)無法滿足復雜的工藝要求。因此，PLC和工控機在硬件系統(tǒng)上有了根本的變化。

PLC系統(tǒng)在模塊上的技術發(fā)展有：

1、處理器模塊

配備大容量內存，為滿足實時控制的要求而優(yōu)化設計，除了一般的I/O掃描和控制、遠程數(shù)據(jù)交換外，支持大型的集成控制、通訊、并行運算、處理器獨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核中設計有通信功能，借助于它的無源數(shù)據(jù)總線，系統(tǒng)的瓶頸得以消除。這種靈活的結構允許多個處理器、網(wǎng)絡以及I/O在一個機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將數(shù)據(jù)寫入主處理器，程序可以在實時多任務環(huán)境下以及獨立于PLC處理器的方法，單獨在協(xié)處理器中運行。

3、高級語言協(xié)處理器

通過C和Basic的接口來進行復雜的計算和算法實現(xiàn)。

4、網(wǎng)絡適配模塊

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模塊進行遠程的數(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。這些模塊的設計考慮了特殊行業(yè)的需要，使得復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，工控機也從I/O板卡的基礎上飛速向前發(fā)展，大規(guī)模集成電路和計算機本身的革命性發(fā)展給工控機提供了舞臺。工控機系列產品除了全系列的I/O板卡外，還發(fā)展了一體化工作站、帶電子盤的工控機、遠程RTU、適用于儀表行業(yè)的微型工控機、適用于視頻和多媒體行業(yè)的工控機、適用于通訊行業(yè)的帶監(jiān)控液晶屏的工控機、與PLC合一的特殊工控機以及防爆型工控機。

工業(yè)現(xiàn)場的應用環(huán)境要求PLC和工控機具有很高的可靠性，而可靠性是靠電磁兼容特性（EMC）和容錯技術來保證的。PLC和工控機要經(jīng)過嚴格的電磁兼容檢測，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保證了設備在本質上的抗干擾特性。但是，要保證控制設備不出故障是不可能的。因此，采用容錯設計的系統(tǒng)對要求不能停機、不能失控的高可靠系統(tǒng)是十分重要的。目前重要的容錯設計技術有Watchdog和雙機熱備（包括主機、模塊和通訊介質的熱備）。熱備系統(tǒng)的工作對用戶來說是透明的：即當故障發(fā)生時，所有對故障點的切除和數(shù)據(jù)的備份都是在最短的控制周期內自動完成的。此項技術的完成包括了設備硬件和軟件二個方面。圖2給出了PLC雙機冗余系統(tǒng)的結構。