鄭州繼飛機(jī)電設(shè)備有限公司

金水區(qū)中央空調(diào)自控-中央空調(diào)自控作用-繼飛機(jī)電 ：

單片機(jī)為什么不能取代PLC呢？

一、穩(wěn)定性與可靠性

有人說這是個(gè)偽問題，單片機(jī)是元器件，PLC是由元器件以及龐大的軟件構(gòu)成的系統(tǒng)，兩者在這一方面沒有可比性。這話沒有錯(cuò)，大部分PLC的控制芯片實(shí)際上就是單片機(jī)，也就是說可以將PLC看成是單片機(jī)的二次開發(fā)，單論工業(yè)防護(hù)等級(jí)，單片機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性能根本比不了PLC這種IP67類的產(chǎn)品（ IP為標(biāo)記字母，前面標(biāo)記數(shù)字表示接觸保護(hù)和外來物保護(hù)等級(jí)，第二標(biāo)記數(shù)字表示防水保護(hù)等級(jí)）。而且就PLC這種能應(yīng)對(duì)工業(yè)惡劣環(huán)境的產(chǎn)品還開發(fā)出一套冗余系統(tǒng)。如果穩(wěn)定性與可靠性對(duì)比沒有意義，那么我們就從其他方面分析。

二、I/O功能

單片機(jī)的I/O點(diǎn)實(shí)在有限，而反觀PLC呢？針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，均有相應(yīng)的I/O點(diǎn)可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件(如按鈕、開關(guān)、傳感電流變送器、電機(jī)啟動(dòng)器或控制閥等)直接連接，并通過總線與CPU主板連接。工業(yè)里幾乎任意一條生產(chǎn)線，都有上百甚至上千I/O點(diǎn)，就這點(diǎn)單片機(jī)完全無法比擬。

三、擴(kuò)展功能

一條完整的工業(yè)生產(chǎn)線除了控制，還有通信、上位、組態(tài)、運(yùn)動(dòng)控制與顯示等等，這些東西都需要依靠完整的工業(yè)體系與通信協(xié)議去做，例如西門子公司的PROFIBUS-DP通信、三菱重工的CC-LINK等等。而單片機(jī)和PC、單片機(jī)和單片機(jī)之間的通信大都用串口。

單片機(jī)的串口是全雙工異步通信串口，那么像MODBUS、PROFIBUS、CAN open、以太網(wǎng)等通信協(xié)議單片機(jī)是否能一一實(shí)現(xiàn)？或許單片機(jī)可以做到，但是這就涉及到下一個(gè)分析點(diǎn)，開發(fā)周期。

四，開發(fā)周期

PLC的品牌多達(dá)200多種，幾乎每個(gè)品牌都有不同編程軟件，而且都在不斷完善自己的編程軟件，使之能夠越來越簡(jiǎn)單的服務(wù)于電器工程師，而各種程序塊也是越來越方便人性化的任意去調(diào)用，比如PID模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊等，大大減輕了工程師的開發(fā)壓力也縮短了開發(fā)周期。

那單片機(jī)要如何實(shí)現(xiàn)？沒有現(xiàn)成的模塊使用，那就只能開發(fā)，金水區(qū)中央空調(diào)自控，那么做過非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的工程師都會(huì)遇到一個(gè)問題——工期不足。PLC這種高度集成化模塊化的產(chǎn)品在達(dá)到滿足設(shè)備所需的開發(fā)周期，在工期面前也是抓襟見肘，更不用說如同白紙一張的單片機(jī)。

五、通信距離

現(xiàn)在大多數(shù)流水線是要跨區(qū)域整合與監(jiān)視的，所用的通訊方式多為以太網(wǎng)加中繼器，或者直接走民用寬帶光纖，所用的東西到后很可能是用的就是微軟的IE瀏覽器，很明顯PLC是有RJ-45接口，即使本體沒有RJ-45也可以配備以太網(wǎng)模塊，可單片機(jī)搭載的PCB板能加上這個(gè)接口然后開發(fā)出以太網(wǎng)通信嗎？開發(fā)需要多久？

六、編程語言

這點(diǎn)對(duì)單片機(jī)來講是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是一個(gè)劣勢(shì)。上面提到PLC的品牌有兩百多種，編程軟件更多，盡管大多數(shù)PLC的編程語言都大同小異，但是每接觸一款不同品牌的PLC，電器工程師就要從PLC的硬件參數(shù)、軟元件、編程軟件等等各個(gè)方面從頭了解一次才能使用的得心應(yīng)手。

而單片機(jī)的編程語言用的是C語言或者匯編語言，這對(duì)于任何單片機(jī)都是通用的。換句話說，中央空調(diào)自控系統(tǒng)，學(xué)會(huì)C語言或者匯編語言，便可以應(yīng)用任何單片機(jī)開發(fā)想要的功能（前提是要有相關(guān)的電工電子學(xué)基礎(chǔ)）。但話又說回來，電器工程師不是電子工程師，他們的工作不是單單考慮單片機(jī)如何驅(qū)動(dòng)繼電器來控制機(jī)床的，甚至有的電器工程師都不會(huì)C語言、匯編語言之類的MCU開發(fā)語言。

近些年，IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)的推廣，越來越多的PLC支持多種編程語言，如類似C語言的ST語言，類似電路圖的CFC語言。這種便利的功能是傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)環(huán)境真的無法實(shí)現(xiàn)。

結(jié)論

經(jīng)過上面闡述，我們可以看出，PLC實(shí)際上可以看成是單片機(jī)的二次應(yīng)用開發(fā)，但是它又有自己鮮明的特點(diǎn)。到目前為止，中國(guó)的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)走過了二十余年的歷程，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，尤其是手機(jī)、汽車自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備、PDA、智能玩具、智能家電、醫(yī)聊設(shè)備等行業(yè)都是應(yīng)用了單片機(jī)。行業(yè)高段目前有超過10余萬名從事單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的工程師。

但是在工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)，就目前形勢(shì)（單片機(jī)的功能、穩(wěn)定性、易用性、編程及維護(hù)等）來看，單片機(jī)取代PLC那將是一項(xiàng)不可能完成，或者說期限趨向于無窮的艱巨任務(wù)。

機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。

1、結(jié)構(gòu)合理

對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好(維修量較小)的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)PLC，其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)PLC。

2、功能、規(guī)模相當(dāng)

對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對(duì)其控制速度無需考慮，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用低檔機(jī)。對(duì)于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項(xiàng)目，例如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度選用中檔或更高。其搞擋主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。

3、機(jī)型統(tǒng)一

一個(gè)大型企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的PLC，其模塊可互換，便于備用品、備件的采購(gòu)和管理;其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā);其外部設(shè)備通用，資源可共享，配以上位計(jì)算機(jī)后，可把控制各單獨(dú)的系統(tǒng)的多臺(tái)PLC連成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中管理。

二、容量的選擇

PLC的容量包括用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量(字?jǐn)?shù))和I/O點(diǎn)數(shù)兩方面的含義。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ恳宰鱾溆谩?/p>

通常，一條邏輯指令占存儲(chǔ)器一個(gè)字，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等指令占存儲(chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。

在選擇存儲(chǔ)器容量時(shí)，一般可按實(shí)際需要的25%考慮裕量。通常I/O點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的10%～15%考慮裕量。

三、指令系統(tǒng)的選擇

由于可編程控制器應(yīng)用的廣泛性，各種機(jī)型所具備的指令系統(tǒng)也就不完全相同。從工程應(yīng)用角度看，有些場(chǎng)合僅需要邏輯運(yùn)算，有些場(chǎng)合需要復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，而且一些特殊場(chǎng)合還需要專用指令功能。從可編程控制器本身來看，各個(gè)廠家的指令差異較大，但從整體上來說，指令系統(tǒng)都是面向工程技術(shù)人員的語言，其差異主要表現(xiàn)在指令的表達(dá)方式和指令的完整性上。有些廠家在控制指令方面開發(fā)得較全，有些廠家在數(shù)字運(yùn)算指令方面開發(fā)得較全，而大多數(shù)廠家在邏輯指令方面都開發(fā)得較完善。在選擇機(jī)型時(shí)，應(yīng)從指令系統(tǒng)方面注意下述內(nèi)容：

(1)指令系統(tǒng)的總語句數(shù)。它反映了整個(gè)指令所包括的全部功能。

(2)指令系統(tǒng)的種類。主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制指令，具體的需求則與實(shí)際要完成的控制功能有關(guān)。

(3)指令系統(tǒng)的表達(dá)方式。指令系統(tǒng)表達(dá)方式有多種，中央空調(diào)自控作用，有的包括梯形圖、控制系統(tǒng)流程圖、語句表、順控圖、高記語言等多種表達(dá)方式;有的只包括其中一種或兩種表達(dá)方式。

(4)應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)。程序結(jié)構(gòu)有模塊化的程序結(jié)構(gòu)和子程序式的程序結(jié)構(gòu)，前一種有利于應(yīng)用軟件編寫和調(diào)試，但處理速度慢，后一種響應(yīng)速度快，但不利于編寫和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

(5)軟件開發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時(shí)，還要考慮到軟件的開發(fā)手段。有的廠家在此基礎(chǔ)上還開發(fā)了專用軟件，可利用通用的微型機(jī)(例如IBM-PC)作為開發(fā)手段，這樣就更加方便了用戶的需要。

四、I/O模塊的選擇

I/O部分的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上，不同的I/O模塊，由于其電路和性能不同，直接影響著PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

1、輸入模塊的選擇

輸入模塊的作用是接收現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，并將輸入的高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)。輸入模塊的種類，按電壓分類有直流5V、12V、24V、48V、60V，交流115V、220V。按電路形式不同分為匯點(diǎn)輸入式和分隔輸入式兩種。

選擇輸入模塊時(shí)應(yīng)注意：

(1)電壓的選擇。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來考慮，一般5V、12V、24V屬低電壓，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如5V模塊遠(yuǎn)不得超過10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備應(yīng)選用較高電壓的模塊。

(2)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。高密度的輸入模塊(32點(diǎn)、64點(diǎn))同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度，一般來講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60%。

(3)門檻電平。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。

2、輸出模塊的選擇

輸出模塊的作用是將PLC的輸出信號(hào)傳遞給外部負(fù)載，并將PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)。輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出、晶體管輸出和雙向可控硅輸出三種。此外，輸出電壓和輸出電流也各有不同。

選擇輸出模塊時(shí)應(yīng)注意：

(1)輸出方式的選擇。繼電器輸出的價(jià)格便宜，適用電壓范圍較寬，導(dǎo)通壓降小。但它是原有觸點(diǎn)元件，其動(dòng)作速度較慢、壽命較短，因此適用于不頻繁通斷的負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)感負(fù)載時(shí)其max通斷頻率不得超過1Hz。對(duì)于頻繁通斷的低功率因數(shù)的電感負(fù)載，應(yīng)采用無觸點(diǎn)開關(guān)元件，中央空調(diào)自控系統(tǒng) 價(jià)格，即選用晶體管輸出(直流輸出)或雙向可控硅輸出(交流輸出)。

(2)輸出電流。輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值。模塊輸出電流的規(guī)格很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載電流的大小選擇。

(3)同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端允許通過的電流值。通常同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不宜超過輸出點(diǎn)數(shù)的60%。

五、電源模塊的選擇

電源模塊的選擇很簡(jiǎn)單，只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和，并留有一定的裕量。在選擇電源模塊時(shí)一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

(1)電源模塊的輸入電壓。電源模塊可以包括各種各樣的輸入電壓，有220V交流、110V交流和24V直流等。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況選擇，確定了輸入電壓后，也就確定了系統(tǒng)供電電源的輸出電壓。

(2)電源模塊的輸出功率。在選擇電源模塊時(shí)，其額定輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊等總的消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。當(dāng)同一電源模塊既要為主機(jī)單元又要為擴(kuò)展單元供電時(shí)，從主機(jī)單元到遠(yuǎn)一個(gè)擴(kuò)展單元的線路壓降必須小于0.25V。

(3)擴(kuò)展單元中的電源模塊。在有的系統(tǒng)中，由于擴(kuò)展單元中安裝有智能模塊及一些特殊模塊，就要求在擴(kuò)展單元中安裝相應(yīng)的電源模塊。這時(shí)相應(yīng)的電源模塊輸出功率可按各自的供電范圍計(jì)算。

(4)電源模塊接線。選定了電源模塊后，還要確定電源模塊的接線端子和連接方式，以便正確地進(jìn)行系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)。一般的電源模塊的輸入電壓是通過接線端子與供電電源相連的，而輸出信號(hào)通過總線插座與可編程控制器CPU的總線相連。

(5)系統(tǒng)的接地。電源模塊接地線選擇不小于10mm2的銅導(dǎo)線。與交流穩(wěn)壓器、UPS不間斷電源、隔離變壓器等及系統(tǒng)的接地之連線盡可能短;系統(tǒng)的地線也要和機(jī)殼相連。

(6)使用環(huán)境條件。在選擇PLC時(shí)，要考慮使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般要考慮的有：環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源允許波動(dòng)范圍和抗干擾等指標(biāo)。

常見的干擾現(xiàn)象：

A、系統(tǒng)發(fā)指令時(shí)，電機(jī)無規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng)；

B、信號(hào)等于零時(shí)，數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳;

C、傳感器工作時(shí)，DCS/PLC 采集過來的信號(hào)與實(shí)際參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不吻 合，且誤差值是隨機(jī)的、無規(guī)律的;

D、與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源（如顯示器等）工作不正常．

判斷步驟如下：

A、用萬用表AC 檔檢測(cè)接收端口，如受干擾會(huì)產(chǎn)生交流信號(hào)．如果這個(gè)信號(hào)不大，則對(duì)信號(hào)采集影響很小，幾乎沒有．如果這個(gè)交流信號(hào)大，則會(huì)影響數(shù)值，需想辦法解決。

B、看口端是否接地？如接地是否存在懸空或接地不良情況．用萬用表測(cè)口端和地（可以是系統(tǒng)地，也可以是信號(hào)地）之間的電壓差。若存在交流電壓，則表示存在干擾，若沒有交流電壓，有直流電壓差．這個(gè)電壓差大，影響系統(tǒng)；差值小，則影響小，可忽略不計(jì)．

C、再看屏蔽層是否接地，是單點(diǎn)接地還是雙點(diǎn)接地？一般為單點(diǎn)接地．