1.序言
可编程序控制器是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及手动控制技术而开发的新一贴牌业控制装置。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，如今它早已广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提升传统工业武器水平和技术能力的重要设备和强悍支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，产生具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应当是广大技术人员努力的方向。
2.可编程序控制器的发展历程
可编程序控制器问世于20世纪60年代，当时的可编程序控制器功能都很简单可编程序控制器的定义，只有逻辑、定时、计数等功能；硬件方面用于可编程序控制器的集成电路还没有投入大规模工业化生产，CPU以分立器件组成；储存器为磁心储存器，储存容量有限；用户指令通常只有二三十条，还没有成形的编程语言；型号单一，没有产生系列。一台可编程序控制器最多只能取代200~300个熔断器组成的控制系统，在容积方面，与现今的可编程序控制器相比，可以说是庞然大物。
步入70年代，随着中小规模集成电路的工业化生产，可编程序控制器技术得到了较大的发展。可编程序控制器功能除逻辑运算外，降低了数值运算、计算机插口、模拟量控制等；软件开发有自确诊程序，程序储存开始使用EPROM；可靠性进一步增强，初步产生系列，结构上开始有模块式和整体式的分辨，整机功能从专用向通用过渡。
70年代后期和80年代早期，微处理器技术日趋成熟，单片微处理器、半导体储存器步入工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。可编程序控制器开始向多处理器发展，使可编程序控制器的功能和处理速率大为提高，并具有通讯和远程I/O能力，降低了多种特殊功能，如浮点运算、三角函数、查表、列表等，自确诊和容错技术也迅速发展。
80年代后期到90年代中期，随着计算机和网路技术的普及应用可编程序控制器的定义，超大规模集成电路、门阵列以及专用集成电路的迅速发展，可编程序控制器的CPU已发展为由16位或32位微处理器构成，处理速率得到很大提升，高速计数、中断、PID、运动控制等功能引入了可编程序控制器。促使可编程序控制器才能满足工业生产过程的各个领域，可编程序控制器已完全替代了传统的逻辑控制装置，模拟量仪表控制装置和以大型机为核心的DDC（直接数字控制）控制装置。因为联网能力提高，既可和上位计算机联网，也可以下挂FLEXI/O或远程I/O，进而组成分布式控制系统（DCS）已无困难。梯型图语言和句子表语言完全成熟，基本上标准化，SFC（次序功能图）语言逐渐普及，专用的编程器已被个人计算机和相应编程软件所取代，人机界面装置日趋健全，已能进行对整个鞋厂的监控、管理，并发展了冗余技术，大大加大了可靠性。
步入21世纪，可编程序控制器仍保持旺盛的发展势头，并不断扩大其应用领域，如为用户配置柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。目前可编程序控制器主要向两个方向扩充：一是综合化控制系统，它早已突破了原有的可编程序控制器的概念，将鞋厂生产过程控制与信息管理系统密切结合上去，甚至向下为MES和ERP系统打算了技术基础，这些发展趋势会促使步履为艰的ERP系统有了坚实的技术基础，因而会带来工业控制的一场改革，实现真正意义上的电子信息化鞋厂；二是微型可编程序控制器异军凸起，容积如手指大小，功能可覆盖单体设备及整个车间的控制功能，并具备联网功能，这些微型化的可编程序控制器促使控制系统可将触角延展到鞋厂的各个角落。随着世界经济一体化进程的推进，在技术发展的同时，发达国家愈发重视了对可编程序控制器的知识产权的保护，国际小型可编程序控制器制造商纷纷加入了可编程序控制器的国际标准化组织，她们借助许多技术标准构建了符合她们经济利益的技术保护壁垒。
3.可编程序控制器在我国的发展
我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研发、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可界定为下列三个阶段：
(1)可编程序控制器的中级认识阶段（70年代后期到80年代早期）
国际上可编程序控制器的发展，首先导致了国外工程技术界的极昌平趣，所以我国对可编程序控制器的认识源于70年代后期到80年代早期的成套设备引进中，当时的天津鞍钢一期工程中有多项工程引进了十几种型号约200多台可编程序控制器。这种可编程序控制器用于原料码头到转炉、轧钢、钢管等整个钢铁炼钢以及加工生产线上，代替了传统的熔断器逻辑系统，并部份代替了模拟量控制和大型DDC系统。继鞍钢一期工程后，国外许多厂家相继引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电厂、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促使了可编程序控制器在我国的发展。
(2)可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80年代早期到90年代早期）
80年代早期开始，随着我国变革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，美国原装的可编程序控制器开始涌向国外市场。许多部门和单位陆续引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。
随着应用能力的提升和市场需求的扩大，一些部门和单位本着技贸结合、消化移植的方针，一方面进行二次开发和应用研究，一方面也在引进可编程序控制器的生产线，构建生产可编程序控制器的合资企业，积极开发自己的产品。
同时，国外也开始研发可编程序控制器产品，当时在北京、北京、西安、广州、长春等地有约20多家科研单位、大专高校和鞋厂都在研发和生产可编程序控制器，但因为缺少资金和后续研究力量、生产技术相对落后，只能逗留在实验室阶段，没能投入实际应用和产生工业化生产。
(3)可编程序控制器的广泛发展阶段（90年代早期到现今）
步入90年代，我国的可编程序控制器步入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面：
a.政府注重
可编程序控制器的发展得到了政府的高度注重，在当时机械电子工业部的领导下，于1991年创立了可编程序控制器行业商会。可编程序控制器行业商会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为作出决策提供了根据。同时可编程序控制器的标准化工作也遭到了有关部门的注重，于1993年创立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。
b.应用愈加广泛
这一阶段可编程序控制器的应用已然渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提升武器技术水平的重要标志。在鞍钢的二期三期工程中使用了美国多个厂家三十几种型号计六百多台套的可编程序控制器，在四川潍柴机器有限公司的汽油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔手动化公司的可编程序控制器，像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。在这一阶段中，我国的工程技术人员充分显示出了设计应用、软件制做、设备成套的能力。近来，在我国东部大开发重点项目江西盐湖100万吨硫酸钾项目中，采用可编程序控制器组成了全厂的手动化控制系统，并将可编程序控制器设计在MCC柜中，实现了全厂六百多面MCC柜、覆盖全厂各个工艺流程的综合手动化系统。该应用项目已造成美国各大公司的注意，罗克韦尔手动化公司约请项目设计人员去日本公司总部进行介绍。
c.研发、开发、生产取得成果
随着我国变革开放的不断深入，美国厂商纷纷看好中国的市场，在中国构建她们的办事处，甚至将她们的亚太总部设在中国。国外企业纷纷引进美国技术，进而促使了一批技术引进企业、合资企业的构建，推动了我国可编程序控制器行业的技术发展。可喜的是从90年代早期开始，因为可编程序控制器应用的不断深入，国外又掀起了自主研发开发可编程序控制器的高潮，尽管多为大型可编程序控制器，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性已有显著的提升，代表产品如北京嘉华的JH200，I/O为12到120点，有高速计数器和模拟量功能；北京新箭公司的D20P，其I/O为12/8点，D100的I/O可从40点扩充到120点；成都全志的RD100、RD200，后者I/O为9/4点，2点模入，前者I/O为20~40点，扩充的功能有编码盘测速，热电偶测温和模拟量I/O，能联网32台RD200以及与PC机进行实时通讯。同时，中大规模的可编程序控制器在国外也开始出现，交通部广州船舶运输研究所的STI2000，I/O为256点，多台联网时I/O可达4096点；上海和利时公司研发生产的Hollias-PLC可编程序控制器，其中典型的产品为数字量I/O达1024点，模拟量I/O达256点，外置TCP/IP通讯插口，很容易接入管理网，配有PROFIBUS-DP现场总线的主站，从站和远程I/O，并与合作伙伴一起推出了InterControlG3大型可编程序控制器系统。在美国产品强手如林的情况下，这种产品已具有和美国同类产品进行竞争的能力，充分说明国产可编程序控制器发展已步入了一个新的阶段。
4.新一代可编程序控制器的技术现况
为了适应日渐剧烈的市场竞争，新一代的可编程序控制器在技术创新方面有了长足的进展，主要彰显在以下方面：
(1)执行多任务功能的出现
所谓执行多任务，就是在一个可编程序控制器系统中，可同时安装几个CPU模板，每位CPU模板执行各自的任务，控制与其执行任务相关的I/O模板。
(2)网路能力的加强
网路能力的强化，使可编程序控制器早已突破了原有的使用范围，非常是引入现场总线、工业以太网、无线网路及Internet等技术后，可编程序控制器的应用已今非昔比。典型的可编程序控制器的网路拓扑结构为设备控制层、过程控制层和信息管理层3个层次。在设备控制层中，引入了现场总线，致使工业生产过程中的现场检查仪表、变频器、MCC控制柜等一切现场设备都可直接与可编程序控制器相连；在过程控制层中，传统意义上的人机界面的功能早已焕然一新，使可编程序控制器能实现跨地区的编程、监控、诊断、管理，实现整个车间及全厂范围的控制；在信息管理层，向工业以太网的扩充，使控制与信息管理融为一体。
罗克韦尔手动化公司的全方位手动化系统、西门子公司的全集成手动化系统和施耐德公司的透明鞋厂都是这类技术发展的代表。
(3)高速化处理功能
随着网路能力的加强，可编程序控制器实现的控制功能和控制范围都在扩大，这就要求可编程序控制器实现高速运行和实时通讯功能。高速化包括运算速率的高速化、与外部设备交换数据的高速化、编程设备服务处理的高速化、外部设备响应的高速化。为了实现高速化，有些可编程序控制器已在其内核中设计有通讯功能，利用于无源数据总线，系统的困局得以清除，这些结构允许多个处理器、网络能在一个机架中使用而没有限制，因而提供了高性能的分布式实时控制系统的解决方案。
(4)大力发展集成化软件
目前，可编程序控制器的生产厂商开发系统硬件费用的比列逐年增长，而开发软件、集成等费用的比列逐年上升。现今的成套软件将可编程序控制器的编程、操作员界面、运动控制、程序调试、故障确诊和处理、通信等集成为一体。人—机界面及监控软件集成了所有开放的标准插口，可直接从生产中获得大量实时数据，并对这种数据进行剖析和打包，然后传送到管理层，同时它能将过程优化数据和生产细节的参数迅速地反馈到控制层和现场，因而为集成ERP系统铺平公路。
(5)微型可编程序控制器异军凸出
传统的微型可编程序控制器通常为8~64点数字量I/O，1~4点模拟量I/O，容积很小，可直接安装在机器内。但如今的微型可编程序控制器不仅上述功能外，在网路功能和人机插口功能上已可与中小型的可编程序控制器相比，这一类微型可编程序控制器是目前发展最快的。西门子公司的LOGO，罗克韦尔手动化公司的PICO都是这类微型可编程序控制器的代表。
(6)信息技术溶入可编程序控制器
信息技术溶入可编程序控制器是为了适应鞋厂控制系统和企业信息管理系统渐趋有机结合的发展趋势，适应在控制层面上让不同品牌的可编程序控制器之间、可编程序控制器与分布式控制系统之间有效交换数据的要求。实际上多任务系统的实现、网络能力的提升、软件集成的发展促使信息技术很容易的就与可编程序控制器系统融为一体。
(7)强化安全技术
随着可编程序控制器应用领域的扩大，对可编程序控制器系统的可靠性要求也越来越高，强化可编程序控制器的安全技术也成为了一个新的发展方向。具有容错和冗余性能的故障避免型可编程序控制器早已出现，具备在线拔插的双通道的讯号模板和电源模板。内藏冗余的CPU系统的过程控制器也已出现，这些过程控制器借助内部测试电路检测、诊断I/O模板的运行状况，而不是采用冗余的I/O模板。GEFanuc公司推出了三合一的可编程序控制器，这些可编程序控制器是目前世界惟一实现全系列兼容、热备和三取三表决的高可靠性安全型可编程序控制器。
5.我国可编程序控制器发展中的问题及对策
目前我国的可编程序控制器的发展主要面临着三大问题。一是技术层面上的，在国际上可编程序控制器迅速发展的形势下，我国还没有具有自主知识产权，才能参与国际竞争的可编程序控制器产品，缘由主要在于我国的整个基础工业还有一定差别，如芯片制造、模具加工等方面限制了我们的发展。二是竞争层面上的，实际上也是一个经济竞争的问题。现今95%的国外市场由外国的可编程序控制器产品所攻陷，中、大型可编程序控制器中，几乎全部由国内几大公司垄断，随着我国使用可编程序控制器领域的不断扩大，市场越来越大，但是美国几大公司几乎每年还会针对市场推出新的产品，一旦人们使用了新的产品后，她们还会渐渐的提升产品市场价钱，没有我国自己的自主知识产权的产品，在经济竞争中就只能处于被动。三是市场秩序层面上的，随着我国变革开放的不断深入，非常是加入WTO后，我国巨大的市场份额极大的吸引了国内的大公司，她们开拓市场的方式都是采用大范围构建代理销售渠道，每位公司的分销商、系统集成商还会有数十家，甚至上百家之多，导致了我国的分销商、系统集成商之间的激烈竞争，而这种无序的竞争为国际大公司分而治之、获取稳定的高额收益创造条件。
面对那些问题，我国可编程序控制器的发展应当采取如下对策：
(1)面对这么巨大的市场，我国应当集中资金和技术力量，尽早研发生产出具有自主知识产权的可编程序控制器的系列产品，如同先前的电器行业一样。虽然随着我国整个民族工业的不断发展，非常是近些年来芯片工业的迅速发展，推出具有国际竞争力的可编程序控制器产品已成为可能。
(2)继续发挥我国科学技术人员可编程序控制器应用技术的优势，扩大可编程序控制器的应用领域。非常是我国加入WTO后，中国成为“世界制造鞋厂”的过程正在加速，我国在努力将可编程序控制器应用在国民经济的各个领域同时，还要凭着技术和劳动力优势，步入可编程序控制器在外商投资企业中的应用，并逐步步入国际上可编程序控制器的应用市场，让我国的应用技术优势产生真正的增值服务，因而推动我国相关成套设备和软件产业的发展。
(3)在扩大可编程序控制器应用的同时，要在软件集成化上下工夫。针对不同的工业生产过程，产生具有我国特征的系统集成软件、人机界面软件和系统应用软件，在一些我国领先的工业行业中制造出具有核心技术的系统应用软件。真正产生具有国际标准的、可进行复制的模块化软件。
采取上述策略后，我国能够在可编程序控制器的应用上率先实现突破，融入全球一体化经济之中，产生具有自主知识产权的软件产业，从而研发、开发、生产出具有自主知识产权，才能参与国际竞争的可编程序控制器产品。
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