https://m.toutiao.com/is/NWjGour/?=現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)里 

現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)里,，單片機(jī)最終可以替代 PLC嗎

我是電氣專(zhuān)業(yè)大學(xué)老師,，我認(rèn)為,很多人所說(shuō)的從抗干擾角度來(lái)看單片機(jī)和PLC的區(qū)別是不對(duì)的.

固然,符合一般人的印象來(lái)看, PLC價(jià)格高,抗干擾能力強(qiáng);單片機(jī)廉價(jià),抗干擾能力差,但是實(shí)質(zhì)上兩者的區(qū)別并不在于這個(gè)粗淺的印象,也就是說(shuō),工業(yè)上的設(shè)計(jì)都是為了滿足其需要,如果你需要一個(gè)抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)用于生產(chǎn)環(huán)境,那么這塊單片機(jī)只要符合相應(yīng)的規(guī)格,就肯定是抗干擾能力好的.

事實(shí)上,單片機(jī)和PLC的最大不一樣,是其思維方式的徹底不一樣.單片機(jī)是由圖靈機(jī)的計(jì)算機(jī)人馬發(fā)展出來(lái)的,一個(gè)單片機(jī),本質(zhì)上跟我們所用的手機(jī)電腦是同一種工作原理,基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移的一種自動(dòng)機(jī).然而,搞出PLC的,是另外一班人馬,思路是基于電氣設(shè)計(jì)的,跟圖靈機(jī)模型是風(fēng)牛馬不相及的,例如, ld圖,就是電路圖的另一種表示方法.

而SFC語(yǔ)言,其基于Grafcet,天然是并發(fā)的,有著跟圖靈機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制根本不同的基本原理,更像是對(duì)物理世界的邏輯的總結(jié)

.

我們可以看出來(lái),電氣人員的設(shè)計(jì)思路根本從一開(kāi)始就沒(méi)有想過(guò)圖靈結(jié)構(gòu),因?yàn)閳D靈結(jié)構(gòu)更像是一種邏輯推演,跟人類(lèi)做數(shù)學(xué)題相似,而跟物理上工業(yè)上描述世界的方法差距過(guò)大.所以,到此時(shí), PLC和單片機(jī)是花開(kāi)兩朵,各表一枝.

可是后來(lái),隔壁搞計(jì)算機(jī)的進(jìn)度越來(lái)越快,從運(yùn)行時(shí)間上,指令間的切換時(shí)間短得幾乎人們可以將指令近似并行去處理,就是我們現(xiàn)在通用計(jì)算機(jī)的多線程,實(shí)際上哪怕只有一個(gè)邏輯處理器,也能同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù),切換任務(wù)的時(shí)間在納秒之間,完全不足以為道,那么,這就導(dǎo)致了電氣PLC系逐漸地倒向了通用計(jì)算機(jī)系,到目前來(lái)看,基本上市面上的所有PLC用的都是圖靈機(jī)馮諾依曼體系,但是傳統(tǒng)上,為了程序的復(fù)用,也是工業(yè)界的保守傾向,畢竟工業(yè)應(yīng)用并不追新,各大企業(yè)仍然會(huì)墨守成規(guī),繼續(xù)遵循當(dāng)時(shí)八十年代各大電氣企業(yè)談下來(lái)的傳統(tǒng),繼續(xù)使用LD, IL, ST, FBD, SFC, CFC語(yǔ)言,只是將其編譯到了通用計(jì)算機(jī)去運(yùn)行.

道理是跟互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一些歷史遺留問(wèn)題是相似的,例如計(jì)算機(jī)編碼問(wèn)題,例如網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)...前人根本想不到后面世界的發(fā)展走向,而歷史的車(chē)輪滾滾向前,大多數(shù)時(shí)候是沒(méi)有額外的動(dòng)力進(jìn)行改革的.

許多人在接觸到單片機(jī)（MCU）和可編程邏輯控制器（PLC）時(shí)，都會(huì)感到疑惑,。疑惑主要有兩點(diǎn)：

·工業(yè)環(huán)境中,，很多控制邏輯用MCU都可以很容易的實(shí)現(xiàn)，為何要用PLC,？

·其實(shí)MCU與PLC兩者都是可編程的控制器件,，有什么不同？

此文便在于解答大家的疑惑,。

首先要說(shuō)明,，PLC實(shí)際是對(duì)MCU的進(jìn)一步封裝，以使MCU適應(yīng)工業(yè)環(huán)境,。

1工業(yè)環(huán)境為何都用PLC

接觸過(guò)工業(yè)生產(chǎn)的工程師可能會(huì)發(fā)現(xiàn),，其實(shí)大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的控制要求，使用MCU都可以做到,。

但同時(shí)又會(huì)發(fā)現(xiàn),，MCU在工業(yè)環(huán)境中極少被應(yīng)用，取而代之的是PLC,。那為什么在廉價(jià)的MCU可以實(shí)現(xiàn)功能的地方,，要使用昂貴的PLC呢？

1.1可靠性方面

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求設(shè)備達(dá)到工業(yè)級(jí),。我們一般購(gòu)買(mǎi)的單片機(jī)及其他元器件一般為商業(yè)級(jí),。加之自己開(kāi)發(fā)后測(cè)試等水平達(dá)不到，所以可靠性很難保證,，例如防電磁干擾等,，要知道工業(yè)環(huán)境中電磁干擾是非常多的，如繼電器的通斷,、電機(jī)的起停,，這都可能導(dǎo)致單片機(jī)的重啟、通訊的失誤,。

而PLC等設(shè)備滿足工業(yè)級(jí)要求,，在抗干擾方面、輸入輸出點(diǎn)可靠性方面更為優(yōu)越,，并采用可靠的組態(tài)方式,，因此可靠性更高，而且通信方面有很多工業(yè)控制設(shè)備采用光纖以抗干擾,。

1.2易用性方面

采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn),，通信等系統(tǒng)架構(gòu)太過(guò)麻煩,，例如一個(gè)工業(yè)車(chē)間的幾十個(gè)單片機(jī)工作小站可靠通信就很難實(shí)現(xiàn)。同時(shí)代碼的增加也進(jìn)一步降低了可靠性,。在簡(jiǎn)單并且不關(guān)鍵的部位可采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)部分功能,。

而PLC等設(shè)備可采用整體式或者積木式，各個(gè)組件可以按需選用,，并便于組態(tài)實(shí)現(xiàn),。各個(gè)工作站之間采用規(guī)范的總線通訊，這都是模塊內(nèi)置的,，只需配置無(wú)需編寫(xiě)代碼,，可靠簡(jiǎn)單。

工業(yè)設(shè)備的可靠性是極為關(guān)鍵的,，關(guān)系到人身安全,、連續(xù)工作的時(shí)間、生產(chǎn)的質(zhì)量等,，這時(shí)候生產(chǎn)設(shè)備的成本是相對(duì)次要的,，可靠性才是首要的。因此單片機(jī)雖然便宜,，但用單片機(jī)作為工業(yè)設(shè)備控制器是舍本逐末的,。

當(dāng)然，也并不是說(shuō)單片機(jī)在工業(yè)環(huán)境中就完全沒(méi)有應(yīng)用,。例如,，目前有采用Arduino進(jìn)行工業(yè)環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，但不涉及關(guān)鍵生產(chǎn)過(guò)程的控制,。相信以后也會(huì)有更多的單片機(jī)應(yīng)用到工業(yè)環(huán)境中,，但也不會(huì)作為核心的控制器。

2 MCU與PLC到底有何異同?

那究竟是何種原因?qū)е?/span>了PLC和MCU的不同呢,？假設(shè)，你要用一款MCU完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的核心控制任務(wù),，那應(yīng)該怎么做,？

首先，工業(yè)環(huán)境下,，受周?chē)涣麟姍C(jī)啟停等的影響,，電壓可能會(huì)有較大的波動(dòng)。為了應(yīng)對(duì)這種惡劣的環(huán)境,，必須為MCU設(shè)計(jì)相應(yīng)的電源模塊,，是的電壓劇烈變動(dòng)時(shí)不會(huì)引發(fā)MCU的工作異常。

同時(shí),，在工業(yè)環(huán)境下,，傳感器的輸出多采用4~20mA,、0~10V的形式，這與MCU常用的0~3.3V或者0~5V的AD模塊不相符合,，因此需要針對(duì)工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)傳感信號(hào)接收模塊,。

并且，工業(yè)環(huán)境的輸出很多是用來(lái)控制繼電器（經(jīng)過(guò)繼電器隔離后,，再去控制電機(jī)等的啟停）,，而MCU的輸出只能控制微型繼電器，無(wú)法驅(qū)動(dòng)常用的工業(yè)繼電器,，因此,，要在MCU外圍設(shè)計(jì)具有大驅(qū)動(dòng)能力的IO接口。

同時(shí),，為了保證工業(yè)環(huán)境下通訊的可靠：

·有很多工業(yè)數(shù)據(jù)總線協(xié)議,。為了能保證MCU與外界正常通訊，需要封裝模塊來(lái)支持這些協(xié)議,；

·為了能夠控制變頻器,，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的變頻器控制模塊；為了能保證一定的防塵,、防水級(jí)別,，需要設(shè)計(jì)外殼滿足相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)；

·為了保證編程的簡(jiǎn)單性,，可能需要設(shè)計(jì)一套便于工業(yè)使用的控制語(yǔ)言……

當(dāng)以上這些工作都完成的時(shí)候,，一個(gè)PLC就誕生了！

所以,，PLC就是在MCU基礎(chǔ)上,，針對(duì)工業(yè)環(huán)境專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的產(chǎn)物。PLC的內(nèi)部就是一款MCU,。

隨便選擇一款PLC,，以歐姆龍CP1型號(hào)的PLC為例，我們可以查看其CPU信息,。

我們可以查看到其CPU模塊的具體單片機(jī)的各方面指標(biāo),，如下圖：

可見(jiàn)，這就是一款單片機(jī),。其芯片估計(jì)也不是它們自己做的,，因該是采購(gòu)的。但是,，歐姆龍并沒(méi)有公布其具體型號(hào),。

很多時(shí)候，工業(yè)產(chǎn)品就是一層窗戶紙，國(guó)內(nèi)很多自動(dòng)化廠商的產(chǎn)品也不錯(cuò),。但因?yàn)槠鸩酵硭允袌?chǎng)占有少,。希望各位自動(dòng)化人繼續(xù)努力，假以時(shí)日,，我們也能在國(guó)際市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟,。