在当今的信息时代,几乎所有的PLC制造商都注重加强PLC通信网络的信息处理能力。小型PLC有通讯接口,中大型PLC有专门的通讯模块。随着计算机网络技术的快速发展,PLC的通信联网可以方便地与PC机和其他智能控制设备交换信息,实现分散控制和集中管理。也就是说,用户需要PLC和PC更好的集成,通过PLC的软技术帮助提高被控过程的生产性能,可以在PLC的层面加强信息处理能力。比如CONTEC与三菱电机公司(以下简称三菱电机)合作,推出了专门插在小Q系列PLC机架上的PC模块,实际上是一台可以在工厂环境下正常运行,并通过PLC内部总线与PLC的CPU模块交换数据的PC。其处理芯片采用IntelCeleron400M主频,系统内存128MB,缓存128K,支持外接显示。WindowsNT 4.0或Windows 2000安装在此模块中。支持的软件有:三菱综合F4软件,包括PLC编程软件GT,FA数据处理软件MX,人机界面屏幕设计软件GT,运动控制设计编程软件MT等。
最近国外一些中大型PLC厂商推出了一个机架可以插入多个CPU模块的结构,PC模块和PLC的CPU模块、过程控制CPU模块或运动控制模块可以同时插入一个机架。实际上是将原来PLC通过工厂自动化(FA)与管理计算机通信的三层结构改为PLC系统可以直接与生产管理计算机通信的两层结构。这使得生产管理更加快捷方便。
小PLC之间的通信都是“忽悠”。为了尽可能地减少PLC用户在通信编程方面的工作量,PLC厂商做了大量的工作,使设备之间的通信自动地、周期性地进行,而不需要用户编程通信。用户的工作只是在组成系统时做一些硬件或软件的初始化设置。比如欧姆龙公司的两个CPM1A之间的一对一通信,只需要用三根线连接它们的RS-232C通信接口,然后将通信相关的参数写入五个指定的数据存储器,就可以方便地实现两个PLC之间的通信。
早期的PLC有一个缺点就是软硬件架构是封闭的而不是开放的,比如专用总线,通信网络和协议,I/O模块,甚至机架和电源模板都不一样。虽然其中一种编程语言的梯形图名称相同,但配置、寻址、语言结构都不相同,所以几乎所有公司的PLC都互不兼容。目前,PLC在开放性方面有了实质性的突破。PLC十几年前被攻破的一个重要方面就是排他性。现在,情况发生了很大的变化。许多大型PLC制造商在PLC系统的结构上采用了各种工业标准,如IEC 61131-3、IEEE 802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等。例如,AEG施耐德集团在Windows平台下基于符合IEC 61131-3国际标准的PLC开发了新一代开放式架构PLC,实现高度分散控制和高度开放。
高度分散控制是一种全新的工业控制结构,它不仅分散了控制功能,而且分散了网络。所谓高度分散控制是指控制算法驻留在控制功能的节点上,而不是在PLC或PC上。挂在网络节点上的所有设备都处于相同的位置,“智能”扩展到控制系统的所有环节,从传感器、变送器到I/O模块,甚至执行器。
为了使PLC更具开放性和多任务性,在一个PLC系统中同时安装多个CPU模块,每个CPU模块执行一定的任务。比如三菱电机的小Q系列PLC一个机架可以插4个CPU模块,富士电机的MICREX-ST系列一个机架最多可以插6个CPU模块。这些CPU模块可以执行特殊的逻辑控制、顺序控制、运动控制和过程控制。这些都是在Windows环境下执行PC任务的模块,形成一个混合控制系统。
近年来,许多PLC制造商开发了自己的模块化I/O或终端I/O,通信总线符合IEC 61131-3标准,大大增强了PLC的开放性。
开放网络环境创建后,推出了可挂100M高速以太网的WEB服务器模块,如三菱电机公司小Q系列的QJ71WS96、f3wbm 1-0T-S0;-横河FA-M3系列的S0。模块中的软件捆绑了目前常用的TCP/IP、UDP/IP等传输层和网络层的协议,以及HTTP、FTP、SMTP、POP3等应用层的协议,使PLC可以直接接入互联网,成为WEB PLC。
PLC小型化的优点是节省空间,降低成本,安装灵活。目前,一些大型PLC的尺寸比上一代同类产品的安装空间小50%左右。
近年来,许多PLC制造商推出了超小型PLC,用于单机自动化或分布式控制系统。西门子的超小型PLC叫通用逻辑模块LOGO!它采用整体结构,集成了控制功能、实时时钟和操作显示单元,可以用一个小液晶屏和面板上的6个键进行编程。LOGO!超小型PLC采用功能模块图FBD编程语言,在PC机上运行Windows 98/NT编程软件。三菱电机的超小型PLC被称为简单应用控制器(简称α),拥有AL-PCS/win-C VLS软件,是一款功能强大、用户友好的编程工具。松下的超小型PLC被称为可选模式控制器。德国默勒公司的超小型PLC被称为控制继电器,简称easy。
高速运行是PLC技术发展的一个重要特征。硬件上,PLC的CPU模块采用32位RISC芯片,大大提高了PLC的运算速度,一条基本指令的运算速度达到几十纳秒(ns)。三菱电机的ANA系列PLC最早使用32位CPU模块,现在其Q02H系列PLC也使用32位RISC芯片,基本指令的执行时间为34ns.由于富士MICREX-SX PLC的CPU模块采用32位RISC芯片,一条基本指令的运行时间为20纳秒。
PLC的运行速度大大提高,与外设的数据交换速度也是高速的。众所周知,PLC的CPU模块通过系统总线与安装在基板上的各种I/O模块、特殊功能模块、通信模块进行数据交换。基板上安装的模块越多,PLC的CPU模块与那些模块之间的数据交换时间就会越长,在一定程度上,PLC的扫描时间也会越长。因此,许多PLC制造商采用新技术来增加PLC系统的带宽,增加一次传输的数据量。在系统总线数据访问模式中,采用连续组传输技术,实现连续数据的高速批量传输,大大缩短了访问每个字所需的时间。对系统总线连接的模块实现全局传输,即对于多个模块同时传输相同数据的技术,有效利用系统总线。
目前很多PLC厂商采用多CPU芯片并行处理方式,使用专用CPU处理编程和监控服务,大大降低了对执行控制程序的CPU芯片的影响,只允许执行控制程序的CPU进行顺序控制和逻辑运算。此外,为了提高业务处理速度,缩短运行时间,采用高速串行通信(最大波特率115Kbps),在PLC的CPU模块中引入UCB端口(最大波特率12Mbps),实现了与编程工具和监控设备的高速通信,允许多人同时使用这两个通信端口进行编程和调试程序。