自1969 年第一台PLC 可编程控制装置在美国DEC 公司问世以来，而今已走过了近30 年的历程。那么当今的PLC技术发展状况和它的发展趋向又是怎么的呢？
一、可编程控制技术的现状
在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量以及模拟量等控制装置。如电机的启动与停止；电磁阀的开闭；工件的位置、速度、加速度等的测定；产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等等。
传统的工业自动控制主要是由继电器或分离的电子线路来实现的。众所周知．这种控制方式虽然造价便宜，但却存在着许多致命弱点。如只能适用于简单的逻辑控制；仅适用于某种工程项目，缺乏通用性，一旦要进行改动或优化，只能通过硬件的重新组合来实现。
随着计算机技术的不断发展，它给工业自动化带来了革命性的变革。这个变革是由继电器控制到计算机控制的飞跃。所谓计算机控制，主要具备以下两个基本特点，即硬件上至少有一个微处理器，而其控制方式是通过软件来实现的。
目前工业界比较有代表性的控制方式主要有以下几个类别：
1 ．单板机控制系统
单板机控制系统仅适于较简单的自动化项目。硬件上主要受CPU 、内存容量及I/O 接口的限制；软件上主要限于与CPU 类型有关的汇编语言。一般来说单板机或单片机系统的应用只是为某个特定产品服务的。其通用性、兼容性和扩展性都相当差。
2 .工业控制机（IPC)
工业控制机是从PC（Personal Computer）的基础上通过应用推广发展起来的。由于它是由微机及芯片的专业厂家开发出来的，所以其硬件品种兼容性强且总线标准化程度高，其软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支待，运行速度快，实时性强，可适用于模型复杂的项目,能把控制任务和图文显示功能集成在一起。但工业控制机的缺点在两个方面：第一有较长的装置访问时间。第二I/O控制点数不能够随意扩展。
3计算机集散控制系统（DCS)
计算机集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来的。它的优势在于模拟量的处理及回路调节功能。自70年代初期问世以来，得到了迅速的发展。微处理器特别是单片机的出现和通信技术的成熟，使得计算机集散控制系统把顺序控制装置、数据采集装置、过程控制的模拟量仪表有机地结合在一起，形成了满足各种不同要求的集散型控制系统。
4 传统的可编程逻辑控制器（PLC)
传统的可编程逻辑控制器的最初控制概念和设计思想是将计算机软件的控制思想代替继电器逻辑。其硬件的构成与微机相似。
在可编程逻辑控制器发展的初期，其主要的开发意图和应用领域是数字式控制，它按照用户程序存储器里的指令安排，通过输入接口采入现场信息、执行逻辑或数值运算，然后通过输出接口去控制各种执行机构动作。然而经历了近30 年的发展之后，传统的PLC 也具备了逻辑顺序控制、模拟量处理、回路调节技术等三个功能。
二、可编程控制技术的发展方向
随着计算机科学的发展和工业自动化的愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展。仅仅将PLC 作为继电器逻辑控制的替代，或者说仅只将PLC 理解为开关量控制的话，那就是一个错误的概念了。综合国外特别是欧洲及国内的发展动态，其发展趋势主要有以下几个方面。
1 ．可编程控制技术的标准化
在工业自动化产品繁花似锦的今天，一家独霸天下的局面已不复存在，因而各生产厂商既互相竟争又要相互合作。
一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各厂家产品的相互兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。例如：美国有NEMA标准、日本有JIS标准、德国、奥地利有DIN 标准。按照这些标准，各种型号的PLC 产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确的规定。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。在PLC 的发展过程中，特别给工业自动化行业带来困扰的是，虽然PLC 的基本语言梯形图和指令表分别是在接触器、继电器以及汇编语言的基础上建立起来的，但各厂家无论从语言结构、语言功能还是从语言形式表述上都有不同程度上的较大区别。为使各PLC 厂家的产品有一个共同的参照平面，制订了国际标准。
2 ．大型计算机特点的集成
传统的PLC仅凭单纯的逻辑顺序控制功能已远远不能适应当今工业控制任务的需求，要处理一些复杂的任务、使控制系统具有较高的智能度，可编程控制系统必须具备大型计算机的分析计算能力。这种对大型计算机特点的集成主要表面在以下几个方面：
( 1 ）系统的高速响应性
这里有一个概念要澄清，那就是：系统速度不是仅由CPU 来决定，而且还要考虑I / 0 数据的传输速度。当然CPU 的速度起着决定性的作用。判断CPU 的速度主要是看每条指令的执行时间。如Siemens S7-200 PLC的每条逻辑指令的计算速度为0.13us，三菱的FX2C 的每条指令执行时间为0.2us；贝加莱（B&R ）B&R2010的每条指令执行时间为0.125us 。要提高整个系统的速度就要考虑CPU 模块的多处理器结构。如Siemens公司的TI555PLC 、贝加莱的PCC 等。图1 示出了贝加莱PCC的CPU 模块结构。
图2 中的I / O 处理器主要负责独立于CPU 的数据传输工作。DPR-Controller即双向口控制器主要负责网络及系统的管理。可见一个模块上有三个处理器、它们既相互独立，又相互关联（通过DPR ) ，从而使主CPU 的资源得到合理使用，同时又最大限度地提高整个系统的速度。
（ 2 ）定性的多任务分时操作系统
多任务分时操作系统来自于大型计算机，例如UNIX 机。它可以将整个操作界面分成数个分别具有不同优先权的任务等级（TASK CLASS ）。其中优先权高的任务等级，有着较短的巡回扫描周期，而且每个任务等级可包括多个具体任务。在这些任务中间可再细分其优先权的高低。在这种操作系统的管理下，优先权高的任务等级总是先被执行，剩余的时间里可执行优先权较低的任务等级。这样一个操作系统使得可以将比较重要的任务定义得任务等级高一些，如调节器（由用户定义），例外任务（EXCEPTI0N -TASK ，由系统定义），中断任务（INTERRUPT -TASK ，由系统定义），而一些较一般的任务可以定义得任务等级低一些，如报警处理任务、结果处理任务等。这样整个控制系统便得到了优化，具有较好的实时性。
( 3 ）编程语言高级化
可能对一个电气工程师来说，梯形图和指令表这两种编程方式是比较常见和习惯的。因为这两种方式都有着明显的优点。例如梯形图靠近电气线路比较直现。而指令表是由汇编语言演绎过来的，比较靠近计算机硬件结构，然而，在控制思想日趋复杂的今夭，用梯形图及指令表来表达实在显得过于复杂繁琐。随着C语言、FORTRAN 、PASCAL等高级语言加入到PLC 中去，使复杂思想的表达就显得方便简洁得多了。
( 4 ) 较大的应用程序存储空间
较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间。同时足够的程序存储空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义上说明了其硬件系统的先进程序。贝加莱PCC的内存容量为lookB~16MB ；Siemens 的S7-400的内存容量为4kB ~16MB等等。
3 ．智能分布式控制思想与系统的开放性、兼容性
OCS 系统之所以能与PLC 系统并行发展，是因为它在处理模拟量、回路调节技术以及网烙技术方面有着其优越性。然而现场总线技术的发展使PLC 的网络结构和发展能力发生了革命性的变化。分布式的控制思想首先将可能出现的问题限制在局部范围，从而提高了系统的可靠性。智能分布式控制思想和系统的开放性、兼容性是可编程控制技术发展的一个极为令人关注的领域。其主要特点可归纳如下：
( 1 ）分层分布式网络结构
如图2 所示、整个控制系统可分为三个层次：即管理层网络、控制层网络和现场层网络。
1)管理层 这是整个网络的最高层次。整个系统的图文显示、管理决策制定与实施、各子系统间或与外系统的信息互换与交流及数据库管理等职能都属这个网络层次的范畴．同时又是广域网的节点。Ethernet的TCP/IP是管理层最常用或值得推荐的通信协议。
2)控制层 它是现场层的上一级的网络层面。这个层次的各个子站都是控制或监控功能的集成节点。开放式、标准的现场总线是构成此层面的手段。FROFIbus 和ARCNET 是此层面值得推荐的网络。
3)现场层 这是直接与现场设备相关联的层面。这个层面上的各个子站都紧靠现场的传感器和执行结构。传感器或现场信号能及时被采集，控制系统对执行机构的指令能迅速得以贯彻实施。同样开放式、标准的现场总线如PROFlbus 和CANbus 也是构成此层面的手段。
由于控制层和现场层是控制系统的灵魂。因此这两层网络应具以下特点：
第一必须具备标准化的现场总线模式。即所用的现场总线不能是某一厂家的标准。它必须是标准化的现场总线，并具备总线式和树状灵活的拓扑结构；同时它必须有开放式的现场总线支持（Opeo Fieldbus 、Support ）。其信息传输速率不低于500kbps 。
第二必须具备智能分布式拓补结构。为使整个系统具备高度的安全可靠性，控制层和现场层的现场总线网络要具备智能分布式的拓扑结构。其特点如下：
设备既可当地通过人机界面控制，又可以通过主站控制；
当主站出现间题时，其他子站照常工作；
当某一站出现间题时，有错误记录功能。待重新恢复后能够进行错误分析；
主站的计算机可接入控制层的任意一子站。
( 2 ）良好的系统可扩展性
系统的扩展一般分为当地扩展、远程扩展和组网。在判断一个系统的扩展能力时，一般有两个判据：
第一在一个CPU 下可以扩展的I/ O 点数；
第二能支持多少种网络协议（PROFIBUS 、ETH ERNET 、CAN 、MODBUS , … ）
图2 分布式控制系统
当然保证系统有一个好的扩展性的前提条件是，系统应该在硬件上具备模块式结构。新的软件可以模块方式添入。
（3 ）系统的开放性和兼容性
开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。这里一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另外一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品的种类繁多加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品作主从站的现象。这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品兼容性问题。另一方面，可编程控制器与工业计算机等其它装置的通信的难易也体现了其开放性的特点。除此之外，同一厂家产品族中的各系列产品兼容性也代表了可编程控制产品的水平。
为了使产品之间相互兼容的程度比较好，贝加莱公司的PCC 产品，除去具备ETHERNET、PROFI-bus 以及CANbus 等标准网络或现场总线全面支持外，还提供一个帧驱动器（
4 ．通用性和专业化的结合
可编程控制产品是通用的。但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢？硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。
这些专用模块包括：定位或CNC 模块、温度测量模块、称重模块、电力行业用的高速采样模块、网络接口模块等等。
5 ．可编程控制技术的智能化
提高一个系统的智能程度不仅能提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可靠性。其智能化发展的特点主要体现在如下几点：
l ）开发环境的智能性 这包括可编程控制系统的自诊断功能、监控功能以及在线帮助等功能。同时丰富的功能库也是判断一个系统智能性的重要依据。
2 ）硬件的智能集成度 现场总线的智能分布式结构是突出的一点。另外，多处理器技术（MPU ）和智能外设技术（IP ）并列于CPU 的智能硬件也是不可忽略的发展趋向。
3 ）模糊逻辑及神经网络的应用 模糊逻辑的应用分为硬件和软件的实现，主要用于模糊调节技术、神经网络的应用有待于进一步发展。
6．可靠性与冗余的概念
国内的许多用户已对冗余的概念比较熟悉。所谓冗余即容错，就是功能的备份、安全及可靠性的备份。因为特定的环境和条件要求自动化系统有较高的可靠性。冗余基本上可以划分为：CPU和电源冗余、网络冗余，以及1 / O 冗余三个层次。同时冗余又可分双冗余和多冗余的结构。但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。MTBF（平均无故障时间）指标是衡量产品质量的重要指标。纵观各著名厂家，其PLC 产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。贝加莱的产品可很方便地实现三重或多重冗余。其电源冗余可直接由并行插电源模块来实现。
通过综上所述，我们可以了解到，用PLC 可编程逻辑控制器这个词来表达当今可编程控制系统，已经不再合适了。因为在其中已经溶进了工业计算机和计算机集散系统的特点。贝加莱公司于1994 年首先提出了“PCC 可编程计算机控制器（Programmble Computer Controller ) ”的概念。Siemens ，提出了PCS 过程控制系统（process 、Control System ）的概念。基于现场总线技术人们也提出了FCS 现场总线控制系统（Fieldbus Control System ）的概念。这些系
统虽然名称不同，侧重面不一，但系统的技术水平是近似的。
因此我们不难得出下面几个结论：
1 ）工业控制机（IPC）及计算机集散控制系统(DCS）以及PLC 在走着一条相互融合的道路。PCC 、PCS 以及FCS 就是集中的代表。
2 ）智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想。
3 ）系统的智能性将越来越重要。因此系统的分析运算能力将越来越强。
4 ）基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要依据。
5 )通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。
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