PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
而基于這樣的梯形圖邏輯進(jìn)行編程，只需要根據(jù)現(xiàn)場工廠環(huán)境的的生產(chǎn)流程對照編程梯形圖邏輯即可，從而實(shí)現(xiàn)控制過程的可編程性。這個可編程邏輯控制器（PLC）雖然是可編程的，但是和現(xiàn)今熱炒的軟件定義還是有一些區(qū)別，主要在于可編程邏輯控制器（PLC）的可編程性具有一定的限制條件。即每臺可編程邏輯控制器（PLC）對其進(jìn)行編程，都需要特定的編程軟件將程序?qū)崿F(xiàn)之后，通過和可編程邏輯控制器（PLC）通訊來實(shí)施最終的控制過程程序的上載?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）介于傳統(tǒng)硬件設(shè)備和軟件定義之間，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)平面的可編程性，但是控制平面并沒有抽離出來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中控制。
PLC是為了應(yīng)對機(jī)電繼電器復(fù)雜的機(jī)器控制而開發(fā)的。目的是開發(fā)更靈活的控制系統(tǒng)，減少機(jī)器停機(jī)時間，并用這種新設(shè)備執(zhí)行邏輯功能。從PLC開發(fā)出來到現(xiàn)在，確實(shí)也達(dá)到了最初設(shè)計和開發(fā)的目的。PLC已經(jīng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域默默奉獻(xiàn)了有幾十年的歷史，即使在對安全至關(guān)重要的應(yīng)用中，它們也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器進(jìn)行控制的可靠性。以至于幾乎所有的現(xiàn)代工業(yè)自動化的控制器都是由PLC實(shí)現(xiàn)，在工業(yè)環(huán)境下，PLC幾乎無所不能。
工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢
第一次工業(yè)革命發(fā)生于18世紀(jì)到19世紀(jì)，通過創(chuàng)造新的制造工藝改進(jìn)了生產(chǎn)流程從而促進(jìn)了社會的進(jìn)步。當(dāng)時的制造業(yè)主要依賴于手工進(jìn)行商品的生產(chǎn)，而誕生于英國的第一次工業(yè)革命改變了這種狀況，使得機(jī)器制造業(yè)能夠更好地利用水和蒸汽動力促進(jìn)生產(chǎn)力提升。而這些改進(jìn)的創(chuàng)新思想和體系在第二次、第三次工業(yè)革命中自然也起了很大的作用。正在進(jìn)行的工業(yè)革命是第四次工業(yè)革命，也被稱為工業(yè)4.0（德國提出）或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（美國提出）。工業(yè)4.0的基本概念與其他工業(yè)革命相同：通過改進(jìn)業(yè)務(wù)流程和制造工藝，減少生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)材料成本，減少制造缺陷產(chǎn)品的數(shù)量，并通過創(chuàng)造能夠代替人工作的機(jī)器來使工業(yè)制造更容易。
工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是正在進(jìn)行的工業(yè)革命的術(shù)語。它最初是指制造業(yè)的數(shù)字化，但實(shí)際上也指醫(yī)療、物流、石油和天然氣等其他行業(yè)的數(shù)字化。也指我們經(jīng)常聽到的有關(guān)智能工廠，智能城市或智能設(shè)備的概念。工業(yè)4.0是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)（IoT），網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS），信息技術(shù)（IT）和操作技術(shù)（OT）的融合，其中，變革首先從信息技術(shù)領(lǐng)域引發(fā)，云計算，機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等IT技術(shù)引導(dǎo)現(xiàn)代信息企業(yè)采用新的業(yè)務(wù)模式，改進(jìn)自身業(yè)務(wù)流程和運(yùn)營效率，提升企業(yè)核心競爭力。而這些IT新技術(shù)的發(fā)展解決了互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和傳統(tǒng)企業(yè)共同的一個訴求，即解決規(guī)模不斷擴(kuò)張、業(yè)務(wù)快速變化的挑戰(zhàn)，同時還有效控制成本。在傳統(tǒng)企業(yè)中，其他類型的企業(yè)愿意通過在早期階段部署新技術(shù)來承擔(dān)風(fēng)險，而工業(yè)企業(yè)可能會更謹(jǐn)慎。由于工業(yè)環(huán)境的特殊性，工業(yè)企業(yè)的這個訴求是否能夠借鑒互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的成功還是一個未知數(shù)。為了克服這個門檻，這個行業(yè)需要創(chuàng)新，因此類似工業(yè)4.0等概念和體系的興起，目的就是為了進(jìn)行大量的研究、測試和實(shí)施這些技術(shù)變革引導(dǎo)到工業(yè)企業(yè)中。
關(guān)于實(shí)踐的最新進(jìn)展情況，我們通過分析傳統(tǒng)的自動化金字塔模型來進(jìn)行說明。傳統(tǒng)的自動化金字塔（圖1）代表了當(dāng)今工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的一個典型模型。從傳感器到執(zhí)行器的所有物理設(shè)備都處于現(xiàn)場級，用于控制這些現(xiàn)場級物理設(shè)備的數(shù)據(jù)和動作處于第二級，第二級通過使用PLC等物理硬件來控制現(xiàn)場級的物理硬件。第三個級別是一個數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控級別，允許用戶通過SCADA系統(tǒng)監(jiān)視和控制他們的工業(yè)控制過程。SCADA是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的縮寫，典型的SCADA架構(gòu)包括傳統(tǒng)自動化金字塔的前三個級別。MES和ERP系統(tǒng)則在SCADA架構(gòu)之上。MES代表制造執(zhí)行系統(tǒng)，它是指實(shí)時監(jiān)控制造數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。MES系統(tǒng)可以跟蹤整個生產(chǎn)過程的貨物情況。企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)提供了自動化金字塔的最高級別。ERP系統(tǒng)管理核心業(yè)務(wù)流程的實(shí)時監(jiān)控，如生產(chǎn)或產(chǎn)品計劃，物料管理和財務(wù)情況等。
而基于這樣的梯形圖邏輯進(jìn)行編程，只需要根據(jù)現(xiàn)場工廠環(huán)境的的生產(chǎn)流程對照編程梯形圖邏輯即可，從而實(shí)現(xiàn)控制過程的可編程性。這個可編程邏輯控制器（PLC）雖然是可編程的，但是和現(xiàn)今熱炒的軟件定義還是有一些區(qū)別，主要在于可編程邏輯控制器（PLC）的可編程性具有一定的限制條件。即每臺可編程邏輯控制器（PLC）對其進(jìn)行編程，都需要特定的編程軟件將程序?qū)崿F(xiàn)之后，通過和可編程邏輯控制器（PLC）通訊來實(shí)施最終的控制過程程序的上載?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）介于傳統(tǒng)硬件設(shè)備和軟件定義之間，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)平面的可編程性，但是控制平面并沒有抽離出來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中控制。
PLC是為了應(yīng)對機(jī)電繼電器復(fù)雜的機(jī)器控制而開發(fā)的。目的是開發(fā)更靈活的控制系統(tǒng)，減少機(jī)器停機(jī)時間，并用這種新設(shè)備執(zhí)行邏輯功能。從PLC開發(fā)出來到現(xiàn)在，確實(shí)也達(dá)到了最初設(shè)計和開發(fā)的目的。PLC已經(jīng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域默默奉獻(xiàn)了有幾十年的歷史，即使在對安全至關(guān)重要的應(yīng)用中，它們也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對機(jī)器進(jìn)行控制的可靠性。以至于幾乎所有的現(xiàn)代工業(yè)自動化的控制器都是由PLC實(shí)現(xiàn)，在工業(yè)環(huán)境下，PLC幾乎無所不能。
工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢
第一次工業(yè)革命發(fā)生于18世紀(jì)到19世紀(jì)，通過創(chuàng)造新的制造工藝改進(jìn)了生產(chǎn)流程從而促進(jìn)了社會的進(jìn)步。當(dāng)時的制造業(yè)主要依賴于手工進(jìn)行商品的生產(chǎn)，而誕生于英國的第一次工業(yè)革命改變了這種狀況，使得機(jī)器制造業(yè)能夠更好地利用水和蒸汽動力促進(jìn)生產(chǎn)力提升。而這些改進(jìn)的創(chuàng)新思想和體系在第二次、第三次工業(yè)革命中自然也起了很大的作用。正在進(jìn)行的工業(yè)革命是第四次工業(yè)革命，也被稱為工業(yè)4.0（德國提出）或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（美國提出）。工業(yè)4.0的基本概念與其他工業(yè)革命相同：通過改進(jìn)業(yè)務(wù)流程和制造工藝，減少生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)材料成本，減少制造缺陷產(chǎn)品的數(shù)量，并通過創(chuàng)造能夠代替人工作的機(jī)器來使工業(yè)制造更容易。
工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是正在進(jìn)行的工業(yè)革命的術(shù)語。它最初是指制造業(yè)的數(shù)字化，但實(shí)際上也指醫(yī)療、物流、石油和天然氣等其他行業(yè)的數(shù)字化。也指我們經(jīng)常聽到的有關(guān)智能工廠，智能城市或智能設(shè)備的概念。工業(yè)4.0是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)（IoT），網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS），信息技術(shù)（IT）和操作技術(shù)（OT）的融合，其中，變革首先從信息技術(shù)領(lǐng)域引發(fā)，云計算，機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等IT技術(shù)引導(dǎo)現(xiàn)代信息企業(yè)采用新的業(yè)務(wù)模式，改進(jìn)自身業(yè)務(wù)流程和運(yùn)營效率，提升企業(yè)核心競爭力。而這些IT新技術(shù)的發(fā)展解決了互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和傳統(tǒng)企業(yè)共同的一個訴求，即解決規(guī)模不斷擴(kuò)張、業(yè)務(wù)快速變化的挑戰(zhàn)，同時還有效控制成本。在傳統(tǒng)企業(yè)中，其他類型的企業(yè)愿意通過在早期階段部署新技術(shù)來承擔(dān)風(fēng)險，而工業(yè)企業(yè)可能會更謹(jǐn)慎。由于工業(yè)環(huán)境的特殊性，工業(yè)企業(yè)的這個訴求是否能夠借鑒互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的成功還是一個未知數(shù)。為了克服這個門檻，這個行業(yè)需要創(chuàng)新，因此類似工業(yè)4.0等概念和體系的興起，目的就是為了進(jìn)行大量的研究、測試和實(shí)施這些技術(shù)變革引導(dǎo)到工業(yè)企業(yè)中。
關(guān)于實(shí)踐的最新進(jìn)展情況，我們通過分析傳統(tǒng)的自動化金字塔模型來進(jìn)行說明。傳統(tǒng)的自動化金字塔（圖1）代表了當(dāng)今工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的一個典型模型。從傳感器到執(zhí)行器的所有物理設(shè)備都處于現(xiàn)場級，用于控制這些現(xiàn)場級物理設(shè)備的數(shù)據(jù)和動作處于第二級，第二級通過使用PLC等物理硬件來控制現(xiàn)場級的物理硬件。第三個級別是一個數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控級別，允許用戶通過SCADA系統(tǒng)監(jiān)視和控制他們的工業(yè)控制過程。SCADA是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的縮寫，典型的SCADA架構(gòu)包括傳統(tǒng)自動化金字塔的前三個級別。MES和ERP系統(tǒng)則在SCADA架構(gòu)之上。MES代表制造執(zhí)行系統(tǒng)，它是指實(shí)時監(jiān)控制造數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。MES系統(tǒng)可以跟蹤整個生產(chǎn)過程的貨物情況。企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)提供了自動化金字塔的最高級別。ERP系統(tǒng)管理核心業(yè)務(wù)流程的實(shí)時監(jiān)控，如生產(chǎn)或產(chǎn)品計劃，物料管理和財務(wù)情況等。
圖1--傳統(tǒng)的自動化金字塔
