電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）PLC，可編程邏輯控制器，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)?？偟膩碚f，PLC是由硬件，軟件和編譯器三部分組成，細分來看，其中涉及的內(nèi)容很多。硬件部分有I/O模塊、CPU模塊、端子板、背板、通訊模塊、電源等等，軟件部分有I/O軟件、CPU軟件、通訊模塊軟件等等、編譯器部分則有用戶編程界面、邏輯轉(zhuǎn)換、交叉編譯等。

當(dāng)然PLC并不僅限于這些組成部分，產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、散熱處理等部分對PLC也起著至關(guān)重要的影響。作為工業(yè)場景里重要的基礎(chǔ)設(shè)備，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，PLC控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

PLC硬件結(jié)構(gòu)——I/O模塊

PLC一般都是通過背板通訊的方式從輸入模塊獲取現(xiàn)場的信號，經(jīng)過用戶程序運算后將需要輸出的結(jié)果通過背板總線發(fā)送給輸出模塊，從而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)做出相應(yīng)的動作。上面說到，PLC硬件結(jié)構(gòu)上主要有I/O模塊、CPU模塊、端子板、背板、通訊模塊、電源。24V電源用于給系統(tǒng)進行供電， CPU模塊用于用戶程序的運算，針對一些有高可靠性要求的現(xiàn)場， PLC 可能會需要用到冗余的CPU及電源。

以前的PLC系統(tǒng)里，I/O模塊一般被設(shè)計成CPU模塊下的子模塊，但是現(xiàn)在越來越多的PLC設(shè)備都I/O模塊獨立了出來。I/O 模塊用于獲取現(xiàn)場傳感器的信號以及控制執(zhí)行機構(gòu)，通信模塊適配器用于擴展本地或遠程I/O。

I/O模塊的診斷功能級別是選型中需要考慮的，從最基本的基本診斷功能到模塊診斷功能到通道診斷功能。基本診斷功能和模塊診斷功能都是模塊級別的診斷，用于診斷模塊狀態(tài)和通道組態(tài)，通道診斷的級別最高，負責(zé)診斷通道組態(tài)和狀態(tài)。對PLC性能要求較高的場景需要I/O模塊對過采樣、PWM、集成計數(shù)等功能提供支持，這時候需要選擇帶高級別診斷功能的I/O模塊，如帶HF、HS的I/O模塊。

I/O模塊既連接現(xiàn)場各類傳感器執(zhí)行器，也連接著PLC/適配器，通過一些常見的通訊協(xié)議將信息串聯(lián)起來，現(xiàn)在的PLC產(chǎn)品里I/O模塊已經(jīng)將各種工業(yè)場景可能出現(xiàn)的信號都定義好了，各種數(shù)字量的輸入輸出、模擬量的輸入輸出以及各種傳感器的信號等。

PLC硬件結(jié)構(gòu)——CPU模塊

CPU模塊是PLC硬件組成立核心中的核心，其處理核心的選擇對其性能影響甚大。小型的PLC出于成本和功能的考量，單獨選擇MCU作為處理核心就可以，中大型的PLC往往會選擇MPU或者MCU加上FPGA。

MCU/MPU負責(zé)用戶程序的運算，F(xiàn)PGA則需要對所有外部總線設(shè)備進行譯碼，像EtherCAT、ProfiNet這些一般都使用并行總線接口，MCU/MPU可能并沒有那么多的片選信號提供，F(xiàn)PGA 可以比較靈活地提供更多的片選信號。

驅(qū)動高速總線、數(shù)據(jù)交互、通信模塊與CPU之間的交互也交給了FPGA，如果是冗余設(shè)計的CPU模塊，還需要同步邏輯。和運控算法相關(guān)的工作、高速UART的拓展、SPI的拓展也會交給FPGA去處理，F(xiàn)PGA還需要控制外部 ADC 進行同步采樣，并對數(shù)據(jù)進行簡單的處理。

小型PLC設(shè)備的處理器選擇就很多樣了，基本上做工業(yè)場景MCU的廠商都有相應(yīng)的解決反方案，中大型PLC對處理器主頻、外設(shè)、控制能力的要求就比較高，尤其是運控能力。脈沖輸出和高速脈沖計數(shù)是兩個很重要的運控需求點，現(xiàn)在有些MCU的產(chǎn)品也能很好地實現(xiàn)大型PLC要求的運控能力，不過如果場景對精度非常嚴苛，更常見的做法還是用FPGA來實現(xiàn)，也更穩(wěn)妥。

PLC趨勢

拋開FPGA不談，MCU和MPU性能的拔高是大家有目共睹的，PLC在成本和性能上都不占優(yōu)勢，但是工業(yè)場景仍然十分信任PLC，或者說用PLC的模式去進行操作。PLC在易用性和靈活性上在工業(yè)自動化場景更容易讓用戶接受。

在工業(yè)4.0的浪潮下，PLC也在朝著網(wǎng)聯(lián)化、智能化的方向發(fā)展，軟硬件功能綜合性能變得更全面，通信能力還在進一步增強。近幾年非?？匆囊稽c是新型PLC在選型過程中已經(jīng)十分看重通信安全和功能安全，對硬件加密單元的要求開始涌現(xiàn)，廠商會更傾向于選擇有加密模塊的硬件和有安全規(guī)范的協(xié)議，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，PLC硬件功能安全和通信安全愈發(fā)重要。