-
-
手机阅读
方原柏先生，昆明有色冶金设计研究院教授级高工、昆明仪器仪表学会副理事长兼秘书长。
关键词：PLC Micro-PLC 进展 人机操作界面
可编程序控制器PLC是以微处理器为基础，综合计算机、自动控制和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。近年来，微型、小型PLC发展势头特别强劲，尤其是自上世纪90年代中期以来，一批带HMI人机操作界面，又称可编程终端)微型PLC的出现，更令人对这类价格低廉、功能强大的产品刮目相看。
根据国内一市场调研报告，所有最终用户、分销商、生产商、系统集成商和OEM都认为中国PLC市场发展速度超过10％，更多人认为2003年增长应在15％以上；大多数用户认为2003年HMI产品市场增长速度应在20％以上，而主要生产商都获得了12％～35％的业绩增长，可见，HMI发展速度要高于PLC；从2003年底到2004年初，中国PLC市场：在微型(64点I/O及以下)、小型(64～255点I/O)、中型(256～1023点I/O)、大型(多于1024点I/O)PLC中，微型占据40.2％的市场份额。
这些带HMI微型PLC产品，被称为可编程序继电器(日本OMRON公司ZEN)、通用逻辑模块(德国Siemens公司LOGO!)、控制继电器(德国Moeller公司EASY)、智能继电器(日本idec公司FL1)、智能逻辑继电器(日本Pro-face公司PRO-iO)、程控器(日本MITSUBISHI公司ALPHA、FX1N、FX1s)、带操作面板的PLC(以色列Unitronics公司M90/M91)等。这些带HMI微型PLC主要起继电器功能，即它用在I/O点不多而原使用继电器的地方。但又不同于继电器，它是“可编程序”、“通用”、“智能”的。为观察参数状态及编程方便，它还不同于一般微型PLC，带有HMI人机操作界面，因而具有更广泛应用前景。
在PLC控制系统使用过程中，与操作者关系最密切的就是HMI人机操作界面，通过HMI，用户可随时了解、观察并掌握控制系统工作状态；同时为方便用户编程，也常常借用HMI作为编程器使用。因此带HMI微型PLC往往是将PLC、HMI、I/O、扩展器接口、编程器等诸多设备集成为一体的紧凑型设备。
一 带HMI微型PLC产品
1. 德国Siemens公司LOGO!
LOGO!于1996年问世，第四代LOGO!可见图1。最左边为基本型，可见其正面有1个显示器和6个操作键盘，其余4个为扩展模块。基本型本机上有8DI/4DO ，其中2个DI点可作为模拟量输入。无模拟量输入的主机可带4个数字量扩展模块加4个模拟量扩展模块，有模拟量输入的主机可带4个数字量扩展模块加3个模拟量扩展模块，所以最多可有24DI/16DO/8AI(0～10V、0～20mA、Pt100)。LOGO!显示器可显示4×10字符，有3种工作方式：编程模式可进行程序编制，参数设置模式可设置程序中的时间和参数值，运行模式可以显示日期、时间或输入输出状态。
2. 日本和泉(idec, 又称爱德克)公司的FL1
FL1系列有FL1A、FL1B两种型号，FL1A为不可扩展型，有10点数字量I/O的经济型智能继电器，有包括2点模拟量输入在内总共10点或12点I/O的带模拟量型智能继电器。FL1B为可扩展型，本机所带I/O点数为10/16/24(可选)，另可带4个扩展模块，最大I/O点数为88。图2中左面为FL1B本机，右面为其扩展模块，比较图1、2，可见两者在显示器尺寸、操作键盘位置和形状都非常相近。
3. 德国Moeller公司的EASY、MFD系列产品
EASY系列有400、500、600、700、800等多种类别产品(见图3)，400类别为不可扩展型，主机本身带8DI/4DO，其中部分产品中有两个DI点可作为模拟量输入AI端；500类别为不可扩展型，主机本身带8DI/4DO/2AI；600、700、800等类别为可扩展型，主机本身带多种I/O类型和点数的选型，同时可选用几种方式将I/O点数扩展至300，其中包括采用AS-i、Profibus-DP、CANopen、DeviceNet现场总线方式扩展。图3中左下为EASY500，左上为EASY700，右上为EASY800，右下为最新MFD控制继电器，它带全图形显示功能。
4. 日本Pro-face公司PRO-iO系列产品
PRO-iO系列产品是一种不可扩展的控制继电器(图4)，I/O点数有6DI/4DO、8DI/4DO、12DI/8DO几种选型，显示器也有4行/6行两种选择，部分产品还有模拟量比较功能。
5. 日本OMRON公司的ZEN
ZEN产品见图5，左面为早期推出10点I/O(6DI/4/DO)的ZEN-10型，右面为近期推出20点I/O(12DI/8DO)的ZEN-20型。每台ZEN可带3个扩展模块，每个扩展模块最多可带8个I/O点，所以每台ZEN最多可带34或44个I/O点。另外还有2点可用作比较用的模拟量输入(0～10V)。显示器可显示4行12个字符，操作按键共8个。
6. 日本三菱公司ALPHA、FX1N系列产品
ALPHA为独立单元式结构(图6右)，I/O点数有6（4DI/2DO）、10(6DI/4DO)、20(12DI/8DO)3种，不可扩展。更多点数可选FX1N系列产品(图6左)，主机I/O点数为36(20DI/16DO)，加扩展模块后最多可带128点。
7. 日本光洋公司DL06系列产品
DL06产品为整体式PLC，其本体带36点I/O：输入16点，输出20点。且本体带有4个扩充槽位，可用于安装各种扩充模块(见图7)，以增加PLC的I/O点数(其最大扩张I/O点数可达164点)。
8. 无锡台安科技公司GENIS系列产品
GENIS系列产品有两种型号：10点I/O(6DI/4/DO)、20点I/O(12DI/8DO)，显示器和8个键盘类似OMRON公司ZEN(图8)。
9. 以色列Unitronics公司的M90/M91系列产品
由图9可见，M90/M91微小外形与上述产品差别较大，更类似一台小尺寸数字显示仪，其尺寸为96mm×96mm×64mm，在这个可放在掌心的袖珍形设备内集成了14～38个I/O点的微型PLC和一个带键盘操作显示面板。M90/M91系列共有13个产品，其I/O点数和性能稍有差别，如有的带模拟量输入，有的带模拟量输出，有的带CANbus总线等。M90/M91可安装在仪表盘或DIN导轨上。LCD液晶显示器是一个可最多显示1或2行各16个字符(带背光)的文本显示器，在操作显示面板下面有15个密封隔膜按键。
二 带HMI微型PLC的性能和特点分析
(1)外形尺寸
Siemens公司LOGO！系列标准型LOGO！10点I/O外型尺寸只有72mm×90mm×55mm；三菱公司6点输入、4点输出的简单应用控制器AL-10MR-A外形尺寸只有71.2mm×90mm×55mm；Unitronics公司M90/M91尺寸为96mm×96mm×64mm。这样小巧尺寸非常适合设备的就地安装，其中大部分采用导轨式安装，Unitronics公司M90/M91则还可采用面板式安装。
(2)HMI显示器可选
带HMI微型PLC的特点是将HMI、PLC融为一体，但它毕竟是微型产品，许多情况不一定要HMI，所以大部分产品将带HMI作为选项。
(3)HMI显示器的显示内容
对微型PLC系统来说，通常文本显示就足够，现在有1行(Unitronics公司M90/M91)、2行、4行、6行(Pro-face公司PRO-iO)，每行10～16个字符显示。Moeller公司最新EASY产品还有一个简单的图形化显示界面。本文尚未介绍的北京博控自动化公司OP7200控制器带1/4VGA(320*240像素)图形显示器和9个键盘，还可选触摸屏操作。
(4)I/O点数
通常认为，I/O点数在64点以下为微型PLC，64～256点为小型PLC。本文所述绝大部分(包括所带扩展I/O)在微型范围内，少数扩展能力强的大致在小型范围内。最少点数的是三菱公司ALPHA有6点及10点产品，台安科技公司GENIS 10点I/O(6DI/4/DO)、和泉公司的FL1A 和OMRON公司的ZEN也有 10点I/O(6DI/4/DO)的产品。所以这种PLC可以用在那些控制点数非常少而可靠性要求高的地方。
(5)I/O类型
DI通常为12/24VDC、115/240VAC电压输入，DO通常为12/24VDC、115/240VAC电压晶体管或继电器输出，继电器输出最大电流可达10A(Siemens公司LOGO!、三菱公司ALPHA)。少数产品带模拟量输入输出，有的还有PID调节功能(光洋公司DL06、Unitronics公司M90/M91)，模拟量输入输出类型有0～10V、0～20mA、Pt100、热电偶等，有的虽有模拟量输入，但只是用于产生开关量信号的模拟量比较功能(如Pro-face公司PRO-iO、Siemens公司LOGO!)。
(6)编程方式
带HMI微型PLC通常采用所附HMI面板和操作键盘进行程序编制，编程语言有梯形图、功能块和特殊功能块(Siemens公司LOGO!)，也有部分产品可采用专用软件加PC机编程。
(7)供电电源
带HMI微型PLC的电源为12/24VDC、115/240VAC电压，也有24VAC、115/240VDC电压。
(8)总线类型
带HMI微型PLC的主机扩展时有的已用到各种现场总线，如Siemens公司LOGO!可用3种通信扩展模块：AS-i、LON、EIB；Moeller公司EASY可用AS-i、Profibus-DP、CANopen、DeviceNet现场总线方式扩展；Unitronics公司M90/M91带CANbus总线；光洋公司DL06可组成DeviceNet、CUNET网络。
(9)附加功能
有的产品提供了日期/时钟显示、多达6种语言显示、备用电池、保存或下载程序用存储器等附加功能。
(10)通信功能
三菱公司FX1N通过扩展板可增加RS-232/422/485通信功能；Unitronics公司M90/M91带RS-232接口，支持GSM通信功能；光洋公司DL06带双通信口：RS-232C、RS-232/422/485；和泉公司FL1可增加RS-232/485通信功能。
(11)价格
带HMI微型PLC价格通常低于HMI、PLC分离式产品20%～30%，最低价格约合100多美元或1000多元人民币，可见其价格优势非常明显。
以上列举的只是我们目前所了解的情况，实际上带HMI微型PLC发展非常快，厂家也在不断更新产品，如在1996～2001年间，Siemens公司LOGO！就更新了4代，原有6点I/O、20点I/O加长型、20点I/O总线型产品均已淘汰。OMRON公司ZEN原只有10点I/O产品，后也增加了20点I/O产品。Unitronics公司M90/M91原来本机I/O点数最多24点现已增加到38点，文本显示器显示容量由1行增加到2行。所以我们应关心带HMI微型PLC的发展，以便为生产过程提供最好、最适用的产品。国内HMI及微型、中小型PLC生产厂家也可借助这类产品作为突破口，占领国内市场。
1楼
0
0
回复
关键词：PLC Micro-PLC 进展 人机操作界面
可编程序控制器PLC是以微处理器为基础，综合计算机、自动控制和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。近年来，微型、小型PLC发展势头特别强劲，尤其是自上世纪90年代中期以来，一批带HMI人机操作界面，又称可编程终端)微型PLC的出现，更令人对这类价格低廉、功能强大的产品刮目相看。
根据国内一市场调研报告，所有最终用户、分销商、生产商、系统集成商和OEM都认为中国PLC市场发展速度超过10％，更多人认为2003年增长应在15％以上；大多数用户认为2003年HMI产品市场增长速度应在20％以上，而主要生产商都获得了12％～35％的业绩增长，可见，HMI发展速度要高于PLC；从2003年底到2004年初，中国PLC市场：在微型(64点I/O及以下)、小型(64～255点I/O)、中型(256～1023点I/O)、大型(多于1024点I/O)PLC中，微型占据40.2％的市场份额。
这些带HMI微型PLC产品，被称为可编程序继电器(日本OMRON公司ZEN)、通用逻辑模块(德国Siemens公司LOGO!)、控制继电器(德国Moeller公司EASY)、智能继电器(日本idec公司FL1)、智能逻辑继电器(日本Pro-face公司PRO-iO)、程控器(日本MITSUBISHI公司ALPHA、FX1N、FX1s)、带操作面板的PLC(以色列Unitronics公司M90/M91)等。这些带HMI微型PLC主要起继电器功能，即它用在I/O点不多而原使用继电器的地方。但又不同于继电器，它是“可编程序”、“通用”、“智能”的。为观察参数状态及编程方便，它还不同于一般微型PLC，带有HMI人机操作界面，因而具有更广泛应用前景。
在PLC控制系统使用过程中，与操作者关系最密切的就是HMI人机操作界面，通过HMI，用户可随时了解、观察并掌握控制系统工作状态；同时为方便用户编程，也常常借用HMI作为编程器使用。因此带HMI微型PLC往往是将PLC、HMI、I/O、扩展器接口、编程器等诸多设备集成为一体的紧凑型设备。
一 带HMI微型PLC产品
1. 德国Siemens公司LOGO!
LOGO!于1996年问世，第四代LOGO!可见图1。最左边为基本型，可见其正面有1个显示器和6个操作键盘，其余4个为扩展模块。基本型本机上有8DI/4DO ，其中2个DI点可作为模拟量输入。无模拟量输入的主机可带4个数字量扩展模块加4个模拟量扩展模块，有模拟量输入的主机可带4个数字量扩展模块加3个模拟量扩展模块，所以最多可有24DI/16DO/8AI(0～10V、0～20mA、Pt100)。LOGO!显示器可显示4×10字符，有3种工作方式：编程模式可进行程序编制，参数设置模式可设置程序中的时间和参数值，运行模式可以显示日期、时间或输入输出状态。
2. 日本和泉(idec, 又称爱德克)公司的FL1
FL1系列有FL1A、FL1B两种型号，FL1A为不可扩展型，有10点数字量I/O的经济型智能继电器，有包括2点模拟量输入在内总共10点或12点I/O的带模拟量型智能继电器。FL1B为可扩展型，本机所带I/O点数为10/16/24(可选)，另可带4个扩展模块，最大I/O点数为88。图2中左面为FL1B本机，右面为其扩展模块，比较图1、2，可见两者在显示器尺寸、操作键盘位置和形状都非常相近。
3. 德国Moeller公司的EASY、MFD系列产品
EASY系列有400、500、600、700、800等多种类别产品(见图3)，400类别为不可扩展型，主机本身带8DI/4DO，其中部分产品中有两个DI点可作为模拟量输入AI端；500类别为不可扩展型，主机本身带8DI/4DO/2AI；600、700、800等类别为可扩展型，主机本身带多种I/O类型和点数的选型，同时可选用几种方式将I/O点数扩展至300，其中包括采用AS-i、Profibus-DP、CANopen、DeviceNet现场总线方式扩展。图3中左下为EASY500，左上为EASY700，右上为EASY800，右下为最新MFD控制继电器，它带全图形显示功能。
4. 日本Pro-face公司PRO-iO系列产品
PRO-iO系列产品是一种不可扩展的控制继电器(图4)，I/O点数有6DI/4DO、8DI/4DO、12DI/8DO几种选型，显示器也有4行/6行两种选择，部分产品还有模拟量比较功能。
5. 日本OMRON公司的ZEN
ZEN产品见图5，左面为早期推出10点I/O(6DI/4/DO)的ZEN-10型，右面为近期推出20点I/O(12DI/8DO)的ZEN-20型。每台ZEN可带3个扩展模块，每个扩展模块最多可带8个I/O点，所以每台ZEN最多可带34或44个I/O点。另外还有2点可用作比较用的模拟量输入(0～10V)。显示器可显示4行12个字符，操作按键共8个。
6. 日本三菱公司ALPHA、FX1N系列产品
ALPHA为独立单元式结构(图6右)，I/O点数有6（4DI/2DO）、10(6DI/4DO)、20(12DI/8DO)3种，不可扩展。更多点数可选FX1N系列产品(图6左)，主机I/O点数为36(20DI/16DO)，加扩展模块后最多可带128点。
7. 日本光洋公司DL06系列产品
DL06产品为整体式PLC，其本体带36点I/O：输入16点，输出20点。且本体带有4个扩充槽位，可用于安装各种扩充模块(见图7)，以增加PLC的I/O点数(其最大扩张I/O点数可达164点)。
8. 无锡台安科技公司GENIS系列产品
GENIS系列产品有两种型号：10点I/O(6DI/4/DO)、20点I/O(12DI/8DO)，显示器和8个键盘类似OMRON公司ZEN(图8)。
9. 以色列Unitronics公司的M90/M91系列产品
由图9可见，M90/M91微小外形与上述产品差别较大，更类似一台小尺寸数字显示仪，其尺寸为96mm×96mm×64mm，在这个可放在掌心的袖珍形设备内集成了14～38个I/O点的微型PLC和一个带键盘操作显示面板。M90/M91系列共有13个产品，其I/O点数和性能稍有差别，如有的带模拟量输入，有的带模拟量输出，有的带CANbus总线等。M90/M91可安装在仪表盘或DIN导轨上。LCD液晶显示器是一个可最多显示1或2行各16个字符(带背光)的文本显示器，在操作显示面板下面有15个密封隔膜按键。
二 带HMI微型PLC的性能和特点分析
(1)外形尺寸
Siemens公司LOGO！系列标准型LOGO！10点I/O外型尺寸只有72mm×90mm×55mm；三菱公司6点输入、4点输出的简单应用控制器AL-10MR-A外形尺寸只有71.2mm×90mm×55mm；Unitronics公司M90/M91尺寸为96mm×96mm×64mm。这样小巧尺寸非常适合设备的就地安装，其中大部分采用导轨式安装，Unitronics公司M90/M91则还可采用面板式安装。
(2)HMI显示器可选
带HMI微型PLC的特点是将HMI、PLC融为一体，但它毕竟是微型产品，许多情况不一定要HMI，所以大部分产品将带HMI作为选项。
(3)HMI显示器的显示内容
对微型PLC系统来说，通常文本显示就足够，现在有1行(Unitronics公司M90/M91)、2行、4行、6行(Pro-face公司PRO-iO)，每行10～16个字符显示。Moeller公司最新EASY产品还有一个简单的图形化显示界面。本文尚未介绍的北京博控自动化公司OP7200控制器带1/4VGA(320*240像素)图形显示器和9个键盘，还可选触摸屏操作。
(4)I/O点数
通常认为，I/O点数在64点以下为微型PLC，64～256点为小型PLC。本文所述绝大部分(包括所带扩展I/O)在微型范围内，少数扩展能力强的大致在小型范围内。最少点数的是三菱公司ALPHA有6点及10点产品，台安科技公司GENIS 10点I/O(6DI/4/DO)、和泉公司的FL1A 和OMRON公司的ZEN也有 10点I/O(6DI/4/DO)的产品。所以这种PLC可以用在那些控制点数非常少而可靠性要求高的地方。
(5)I/O类型
DI通常为12/24VDC、115/240VAC电压输入，DO通常为12/24VDC、115/240VAC电压晶体管或继电器输出，继电器输出最大电流可达10A(Siemens公司LOGO!、三菱公司ALPHA)。少数产品带模拟量输入输出，有的还有PID调节功能(光洋公司DL06、Unitronics公司M90/M91)，模拟量输入输出类型有0～10V、0～20mA、Pt100、热电偶等，有的虽有模拟量输入，但只是用于产生开关量信号的模拟量比较功能(如Pro-face公司PRO-iO、Siemens公司LOGO!)。
(6)编程方式
带HMI微型PLC通常采用所附HMI面板和操作键盘进行程序编制，编程语言有梯形图、功能块和特殊功能块(Siemens公司LOGO!)，也有部分产品可采用专用软件加PC机编程。
(7)供电电源
带HMI微型PLC的电源为12/24VDC、115/240VAC电压，也有24VAC、115/240VDC电压。
(8)总线类型
带HMI微型PLC的主机扩展时有的已用到各种现场总线，如Siemens公司LOGO!可用3种通信扩展模块：AS-i、LON、EIB；Moeller公司EASY可用AS-i、Profibus-DP、CANopen、DeviceNet现场总线方式扩展；Unitronics公司M90/M91带CANbus总线；光洋公司DL06可组成DeviceNet、CUNET网络。
(9)附加功能
有的产品提供了日期/时钟显示、多达6种语言显示、备用电池、保存或下载程序用存储器等附加功能。
(10)通信功能
三菱公司FX1N通过扩展板可增加RS-232/422/485通信功能；Unitronics公司M90/M91带RS-232接口，支持GSM通信功能；光洋公司DL06带双通信口：RS-232C、RS-232/422/485；和泉公司FL1可增加RS-232/485通信功能。
(11)价格
带HMI微型PLC价格通常低于HMI、PLC分离式产品20%～30%，最低价格约合100多美元或1000多元人民币，可见其价格优势非常明显。
以上列举的只是我们目前所了解的情况，实际上带HMI微型PLC发展非常快，厂家也在不断更新产品，如在1996～2001年间，Siemens公司LOGO！就更新了4代，原有6点I/O、20点I/O加长型、20点I/O总线型产品均已淘汰。OMRON公司ZEN原只有10点I/O产品，后也增加了20点I/O产品。Unitronics公司M90/M91原来本机I/O点数最多24点现已增加到38点，文本显示器显示容量由1行增加到2行。所以我们应关心带HMI微型PLC的发展，以便为生产过程提供最好、最适用的产品。国内HMI及微型、中小型PLC生产厂家也可借助这类产品作为突破口，占领国内市场。