PLC 從硬件的結(jié)構(gòu)上來(lái)區(qū)分可分為硬PLC和軟PLC。

所謂硬PLC 從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)是由硬件或者一塊專(zhuān)用的ASIC 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC 指令的執(zhí)行．而軟PLC（即SoftPLC，也稱(chēng)為軟邏輯SoftLogic）是使用PC 機(jī)或嵌入式控制器作為硬件支撐平臺(tái)，利用軟件實(shí)現(xiàn)硬PLC 的基本功能?；蛘哒f(shuō)，將PLC 的控制功能封裝在軟件內(nèi)，運(yùn)行于PC 或嵌入式控制器的環(huán)境中。

隨著二十世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，硬PLC 的通用性及兼容性差等弊端愈來(lái)愈明顯。而計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議和成熟的局域網(wǎng)技術(shù)使組網(wǎng)十分簡(jiǎn)便，還可以通過(guò)Intemet 與外界相連。一個(gè)具有開(kāi)放性的系統(tǒng)可以和任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。那么能不能將PC 開(kāi)放性和PLC 的可靠性等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起呢？國(guó)際電工委員會(huì)于在IEC61131-3 的標(biāo)準(zhǔn)中提到，充分利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）或嵌入式控制器（EPC）的硬件和軟件資源，全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬PLC 能實(shí)現(xiàn)的功能。這就是國(guó)際上出現(xiàn)的一軟PLC 技術(shù)。

軟件PLC 綜合了計(jì)算機(jī)和PLC 的開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)值處理、網(wǎng)絡(luò)通信、PID 調(diào)節(jié)等功能，通過(guò)一個(gè)多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O 系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。所以，軟件PLC 提供了與硬PLC 同樣的功能，

同時(shí)又提供了PC 環(huán)境。軟PLC 與硬PLC 相比，還具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1) 具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)。軟PLC 具有多種I/O 端口和各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口，可在不同的硬件環(huán)境下使用，突破傳統(tǒng)PLC 對(duì)硬件的高度依賴(lài)，解決了傳統(tǒng)PLC 互不兼容的問(wèn)題。

2) 開(kāi)發(fā)方便，可維護(hù)性強(qiáng)。軟PLC 是用軟件形式實(shí)現(xiàn)硬PLC 的功能，軟PLC 可以開(kāi)發(fā)更為豐富的指令集，以方便實(shí)際工業(yè)的應(yīng)用；并且軟PLC 遵循國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，支持多種編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)更加規(guī)范方便，維護(hù)更簡(jiǎn)單。

3) 能充分利用PC 機(jī)的資源?，F(xiàn)代PC 機(jī)的強(qiáng)大的運(yùn)算能力和飛速的處理速度，使得軟PLC 能對(duì)外界響應(yīng)能迅速作出反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)處理大量的數(shù)據(jù)。利用PC 機(jī)的軟件平臺(tái)，軟PLC 能處理一些比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如浮點(diǎn)數(shù)和字符串等。PC 機(jī)大容量的內(nèi)存，使得開(kāi)發(fā)幾千個(gè)I/O端口簡(jiǎn)單方便。

4) 降低對(duì)使用者的要求，方便用戶(hù)使用。由于各廠(chǎng)商推出的傳統(tǒng)PLC 的編程方法差別很大，并且控制功能的完成需要依賴(lài)具體的硬件，工程人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)，掌握各個(gè)產(chǎn)品的內(nèi)部接線(xiàn)和指令的使用。軟PLC 不依賴(lài)具體硬件，編程界面簡(jiǎn)潔友好，降低了使用者的入門(mén)門(mén)檻，節(jié)約培訓(xùn)費(fèi)用。

5) 打破了幾大家壟斷的局面。有利于降低成本，促進(jìn)軟PLC 技術(shù)的發(fā)展。

1.1 軟PLC控制方案

要實(shí)現(xiàn)軟PLC 控制功能，必須具有三個(gè)主要部分，即開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、對(duì)象控制器系統(tǒng)及I/O 模塊。

++開(kāi)發(fā)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)編寫(xiě)程序，對(duì)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

++ 對(duì)象控制器及I/O 模塊是軟PLC 的核心，主要負(fù)責(zé)對(duì)采集的I/O 信號(hào)進(jìn)行處理，邏輯控制及信號(hào)輸出的功能。

1. 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)

軟PLC 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)際上就是帶有調(diào)試和編譯功能的PLC 編程軟件，此部分具備如下功能：編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化，遵循IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)，支持多編程語(yǔ)言（共有5 種編程方式：IL、ST、LD、FBD和SFC），各編程語(yǔ)言之間可以相互轉(zhuǎn)換；豐富的控制模塊，支持多種PID 算法（如常規(guī)PID 控制算法、自適應(yīng)PID 控制算法、模糊PID 控制算法及智能PID 控制算法等），還包括目前流行的一些控制算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；開(kāi)放的控制算法接口，支持用戶(hù)嵌入自己的控制算法模塊；仿真運(yùn)行，實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)控，在線(xiàn)修改程序和編譯；網(wǎng)絡(luò)功能。支持基于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PLC 遠(yuǎn)程監(jiān)控， 遠(yuǎn)程程序修改等。

2. 對(duì)象控制器系統(tǒng)及I/O 模塊

這兩部分是軟PLC 的核心，完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理等工作。通常由I/O 接口、通信接口，系統(tǒng)管理器、錯(cuò)誤管理器、調(diào)試內(nèi)核和編譯器組成。

++I/O 接口：可與任何I/O 信號(hào)連接，包括本地I/O 和遠(yuǎn)程I/O，遠(yuǎn)程I/O 主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)如InterBus，ProfiBus，CANopen 等實(shí)現(xiàn)；

++通信接口：通過(guò)此接口使運(yùn)行系統(tǒng)可以和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)或HMI 按照各種協(xié)議進(jìn)行通信，如下載PLC 程序或進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

++系統(tǒng)管理器：處理不同任務(wù)和協(xié)調(diào)程序的執(zhí)行；

++錯(cuò)誤管理器：檢測(cè)和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的各種錯(cuò)誤；

++調(diào)試內(nèi)核：提供多個(gè)調(diào)試函數(shù)，如強(qiáng)制變量、設(shè)置斷點(diǎn)等；

++ 編譯器：通常開(kāi)發(fā)系統(tǒng)將編寫(xiě)的PLC 源程序編譯為中間代碼，然后運(yùn)行系統(tǒng)的編譯器將中間代碼翻譯為與硬件平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器碼存入控制器。

3. 綜合控制方案

軟PLC 控制器的硬件平臺(tái)主要可以分為如下三部分：

1)基于嵌入式控制器的控制系統(tǒng)：嵌入式控制器是一種超小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般沒(méi)有顯示器，軟件平臺(tái)是嵌入式操作系統(tǒng)（如Win CE、VxWorks 或QNX 等）。軟PLC 的實(shí)時(shí)控制核被安裝到嵌入式控制系統(tǒng)中，以保證軟PLC 的實(shí)時(shí)性，開(kāi)發(fā)完的系統(tǒng)通過(guò)串口或以太網(wǎng)將轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制碼寫(xiě)入到對(duì)象控制器中，

其結(jié)構(gòu)如圖 所示。

2) 基于工控機(jī)（IPC）或嵌入式控制器（EPC）的控制系統(tǒng)：該方案的軟件平臺(tái)可以采用

Windows 操作系統(tǒng)（Windows XP Embedded，Windows 7 等），通用I/O 總線(xiàn)卡將遠(yuǎn)程采集的I/O信號(hào)傳至控制器中進(jìn)行處理，軟PLC 可以充當(dāng)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的角色及對(duì)象控制器的角色。目前市場(chǎng)上越來(lái)越多的用戶(hù)更傾向于直接使用面板型工控機(jī)進(jìn)行控制的方案，這樣的方案直接集成了HMI，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)及對(duì)象控制器的功能，大大降低了成本，其控制方案結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。

3) 基于傳統(tǒng)硬PLC 的控制系統(tǒng)：此方案中，PLC 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)一般在普通PC 機(jī)上運(yùn)行，而傳統(tǒng)硬PLC 只是作為一個(gè)硬件平臺(tái)，將軟PLC 的實(shí)時(shí)核安裝在傳統(tǒng)硬PLC 中，將開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編寫(xiě)的系統(tǒng)程序下載到硬PLC 中，其控制系統(tǒng)圖，區(qū)別是將圖中的嵌入式控制器替換成傳統(tǒng)硬PLC。

1.2 軟PLC的發(fā)展方向

1. 硬件/系統(tǒng)平臺(tái)

軟PLC 采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的軟件控制技術(shù)，將一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)改變?yōu)橐粋€(gè)具有PLC全部功能的過(guò)程控制器。可以想象，微處理等硬件的快速發(fā)展（如Intel 等處理器生產(chǎn)廠(chǎng)家）和操作系統(tǒng)等軟件的快速發(fā)展（如Microsoft 操作系統(tǒng)提供商等）勢(shì)必也會(huì)帶動(dòng)軟PLC 的快速發(fā)展，并使其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。

當(dāng)IEC 61131-3 編程標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世及在其影響下的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，使得通用PC 或嵌入式系統(tǒng)有可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)PLC，成為新型PLC----軟PLC。其典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是工控機(jī)或嵌入式系統(tǒng)+I/O 接口+軟PLC 軟件包。軟PLC 產(chǎn)品是基于PC 或嵌入式系統(tǒng)開(kāi)放結(jié)構(gòu)的控制裝置，它具有硬PLC 在功能、可靠性、速度等方面的特點(diǎn)，利用軟件技術(shù)可將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC 或嵌入式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成全功能的PLC過(guò)程控制。

2. 編程語(yǔ)言

以往各個(gè)PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品不僅硬件各異，其編程方法也是五花八門(mén)，如三菱，西門(mén)子，歐姆龍等都有自己獨(dú)立的編程軟件，其I/O 映射的方法也有所不同，用戶(hù)每使用一種PLC 時(shí)，不但要重新了解其硬件結(jié)構(gòu)，此外還需要重新學(xué)習(xí)編程方法及其規(guī)定。為減輕用戶(hù)學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，也為了統(tǒng)一行業(yè)內(nèi)的編程規(guī)范，IEC 于1993 年發(fā)布了IEC 61131-3 有關(guān)可編程序控制器編程的標(biāo)準(zhǔn)。以往各個(gè)PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品互不開(kāi)放，要將幾個(gè)PLC 廠(chǎng)家的產(chǎn)品連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里是很困難的，而以通用的PC 或嵌入式控制器取代各制造廠(chǎng)專(zhuān)用PLC，可使系統(tǒng)從封閉走向開(kāi)放_(tái)。