淺談PLC與單片機技術的選用

吳璇

摘要：當前，我們已進入智能化時代，PLC、單片機等自動控制系統的關鍵控制元件備受設計界關注，要確保PLC與單片機技術的選用科學合理，便應先對PLC與單片機技術有所了解?；诖?，本文先對PLC與單片機技術進行了細致描述，而后對PLC與單片機技術進行了比較分析，闡述了兩者的聯系，并基于實際出具了PLC與單片機技術的選用策略。

關鍵詞：PLC；單片機技術；選用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）07-0265-02

眾所周知，PLC、單片機均是自動控制系統的核心構成成分，兩者在功能方面不但各具特色，也具有交叉點。實質上，單片機是以單板機為基礎發展所得，即一塊位于硅片中融合微處理器、存儲器等成分的芯片，該芯片與計算機存在相同屬性，故而也將其視為單片微型計算機。PLC即可編程邏輯控制器，內部存儲器具有編程功能，經由相應指令與數字/模擬式I/O口，在工業現場機械/生產中獲取了寬泛運用。但以PLC技術為基礎構建產生的自動控制系統性能高，成本投入較大，以單片機技術為基礎構建產生的控制系統開發較有難度，但所需成本小，這就為從業人員在兩者的選用方面帶來了較大難題?；诖?，本文對PLC與單片機技術的選用進行了探究，望以此為從業人員予以借鑒。

1 PLC與單片機技術概述

1.1 PLC技術

PLC即數字運算操作類電子系統，是以工業領域為主所研發設計的一款新型工業控制裝置，其往往經由16/32位CPU，借助硬件電路、繼電器等協同管理與控制。因為PLC在還未對控制程序下載時不存在任意控制功能，因而不應將PLC視為單一的芯片，應作為電路系統看待，其性能主要由其內部固化的梯形圖語言闡釋程序的效率所決定，通訊程序則對PLC和外界進行信息交流的難易度具有決定性作用，這便是開發PLC的核心技術。位于部分簡潔、小型應用中，往往無須和外界進行信息交流，也并不需要具備通訊程序，僅需經由獨立控制器的模式運行且在內部固化具備可對梯形圖語言加以解釋的程序便可。如此也就使得對梯形圖語言解釋程序的開發變為了PLC的核心要點。并且，盡管PLC是以工業環境為主所設計的通用控制系統，然而卻需經由二次開發且配置與之對應的程序編輯/調試軟件，方可契合實際控制需求，這也從另一層面表明匱乏應用程序的PLC沒有任何意義。

較之單片機來看，PLC具有更強大的運算功能，體積不大，工業抗干擾設計水平更優，且位于模擬量計算、PID功能和性價比等層面，PLC優勢特征更為明顯。當前，PLC技術的發展已較為成熟，在工程控制方面的部分運用已完全取締DCS系統，其發展特征更為契合現代工業發展所需。經由大型、超小型機的特殊性能，人機界面與通信這三大模塊，能大幅提升應用和PLC技術有關的工業控制設備的便利性，當前PLC技術在國內各大行業都獲取了寬泛運用，為各行各業及國民經濟的發展具有極強的促進功能。

1.2 單片機技術

單片機即集成電路芯片之一，經由單片機可把一個計算機系統有效集成置于一個芯片中，其不具備I/O設備，計算機與芯片為1：1。就單片機來看，其存在體積小、質輕、價格實惠等優勢特征，對控制系統的學習、開發運用大有裨益。單片機技術于1990年末獲取了較好發展。特別是處在ARM系列運用愈加寬泛的背景下，16位單片機已經由32位單片機取締。較之以往的8位單片機來看，其處理能力更為強大。當今社會，32位單片機主頻已在300MHz以上；位于出廠價格這一層面，普通、最高端型號的單片機差價為9美元。針對現有的單片機系統而言，其在一定層面變革了原先處于裸機環境中設計和運用的情況，且大部分專用嵌入式操作系統位于全部系列的單片機中都獲取了較好應用。除此以外，經由高端單片機，還能在掌上電腦和手機端對Windows等操作系統直接應用，較之專用處理器而言，單片機在嵌入式系統中的運用更具優勢。

不斷CMOS化，低功耗、電壓與噪聲，功能更強大等即單片機技術的發展趨勢。當前，位于家用電器、金融、教育等多個領域均開始對單片機技術進行運用。并且，經由位于電子系統中對單片機計算機系統內核的嵌入，能為電子系統的智能化予以支撐，借助單片機技術構建所得的現代電子系統勢必變為主流電子系統。

2 PLC與單片機技術的比較

2.1 性能的比較

PLC即以工業現場控制環境為主所開發出的一套系統，存在極強的可靠性與通用性。一般而言，在對PLC理解時可將其視為單片機與抗干擾系統融合的設施。

就單片機來看，其某些參數具有極強的離散性，譬如電阻等，加之芯片質量各有不同等因素的存在，往往需對系統實施甄別配對等技術處理。就小批量產品而言，并不會單獨設計特殊的處理技術，且任意元件參數與設計標準相背離均會弱化系統的穩定性，無法確保系統的可靠性與統一性。

就可擴展性與可維護性方面，單片機較之PLC技術略遜一籌。單片機系統通常是以具體需求為基礎對線路與程序進行特殊設計，若想以以往的功能為基礎加設其余功能，那么便應對線路與程序重新設計。如此一來，每加設一項功能便將導致單片機研發成本與時間加大。但就PLC來看，要加設功能，僅需加設與之有關的模塊，并將相關程序予以修正便可，編程較為簡潔，如此便能縮減開發時間。并且，PLC本就存在極為強大的自診斷功能，若控制系統出現異常，便會自行跳轉至異常提示頁面，顯示異常原因與排除方式，能為維修人員快速處理異常予以幫助。

2.2 軟件開發的比較

細致而言，單片機的軟件設計慣于以匯編語言/高級語言C為主進行單片機的開發。匯編語言開發和硬件系統具有密切關聯，開發人員應具有較強的操作水平且可以對單片機指令系統里面的百余條指令有效利用、明確寄存器的分配、知曉存儲器的結構等。較之匯編而言，C語言程序自身無須依靠機器硬件系統，通常無須修正或者只需要簡單修正便能夠位于各大系統里面移植運用，并不需要單片機指令系統。而且，C語言屬于高級語言，它的語句操作邏輯較為契合人類思維習慣，無論選取哪一語言對繁雜程序進行編程，基于結構化程序設計原則，均是通過順序、分支、循環、子程序等結構組成。就PLC的初衷來看，即取代繼電器工作，編程工作者對繼電器系統極為精通，故而PCL的開發語言以梯形圖為主，與電控圖具有較強相似性。另外，將梯形圖排除在外，編程語言還囊括指令表、結構化文本語言等等，PLC的程序執行過程就如同一個循環往復的動態掃描過程，能將其劃分為輸入采樣、用戶程序執行與輸出刷線這三大環節。

盡管PLC、單片機程序設計的編程語言存在差異，然而編程思路卻均能通過流程圖予以表述。單片機軟件設計和研發需設計人員由底層硬件的開發入手，語言掌握具備一定的難度，因而這就導致其開發較為困難，所需時間較長。但實質上，無論是PLC技術抑或者單片機技術，最為重要的均未算法設計，僅有選取適宜的算法方可開發有效程序。

3 PLC與單片機技術的關系

PLC和單片機技術兩者的關聯如下：

一是兩者沒有可比性。因單片機屬于集成電路系統之一，但PLC卻是以單片機為基礎發展所得的產品。PLC功能的達成需借助若干單片機實現，或需通過嵌入系統達成。若配置的單片機品質差強人意，則PLC也不具備較好品質。PLC內單片機/嵌入系統要求頗高，能契合比較嚴苛的環境需求，尤其是在狂干擾能力與元器件的選取方面，均要高于單片機的設計要求。

二是單片機能夠構建產生多樣性應用系統，不管是微型、小型抑或者大型均可，而PLC可謂是單片機應用系統中的特殊存在。PLC系統契合小批量、控制邏輯或工藝需不斷變化的系統，譬如工程項目，位于此類系統中可具有最優性能價格比。然而，就大批量固定控制需求系統而言，依舊以探尋優質單片機開發人員獨立設計具備更大經濟效益，盡管初期所需成本較大、時間長，然而分配至單體產品卻較為實惠。

三是PLC通常經由梯形圖編程，盡管具備另外的語言，然而梯形圖的應用更為便捷。盡管各廠商的PLC編程所運用的圖形存在差異，然而其宗旨相同，存在較強的共同性，語法于編程理念并無較大差別，故而具備PLC基礎的人對其他廠商的PLC進行制造較為簡單?，F階段，編程軟件開始面向標準化方向發展，這是PLC技術獲取寬泛運用的主因。就單片機應用系統的設計而言，需技術人員具備較強專業技能，單片機制作時技術人員盡顯神通，但在功能方面依舊具有差異，品質各不相同，不管是學習、運用抑或者維護均具有一定的難度。

四是單片機往往在電子方面運用，且以弱電為主，但PLC則在設備中運用，以強電為主。若需帶動電機，便需借助PLC，因其屬于大型設備，而單片機僅為微型/小型設備。

4 PLC與單片機技術的選用策略

實質上，PLC即工業控制計算機系統，具體以單片機為基礎構建所得。借助單片機可構建產生各類應用系統，然而PLC并非如此。就算單片機品牌各不相同，然而其PLC的工作原理、功能、參數大多相似，存在一定的互換性與穩定的質量。就PLC編程平臺來看，其存在功能塊、結構文本、梯形圖等模式，工作人員最常運用的方式即經由PLC軟件，把上述模式編制而成的梯形圖轉換成C語言或者匯編語言，而后經由上述語言之一，對機器碼予以編譯。位于PLC當中，其往往選取的為機器碼，梯形圖主要是方便用戶編程和運用，因而由掌握技術難易程度來看，PLC更為便捷，但因品牌存在較大區別，相同品牌各版本也具有明顯差異，性能升級也會導致編程差異顯著。故而，單項工程抑或者重復數不多的項目，譬如單臺自動化設備/生產線，應選取PLC技術，如此可加大成功率，因PLC穩定性、抗干擾性強，集成化、標準化水平高，自有功能多，能對主流通信協議予以支持，設計人員可將大部分精力置于設備功能的達成方面。并且，PLC具有極強的可擴性，摒除CPU模塊后，還具有較多擴展模塊，僅需直接連接便能擴展。加之PLC裝配極為便捷，通常均為模塊化，接線主要經由接線端子，無須焊接。但即便PLC技術自動化控制具有諸多優勢，然而其所需成本昂貴，在空間與能源有所限制的小微電子產品中不宜使用。

5 結束語

概括而言，本文先從PLC與單片機技術的概念特征入手，而后對PLC與單片機兩者的性能、軟件開發進行了比較分析，并提出了PLC與單片機技術的選用策略，得出PLC較之單片機技術更具應用優勢，但不應在空間與能源有所限制的小微電子產品中運用，望以此為從業人員開展工作予以借鑒。

參考文獻：

[1] 饒偉. 小議PLC與單片機之間的串行通信及應用[J]. 電子制作， 2016（5x）：82-82.

[2] 韓冬， 張拓， 袁慶一. AVR單片機與PLC通信技術的研究與應用[J].工程與試驗， 2016， 56（1）：99-101.

[3] 孫萍， 周璇. PLC與單片機和DCS的比較分析[J]. 電子測試， 2016（12）.

[4] 黃永東. PLC與單片機之間的串行通信及技術應用分析[J]. 電子制作， 2018.

【通聯編輯：光文玲】