全球首款第六代PLC?

取这个标题很有趣，有点哗众取宠，可能会招来很多砖头，但希望是我抛砖能引玉。实际上，我对PLC的研究也很多年了，还很少有听说XXX PLC是属于XXX代的。说下一代PLC为第六代也可，说第八代也行吧，谁又能说清楚现在的个人电脑是什么代呢？其实，这些并不重要，重要的是PLC的哪些功能可以帮助我们尽快完成任务，现在人资成本在提高，半导体成本在下降，我们可用更快的MCU，更大的内存，更多的特殊模块实现更多的功能，就PLC领域而言，现在的MCU所能提供的功能远远超出目前普通PLC的功能，不充分发挥这些功能实际上是浪费资源。
中国工控网、中华工控网等能够在新年伊始发起下一代PLC的讨论，非常可喜可贺，这说明国产PLC的发展已经有一定的水准了，但也应该看到，国内目前是有很多的牌子，但仿的还是占大多数，不成体系，完全自主的极少，有能力搞下一代PLC的厂家不多。这从活动的现状就已体现出来，活动一开始很活跃，时间仅过一个月就趋冷了，而且没有见到PLC厂家回应或参与， 这说明用户很有想法，厂家呢？是不屑还是心有余而力不足？
我对PLC也是有很多想法的，有人认为PLC会逐渐没落，而我认为PLC还有很多潜能没被开发，多年来一直在设计各种各样的PLC，有的PLC设计理念还是比较超前的，如在2007年就设计了一款带较大尺寸液晶屏的PLC，并获得了专利，但没有量产。
乘这次活动的东风，回顾总结下多年来对PLC研究、应用心得，同时也展示一款最新设计的PLC（超级PLC，英凯的SPC-Supper Programmable Controller ），该款Aeonkon SPC内含1项发明专利和2项实用新型专利。并就活动的要求，对Aeonkon SPC的外观、性能、通讯、编程软件等进行简要的说明，希望能起到抛砖引玉的作用，为活动添一把火，把国产PLC烧旺起来。
一、外形----基本型
图1是新款PLC（Aeonkon SPC）的照片及配置图
图一的PLC由2层构成，电源层和顶层，电源层有独立的交流电源输入插座，除了供内部使用的各种直流电源外还有隔离的直流电源输出（+24V/1A、+5V/1A）供传感器和输入IO口使用。
电源层有电力线通讯（PLC-Power line communication）模块的接口，能通过电源线实现PLC之间的通讯。
顶层有普通的栅栏式输入/输出接线端子、卡线式高速端子、TF卡（4G~8GB）、可选的彩色显示/触摸屏（2.4寸，320x240）、扩展模块接口、可选的通讯模块、多功能扩展区，以下介绍各部分的组成及能实现的功能。
1、 栅栏式输入接线端子，6路中速（>100KHz、<500KHz）脉冲信号，10路低速（<100Hz）开关信号。
2、 栅栏式输出接线端子，3路中速（>100KHz、<500KHz）脉冲信号，可用于3轴电机控制，13路低速（<100Hz）开关信号。
3、 在栅栏式输入/出接线端子的位置，可以更换为卡线式接线端子，使得I/O数由32路增加到72路。
4、 卡线式输入端子，提供8路高速（高达5MHz）脉冲信号输入，可以实现高速计数和定位功能。
5、 TF卡，可以支持需要大量数据记录和数据库应用的场合。
6、 彩色显示/触摸屏,可以实时显示每秒30帧的图像，也可以显示各种数据，可以作为微型触摸屏使用，由于该显示器成本不低，因此设计成可选的、可拆卸的，可以从PLC本体拆下装在设备的操作面板上。
7、 扩展模块接口，与三菱FX1N、FX2N的扩展模块接口全兼容，可以使用FX系列的各种扩展模块。
8、 通讯模块，通讯模块是可选模块，可以实现各种通讯功能，典型配置有：
（1），无线通讯接口，可实现无线（430MHz~2.4GHz），Zigbee，WiFi，GPS，GPRS，WUSB（无线USB），蓝牙等通讯。
（2），RJ11接口，RJ11有6根线，标准配置为USB和RS-232C或RS-485。
（3），RJ45接口，RJ45接口通常作为Ethernet使用，在不需要Ethernet时可作为2路CANbus接口。
9、 多功能扩展区，此区有非常多的可选模块：
（1），高速输出，可提供8路高速（高达5MHz）的脉冲输出信号用于定位控制。
（2），模拟输入，4通道标准（1~5V或4~20mA）信号输入。
（3），模拟输入/出，2通道标准（1~5V或4~20mA）信号输入，2通道标准（1~5V或4~20mA）信号输出。
（4），模拟输出，4通道标准（1~5V或4~20mA）信号输出。
（5），4通道热电阻输入。
（6），4通道热电偶输入。
（7），音/视频输入/输出。
（8），专用编程接口（三菱编程口）。
（9），第二个RJ45接口，可以作为第2个Ethernet或提供2路CANbus作为远程IO的通讯接口。
（10），光纤通讯接口。
             

二、外形---堆叠型
Aeonkon SPC的最大特点是有中间层，并且可以堆叠，理论上最多可以有16层！中间层可以是相同的也可以是不同的，通过内部总线互连，中间层可以是简单的IO板，也可以是拥有自己的CPU的智能板。中间层根据功能的不同有以下几类：
（1），普通IO板，可以提供64~80点任意组合的数字IO。
（2），智能AD、DA板（APC –Analog Programmable Controller），提供32通道的AD或DA模拟信号。
（3），温度测量、控制板（APC），提供32通道的温度测量、控制信号。
（4），运动控制板（MPC—Motion Programmable Controller），3轴完全（各种保护，自回零等）功能运动控制器或12轴简易（只输出正/反向脉冲信号）功能运动控制器，内置有专用MCU，可以实现各种运动控制规律的计算、插补功能。
运动控制板有38路高速（高达5MHz）脉冲信号输入和26路高速（高达5MHz）脉冲信号输出，全部采用最新的磁耦隔离芯片，速度可达150MHz。
运动控制板还有多达6路的模拟输入通道，可用于检测电机的电流、温度的参数。
（5），音/视频信号处理板（VPC—Vision Programmable Controller），可处理4路的模拟视频信号，实现视频监控、位移检测、图像识别（如二维码扫描等应用）。

三、外形尺寸
基本型尺寸：电源层+顶层，145x96x86.5（长x宽x高mm），比FX3U-32短5mm，宽6mm，高基本相同。
堆叠型尺寸：长和宽与基本型相同，高度取决于中间层的层数，中间层的层高为16.6mm。因此+1中间层的总高度为：103mm。+2中间层的总高度为：119.6mm。+3中间层的总高度为：136.2mm，这高度与一般的伺服驱动器高度相当。

Aeonkon SPC采用堆叠式结构，在145x96x136.2(mm)的超小体积中，可以实现以下应用：
1，300点以下的数字IO，16通道模拟输入/输出的系统应用。
2，9轴全功能运动控制+3轴简易运动控制或39轴简易运动控制。
3，4路视频监控、位移检测、图像识别。
4，96通道以上模拟信号处理。

除此之外，还有3种方式扩展本机的功能：
1、 通过远程IO扩展，远程IO的总线可以是CANBus、Zigbee，Ethernet等。
2、 通过扩展模块接口使用FX2N的各种扩展模块扩展系统的功能。
3、 通过水平堆叠的方式进行扩展，Aeonkon SPC可以工作在主机或从机模式，这种方式可以大量扩展各种功能的模块，并能实现并行处理，采用3台Aeonkon SPC就可以构成1000点规模的系统，这基本上达到中型机的水平了，但成本却远低于同类的中型机。

四、性能
Aeonkon SPC采用模块化的设计和堆叠式结构可以配置出从最简单到很复杂的产品，指令的执行速度和存储容量可以根据产品的规模和复杂度优化匹配，在一个壳体内最多可以有4个主控制器：
1、PLC（Programmable logic Controller）主要执行数字IO的处理，当然也可以处理模拟量，与现有的PLC功能是一样的。
2、APC（Analog Programmable Controller）负责大量模拟信号的处理，如非线性校正，解耦控制，前馈控制、模糊控制等。
3、MPC（Motion Programmable Controller）运动控制器，负责各种电机的控制，各种插补的计算。
4、VPC（Vision Programmable Controller）视频（或视觉）控制器，负责视频信号的处理与控制。
一般的应用场合有PLC就足够了，至于运行速度，采用现今流行的Cortex-M3内核，在72MHz主频下所能到达的速度都可以超过FX2N的水平。
Aeonkon SPC最多可以有4个主控制器，通过内部总线互连，总线可以是标准的PCI，也可以是自定义。此外，还可以有12个智能IO模块，每个IO模块都可以有自己的CPU，因此，Aeonkon SPC是个多处理器架构的超级PLC，它能实现的功能和它的处理能力不是一般的PLC能比的。

五、通讯
Aeonkon SPC有可选的通讯模块，理论上可以实现任何方式的通讯，在图1的实现中，通讯模块有3个接口：
1、 无线接口：可以实现430MHz~2.4GHz范围内的各种自定义通讯、Zigbee、GPRS（短信）、GPS、WiFi、Bluetooth（蓝牙）、WUSB（无线USB）等。
2、 RJ11接口：USB+RS-232C或USB+RS-485。USB用于编程，同时支持Andriod的ADK，可以用Andriod的手机或PAD进行简单的在线监控或数据修改等操作。RS-232C用于和触摸屏或上位机通讯，RS-485可以实现Modbus。
3、 RJ45接口：标准的以太网（Ethernet）接口，在不用Ethernet时，可提供2路的CANBus用于远程IO的扩展。

此外在多功能扩展区还可选择第二个Ethernet、CANBus、光纤通讯接口，在电源层还可以有PLC-Power Line Communication通讯接口。因此，Aeonkon SPC可以同时配备5种不同的通讯接口+1种可选的（Ethernet、CANBus、光纤）的通讯接口，如此多的通讯接口或方式，除了专用的通讯接口以外，基本涵盖了目前所用到的各种通讯接口，前所未有。

六、编程软件
编程软件在PLC体系中占据非常重要的位置，可以说拥有自主的编程软件才能说掌握了PLC的核心技术，有自主的编程软件才能随心所欲地发挥PLC的功能。
国内能生产PLC的厂家不少，拥有自主编程软件的不多，能够开发编程软件的更少，有的厂家虽然有自己的编程软件，实际上并没有掌握PLC的核心技术，所受的限制很多，发展的潜力有限。
PLC编程软件难在哪呢？难点1：是图形到代码的转换，这比代码到代码的转换（如高级语言到汇编语言的装换）要难得多，简单的梯形图比较容易转换，复杂的梯形图就难了。例如，梯形图中的桥式电路，到目前为止，三菱的编程软件都无法编译这种电路，因此认为是非法的，而在现实世界中，这样的电路可是比比皆是。
梯形图中的桥式电路采用一般的方法是无法描述的，基本上要用到图论，甚至是有向图。我所知道的能处理桥式电路的编程软件有OMRON和Aeonkon的编程软件。
为什么要用桥式电路？在复杂的网络中用桥式电路可以节省很多的指令，既节省了程序空间也提高了执行速度，程序的可读性也更好，这在我的实际编程中是经常使用的。
难点2：能流显示。在复杂的网络中，涉及到的输入/输出信号、内部继电器都很多，PLC的执行速度又很快，要看清梯形图的内在逻辑不是那么容易的，有能流显示功能的编程软件则能很容易看出问题所在，极大地提高调试效率。要实现能流显示功能，其算法也是较复杂的，Aeonkon和OMRON的软件都有这种功能。
PLC与一般的嵌入式控制器的差别在于PLC可以在线编辑和调试，因此在线编辑和调试功能也是PLC编程软件的非常重要的功能。
说到PLC编程软件就不能不提IEC61131标准，IEC61131是从IEC1131进化而来，功能块减少到3种，编程语言为5种，变量类型22种，指令约为60条。实际上，IEC61131提出了一套PLC内组织程序和变量的描述方法及少量的建议指令，这些远不足以构成PLC体系，因此各厂家推出的所谓兼容IEC61131标准的软件差异还是非常大的。
国内很多用户或初学者高估了IEC61131的作用，视乎IEC61131能够统一PLC的编程环境，学习一种就可以使用各家的PLC，这种可能性应该不大，随着PLC的发展，功能越来越复杂，编程软件的差异会更大。
有关IEC61131的讨论可参见http://home.gongkong.com/profile/blogdetail.aspx?id=2011042815090400002。

以下简要介绍Aeonkon 的PLC编程软件。Aeonkon PLC编程软件从2003年开始写（主要是利用业余时间）到现在10年了，软件在2005年就已实现在线编辑与调试、桥式电路的编译、能流显示等功能，最早是用MFC写的，此后，改用STL/ATL/WTL写，拥有全部的源代码。梯形图的风格有类似OMRON的，如同3所示，也有类似三菱的，如图4所示。现正在将其移植到Eclipse平台。

图3  OMRON风格的梯形图


图4  三菱风格的梯形图

图5 Aeonkon PLC编程界面
总结：
Aeonkon SPC是新一代PLC的首款产品，把它称为第六代PLC只是方便参与本次活动。Aeonkon SPC的构成方式是非常灵活的，若将其内部总线展开做成背板就成为带背板的模块式PLC，类似三菱的Q系列、OMRON的C200系列、CS1系列等，也可以采用级联总线的方式做成无背板的模块式PLC，类似OMRON的CJ系列、SIEMENS的S-300系列。这些都在同一技术架构之下，实现起来是非常容易的，不存在技术障碍。