單片機(jī)能代替PLC嗎？
單片機(jī)能代替PLC嗎？由于面粉可以代替面條，所以這個(gè)問題的答案是否定的，第一次聽到這個(gè)答案，很多人可能會(huì)有疑問。為什么單片機(jī)這么強(qiáng)大，功能這么豐富，卻不能代替PLC？
所以今天我們來看看什么是單片機(jī)和PLC，它們有什么區(qū)別。
一、單片機(jī)
單片機(jī)，又稱微控制器單元，是一種集成電路芯片，利用VLSI技術(shù)集成中央處理器(中央處理器；CPU)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；隨機(jī)存儲(chǔ)器)、只讀存儲(chǔ)器；(只讀存儲(chǔ)器；ROM)、各種I/O端口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路復(fù)用器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一個(gè)硅片上，形成一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)可見于手機(jī)、PC外設(shè)、遙控器、汽車電子、工業(yè)步進(jìn)電機(jī)、機(jī)器人手臂控制等。
單片機(jī)的歷史并不長，但發(fā)展很快。它的出現(xiàn)和發(fā)展大致與微處理器同步。自1971年美國英特爾公司首次推出4位微處理器以來，其發(fā)展至今大致可分為五個(gè)階段。
單片機(jī)發(fā)展初期(1971-1976):1971年11月，英特爾公司首先設(shè)計(jì)了集成2000個(gè)晶體管/芯片的4位微處理器Intel? 4004，配備了RAM、ROM和移位寄存器，構(gòu)成了第一個(gè)MCS-4微處理器，然后推出了8位微處理器Intel? 8008和其他公司相繼推出的其他8位微處理器。
低性能單片機(jī)級(jí)(1976-1980):以英特爾公司1976年推出的MCS-48系列為代表，采用在半導(dǎo)體芯片上集成8位CPU、8位并行I/O接口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM的單片結(jié)構(gòu)。雖然它的尋址范圍有限(不超過4 KB)，但沒有串行I/O，RAM和ROM的容量都很小。高性能單片機(jī)階段(1980-1990):這一階段推出的高性能8位單片機(jī)一般有串口、多級(jí)中斷處理系統(tǒng)和多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。增加了片上RAM和ROM的容量，尋址范圍可達(dá)64 KB。一些片上系統(tǒng)也有模數(shù)轉(zhuǎn)換接口。
16位單片機(jī)階段(1983-1989):1983年，英特爾公司推出高性能16位單片機(jī)MCS-96系列，采用最新制造技術(shù)，芯片集成度高達(dá)12萬個(gè)晶體管/芯片。
全方位高水平發(fā)展階段(1990年至今):到目前為止，MCU有從傳統(tǒng)8位處理器平臺(tái)向32位高級(jí)RISC處理器平臺(tái)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，但8位機(jī)仍然難以被替代。8位單片機(jī)成本低，價(jià)格便宜，易于開發(fā)，性能能滿足大部分需求。只有在航天、汽車、機(jī)器人等高科技領(lǐng)域，當(dāng)需要高速處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，才需要選擇16/32位單片機(jī)。在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用單片機(jī)仍然是目前應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)。單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等各個(gè)方面都發(fā)展到了更高的水平。
單片機(jī)的特點(diǎn)是編程和維護(hù)相對(duì)復(fù)雜。編程方式為C語言或匯編語言，成本較低，I/O接口相對(duì)受限。
第二，臨立會(huì)
可編程邏輯控制器，全稱可編程邏輯控制器，是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程存儲(chǔ)器，在其中存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入輸出控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。
三、為什么單片機(jī)代替不了PLC？
1.穩(wěn)定性和可靠性
有人說這是個(gè)偽問題。單片機(jī)是組件，PLC是組件和龐大軟件組成的系統(tǒng)。兩者在這方面沒有可比性。這個(gè)說法沒有錯(cuò)。大部分PLC控制芯片其實(shí)都是單片機(jī)，也就是說PLC可以算是單片機(jī)的二次開發(fā)。在工業(yè)防護(hù)等級(jí)上，單片機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性是無法和PLC這樣的ip67產(chǎn)品相比的(IP是標(biāo)志字母，第一個(gè)標(biāo)志號(hào)表示接觸防護(hù)和異物防護(hù)等級(jí)，第二個(gè)標(biāo)志號(hào)表示防水防護(hù)等級(jí))。此外，為可編程控制器開發(fā)了冗余系統(tǒng)，可以應(yīng)對(duì)惡劣的工業(yè)環(huán)境。如果穩(wěn)定性和可靠性的比較沒有意義，那么我們就從其他方面來分析。
2.輸入輸出功能單片機(jī)的I/O點(diǎn)有限，但PLC呢？對(duì)于不同的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有相應(yīng)的I/O點(diǎn)可以直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如按鈕、開關(guān)、傳感電流傳感器、電機(jī)啟動(dòng)器或控制閥等)相連。)，并通過總線與CPU主板相連。行業(yè)內(nèi)幾乎任何一條生產(chǎn)線都有上百甚至上千個(gè)I/O點(diǎn)，完全是單片機(jī)無法比擬的。
3.擴(kuò)展功能
除了控制，完整的工業(yè)生產(chǎn)線還包括通訊、上位、配置、運(yùn)動(dòng)控制和顯示等。都需要依靠完整的工業(yè)系統(tǒng)和通信協(xié)議，比如西門子的PROFIBUS-DP通信，三菱重工的CC-LINK等。單片機(jī)與PC的通信，單片機(jī)與單片機(jī)多采用串口。單片機(jī)的串口是全雙工異步通信串口，那么單片機(jī)能否逐個(gè)實(shí)現(xiàn)MODBUS、PROFIBUS、can開放、以太網(wǎng)等通信協(xié)議？也許單片機(jī)可以做到，但是涉及到下一個(gè)分析點(diǎn)，開發(fā)周期。
4.開發(fā)周期
PLC有200多個(gè)品牌，幾乎每個(gè)品牌都有不同的編程軟件，并且在不斷完善自己的編程軟件，讓它越來越簡(jiǎn)單地為電氣工程師服務(wù)，各種程序塊越來越方便，越來越人性化，可以隨意調(diào)用，比如PID模塊，運(yùn)動(dòng)控制模塊，大大減輕了工程師的開發(fā)壓力，縮短了開發(fā)周期。單片機(jī)怎么實(shí)現(xiàn)？如果沒有現(xiàn)成的模塊可以使用，只能開發(fā)，所以做過非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的工程師會(huì)遇到一個(gè)問題：——，工期不夠。PLC這種高度集成化、模塊化的產(chǎn)品，在努力滿足設(shè)備要求的開發(fā)周期，更不用說單片機(jī)了。
5.通信距離
目前大部分流水線需要跨區(qū)域集成監(jiān)控，使用的通信方式多為以太網(wǎng)加中繼器，或者直接使用民用寬帶光纖。最后用的大概是微軟IE瀏覽器。顯然PLC有RJ-45接口，即使本體沒有RJ-45，也可以配備以太網(wǎng)模塊。單片機(jī)攜帶的PCB可以加這個(gè)接口然后開發(fā)以太網(wǎng)通信嗎？發(fā)展需要多久？
6.程序設(shè)計(jì)語言
這對(duì)單片機(jī)來說，既是優(yōu)點(diǎn)，也是缺點(diǎn)。上面說的PLC品牌有200多個(gè)，編程軟件更多。雖然大部分PLC的編程語言都差不多，但電氣工程師每次接觸到不同品牌的PLC，都要了解所有的硬件參數(shù)、軟件組件、編程軟件等。在他能容易地使用它之前。單片機(jī)的編程語言是C語言或匯編語言，這是任何單片機(jī)都通用的。換句話說，如果你學(xué)的是C語言或者匯編語言，你可以用任何一個(gè)單片機(jī)來開發(fā)想要的功能(前提是你有相關(guān)的電工電子基礎(chǔ))。不過話說回來，電氣工程師不是電子工程師。他們的工作不僅僅是考慮單片機(jī)如何驅(qū)動(dòng)繼電器來控制機(jī)床。甚至有些電氣工程師也不會(huì)用C語言、匯編語言等單片機(jī)開發(fā)語言。近年來，隨著IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)的普及，越來越多的PLC支持多種編程語言，比如類似C語言的ST語言，類似電路圖的CFC語言。這種便捷的功能在傳統(tǒng)的單片機(jī)開發(fā)環(huán)境下是無法實(shí)現(xiàn)的。
四.結(jié)論
通過上面的解釋，我們可以看到，PLC其實(shí)可以看作是單片機(jī)的二次應(yīng)用開發(fā)，但是它有自己鮮明的特點(diǎn)。到目前為止，我國單片機(jī)的應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了20多年。單片機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事、家電等各個(gè)領(lǐng)域，特別是手機(jī)、汽車導(dǎo)航設(shè)備、PDA、智能玩具、智能家電、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)。目前，高端行業(yè)從事單片機(jī)開發(fā)和應(yīng)用的工程師超過10萬人。