PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法

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2024年1月11日发(作者：)

PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法

摘要：PLC、单片机、工控机都拥有各自特点，本文对三者的特点、优缺点进行分析，结合工作经验，讨论三者在工业现场应用的不同，并针对不同的控制需要给出技术选用方法。希望帮助设计人员快速选择技术，加快控制系统开发效率。

关键词：PLC；单片机；工控机；应用

引言：PLC、单片机和工控机在工业领域有着十分重要的作用，可以承载控制功能，但是三者有各自的应用领域，承担的功能上具有一定的不同。实际应用中，不同应用场景下，控制系统会有不同控制效果和使用效果。为提升电气控制效果和应用的可行性，就要选用正确的控制方式。

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PLC、单片机、工控机系统各自特点

1.1 PLC的特点

PLC也被称为可编程的逻辑控制器，是工业控制要求不断提升的背景下发展出的技术，在很多领域取代继电控制系统，有效提升了控制效率和生产效率，在一定程度上属于单片机控制系统的产品之一。随着PLC系统的快速发展，PLC系统开始增加各种模块，可通过组合能够完善功能。

PLC拥有完整的逻辑电路，可进行浮点运算、逻辑运算等，使其能完成大量的控制工作，并且开关无触点，能代替继电系统进行电气单元的控制。PLC的集成性很高，结构紧凑封闭，体积较小，所以产品比较稳定，运行中不容易出现故障，能保证继电控制的稳定性。由于PLC电路结构较为简单，查找故障比较容易，同时，PLC的I/O接口状态都有发光二极管提示，在查找故障时能直接根据提示[1]

灯状态分析故障位置。与上位机连接后，利用故障查找软件也能自动完成故障查找工作，能根据需要修改电路功能，应用十分方便。

随着PLC的快速发展，目前PLC的功能已经十分丰富，能够和触摸屏幕、上位机通讯，以及使用模拟量模块、通讯模块、定位模块等等，帮助PLC完成更复杂的控制任务，保证和上位机数据的互联互通，通过软件开发也能实现数据的可视化。由于可以和屏幕连接，所以目前PLC的操作更加直观，对操作人员的要求比较低，触摸屏进行控制就可以完成很多操作。相对而言，PLC的编程也比较简单，可以短时间内完成开发工作，但是使用不同模块需要一定的成本。

1.2 单片机系统的特点

单片机系统是嵌入式系统的组成部分之一，单片机系统包括硬件系统和软件系统两部分，具有利用芯片级的扩展功能，以满足复杂计算和控制的需要，能完成现场所有的控制需要。单片机系统已经属于计算机系列，尤其在软件功能上正变得更加丰富，使得现场的检测工作、控制工作开展十分灵活，而且具有非常强的实用性，而且近年来技术研发不断，指令集、软件开发方式的不断进步让单片机的功能更为全面，可以应用到智能化设备中。

由于单片机的体积比较小，所以在仪表、便携设备中有着十分广泛的应用，这也个设备设计增加便利条件，设计人员可以依靠单片机的控制能力为工业设备设计更加复杂的功能，对大型设备的自动化控制有很强的竞争力。单片机的开发语言使用C语言或者汇编语言，这类语言更加贴近底层，所以代码的执行速度很快，拥有极高的执行效率。同时，单片机也能和显示器、输入装置连接，可以方便操作人员使用各种功能。

单片机有较低的生产成本，但在实际应用中，要根据控制系统的需要针对性设计，使不同领域的单片机都有特定的功能、结构、控制软件，导致单片机的设计成本很高，基本不具备通用性。为满足工业需要，单片机往往需要较长的开发周期，必须反复调试以达到所需要的功能和性能。同时，由于芯片、分立元件、PCB板组成的结构比较复杂，导致单片机查找故障比较困难，可维护性也比较差。

1.3 工控机控制系统的特点

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工控系统以微型计算机作为主要载体，使用功能板卡进行扩展实现控制功能。工控系统具有完成的内外部结构，所以功能上已经和个人电脑十分接近，能储存和运转功能复杂的软件，所以操作界面更加友好，可视性非常强，操作十分简单，根据需要能完成数据输出、输入、设备控制、显示、传输、储存等功能。工控系统可以使用电脑开发软件进行开发工作，可以使用多数主流设计程序和设计软件，也能应用很多已有程序和代码库，方便设计人员的使用和选择，在程序开发上也比较方便。

在信息技术快速发展的背景下，工控系统也融入大量信息技术，可以实现很多网络化功能，可以接入局域网或者互联网中，并在网络功能不断完善的背景下，工控机可以作为上位机在互联网中使用，也具有组态功能，能完成多个工厂、办公系统、设备的监控。但由于工控系统相对复杂，所以开发周期也更长，开发者和使用者都需要具有一定微机基础。

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在工业现场应用中的最佳选用方法

2.1 PLC、单片机、工控系统特点分析

PLC、单片机、工控系统的功能不同，拥有各自的优势。经过对比，PLC的功能相对单片机和系统更弱，但是具有设计难度低、体积小的优势，还具有较高的通用性；单片机的生产成本在三者中最低，不过可维护性比较差，和并且和工控系统一样，开发周期较长。工控机是三者中具有最强大功能的控制器，但是也有体积大的问题，生产成本相对较高，也有一定的通用性问题；由于工控机功能齐全，所以可以提供更为全面的操作界面，能更好地实现控制功能。实际使用中，应该根据特定场景需求和控制器的特点进行选择，保证功能完善的同时，也确保技术的可行性和经济性，在实现特定功能的情况下，遵循简单、稳定的原则进行选择。

2.2 工业应用现场的选用

如果系统中有大量的开关、按钮、接触点，使用PLC可以获得最好的效果，因为目前PLC的功能在逐渐完善，相比过去拥有更多的输入输出点，能承担大量[4]

开关、控制点的数据输入输出功能，并且控制中，也能发挥性能稳定、维护性好、体积小的优势。如果开关数量较少，比如在10点以下，可以使用单片机或者继电控制器进行控制。

如果控制系统对体积要求较高，而且需要控制成本，则单片机的优先度更高；如果控制系统的功能需求复杂，在控制设备运转的同时也需要显示、记录、监测、组态，则必须使用工控机满足系统控制需要。有些系统可能对扩展性有一定，需要在应用中不断增加新功能，PLC和工控机的优先度高于单片机。对于一些中型设备，或者批量设备的控制中，PLC所具有的成本低、体积小的优势更加明显，还具有操作简单的优势，因此应用比较广泛。

在一些环境中，可能干扰因素比较多，控制系统必须具备较强的抗干扰能力，则必须优先使用抗干扰能力较强的PLC。有些产品定型后需要大量生产，在功能相对单一时，一般使用成本更低的单片机进行控制，满足设备经济效益要求。

若必须短时间内完成开发工作，则PLC具有开发效率的优势。从使用者角度考虑，如果使用人员的素质相对较低，PLC和单片机要比工控机具有更高的可行性。

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结束语

通过对PLC、单片机、工控系统的分析，可以发现不同的控制系统在工业中有各自的优势和特点，实际使用中应该根据应用需要选择最合适的控制系统，保证功能性和实用性，以及确保成本控制效果，提升控制系统的综合效益，满足工业控制先进、高效的发展需求。

参考文献：

[1]屠祖清.PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法分析[J].计算机产品与流通,2018(06):253.

[2]茹艳军.PLC控制的自动装车系统设计[J].电子世界,2014(17):163-164.

[5]

[3]李彩苹.浅谈工控机在工业自动控制中的应用及前景[J].企业技术开发,2011,30(12):80-81.

[4]王起.论PLC、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法[J].广西轻工业,2011,27(01):60-61.

[5]张红军.基于C++builder实现工控机与伺服单片机串行通信编程的研究与应用[J].工业控制计算机,2010,23(05):35-36.

本文标签： 单片机控制功能系统需要