繼電器是一種應(yīng)用非常廣泛的控制器件，它是根據(jù)外部輸入的信號(hào)（電信號(hào)或非電信號(hào)）來(lái)控制電路中電流“通”與“斷”的設(shè)備。即使在今天，繼電器仍然廣泛使用，例如圖1所示的日本OMRON公司的MYJ/LYJ通用繼電器的累計(jì)銷(xiāo)售量已超過(guò)10億只。 　　 1969年，美國(guó)DEC公司研制了世界上第一臺(tái)可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）用于通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線上，PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置，其初期的應(yīng)用主要是取代那些大量使用繼電器的控制裝置上。 　　 某調(diào)研公司曾按產(chǎn)品規(guī)格劃分對(duì)2003年底到2004年初中國(guó)PLC的市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明：在微型（64點(diǎn)I/O及以下）、小型（64～255點(diǎn)I/O）、中型（256～1023 點(diǎn)I/O）、大型（多于1024點(diǎn)I/O）PLC中微型占據(jù)40.2%的市場(chǎng)份額。 　　 按照工業(yè)控制方面專(zhuān)家的估計(jì)，對(duì)于離散制造業(yè)的控制要求來(lái)說(shuō)，80%的PLC都是用于小型系統(tǒng)（I/O少于128點(diǎn)）；78%的PLC都是數(shù)字量 或者開(kāi)關(guān)量；80%的PLC應(yīng)用于采用20來(lái)個(gè)梯級(jí)圖就可以解決問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)[1] 。這里所提到的80%基本上是在小型、微型PLC所能完成的功能范圍內(nèi)。 　　 目前在一些功能要求簡(jiǎn)單（如簡(jiǎn)單的邏輯控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能）、輸入輸出點(diǎn)數(shù)少（如數(shù)點(diǎn)至十幾個(gè)點(diǎn)）、費(fèi)用要求低（數(shù)百元至數(shù)千元）的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的繼電器仍占據(jù)較大的市場(chǎng)，而早中期的PLC產(chǎn)品還很難顧及到這類(lèi)場(chǎng)合。 　　 從上世紀(jì)九十年代中期以來(lái)，在微型PLC中間出現(xiàn)了一類(lèi)產(chǎn)品的I/O點(diǎn)數(shù)只有二三十個(gè)點(diǎn)的超微型（nano）系列，其中一部分帶HMI（Human Machine Interface，人機(jī)操作界面，又稱(chēng)可編程終端），我們可以將其稱(chēng)為帶HMI的超微型PLC。令人感興趣的是，幾乎所有著名的PLC生產(chǎn)廠家均推出了這類(lèi)產(chǎn)品，如德國(guó)SIEMENS公司、德國(guó)Moeller公司、美國(guó)Rockwell公司、日本OMRON公司、日本MITSUBISHI公司、日本idec公司、法國(guó)施耐德TE公司等等。 [ALIGN=CENTER] 圖2：TE公司Zelio Logic[/ALIGN] 與其它類(lèi)別的PLC不同的是，這類(lèi)帶HMI的超微型PLC的正式名稱(chēng)五花八門(mén)，有稱(chēng)為可編程序繼電器（日本OMRON公司的ZEN）、通用邏輯模塊（德國(guó)SIEMENS公司的LOGO!）、控制繼電器（德國(guó)Moeller公司的EASY）、智能繼電器（日本idec公司的FL1和法國(guó)施耐德TE公司的Zelio Logic）、智能邏輯繼電器（日本Pro-face公司的PRO-iO）、程控器（日本MITSUBISHI公司的ALPHA）、帶操作面板的PLC（以色列Unitronics公司的M90/M91）等等。從這些名稱(chēng)可以看出，這些帶HMI的微型PLC主要是完成繼電器的功能，即它用在I/O點(diǎn)數(shù)不多而原來(lái)使用繼電器的地方。傳統(tǒng)的PLC主要用在工業(yè)領(lǐng)域，而這些產(chǎn)品還可以用在其它行業(yè)甚至家庭，例如用在洗車(chē)、自動(dòng)售貨機(jī)、照明控制、門(mén)窗控制上。但它又不同于繼電器，它是“可編程序”的、是“通用”的、是“智能”的，部分產(chǎn)品還帶模擬量輸入輸出。為了觀察參數(shù)狀態(tài)及編程方便，上面列舉的產(chǎn)品還不同于一般的微型PLC，它帶有一體化的HMI人機(jī)操作界面，因而具有更廣泛的應(yīng)用前景。 　　 在PLC控制系統(tǒng)使用過(guò)程中，與操作者關(guān)系最密切的就是HMI人機(jī)操作界面，通過(guò)HMI，用戶(hù)可以隨時(shí)了解、觀察并掌握控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，同時(shí)，超微型PLC為方便用戶(hù)編程，也常常借用HMI作為編程器使用。因此，帶HMI的超微型PLC往往是將PLC、HMI、I/O、擴(kuò)展器接口、編程器等諸多設(shè)備集成為一體的緊湊型設(shè)備。 　　 帶HMI的超微型PLC的設(shè)計(jì)思想是使用簡(jiǎn)單，通常它的編程不需特殊的軟件，編程和數(shù)據(jù)調(diào)整都通過(guò)面板上的鍵盤(pán)和LCD顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 　　 帶HMI的超微型PLC的特點(diǎn) 　　 法國(guó)施耐德TE公司在介紹其帶HMI的超微型PLC產(chǎn)品Zelio Logic（見(jiàn)圖2）時(shí)，用了四個(gè)字來(lái)概括：簡(jiǎn)、易、精、智，這也可以大體概括帶HMI的所有超微型PLC產(chǎn)品的特點(diǎn)。 　　 簡(jiǎn) 　　 充分簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，1臺(tái)Zelio Logic相當(dāng)于： 　　■10～40個(gè)I/O 　　■16個(gè)計(jì)時(shí)器/16個(gè)加、減計(jì)數(shù)器 　　■16個(gè)模擬比較器/16個(gè)文本功能塊 　　■8個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能塊 　　■28個(gè)輔助繼電器 　　■1個(gè)1kHz高速計(jì)數(shù)器 　　■1個(gè)4行×18字符的文本顯示器 　　■6個(gè)操作按鍵 易 輕松開(kāi)發(fā)、維護(hù)您的設(shè)備 　　■可通過(guò)面板直接編程 　　■可采用Zelio soft編程軟件在PC機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)編程 　　■可進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試、維護(hù)應(yīng)用程序 　　■模塊化設(shè)計(jì)，安裝靈活方便 　　 精 　　 讓您精確鎖定各種目標(biāo)應(yīng)用 　　■支持Modbus 協(xié)議，自由通訊連接 　　■尺寸小巧，12點(diǎn)本體的尺寸為71.2×90×59.5mm（寬x高x深） 　　■可帶2AI/2AO模擬量輸入/輸出，還可直接輸入電壓信號(hào)及PT100溫度信號(hào) 　　■符合UL，CSA，GL，CE認(rèn)證 　　 智 　　 讓您坐享設(shè)計(jì)之樂(lè)趣 　　■編程語(yǔ)言支持梯級(jí)圖、功能塊圖（FBD） 　　■支持流程清晰的Grafcet SFC（順序功能圖）功能 　　■Zelio soft軟件可離線仿真 為了進(jìn)一步說(shuō)明帶HMI的超微型PLC可以充分簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，我們還可以看看有關(guān)Keyence公司KV-P型產(chǎn)品的一個(gè)宣傳資料（見(jiàn)圖3），它說(shuō)明一臺(tái)這樣的設(shè)備可以替代并且超過(guò)以往由多個(gè)繼電器、按鈕、信號(hào)燈、顯示儀、設(shè)定開(kāi)關(guān)等等設(shè)備采用硬接線所完成的功能。 　　 與不帶HMI的PLC相比，帶HMI的超微型PLC也可以充分簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，圖4中不帶HMI的PLC 所需的I/O點(diǎn)由控制所需I/O點(diǎn)和顯示所需I/O點(diǎn)兩部分組成，后者是指一些動(dòng)作狀態(tài)的顯示和控制過(guò)程一些操作開(kāi)關(guān)、按鈕均須作為PLC的DO/DI輸入輸出，而對(duì)帶HMI的超微型PLC來(lái)說(shuō)，這些顯示燈、操作開(kāi)關(guān)、按鈕均可以安排在PLC內(nèi)部，它無(wú)需占用PLC的DO/DI輸入輸出。按圖4所示，不帶HMI的PLC所要求的I/O點(diǎn)為DI 20點(diǎn)/DO 16點(diǎn)，而帶HMI的超微型PLC所要求的I/O點(diǎn)僅僅為DI 10點(diǎn)/DO 6點(diǎn)，可見(jiàn)控制系統(tǒng)的確簡(jiǎn)化了很多。 　　 帶HMI超微型PLC產(chǎn)品的性能 I/O點(diǎn)數(shù) 　　 本文所介紹的產(chǎn)品中，包括本機(jī)所帶及擴(kuò)展所帶I/O點(diǎn)總數(shù)大體上應(yīng)在40點(diǎn)以下，表1列舉了主要超微型PLC產(chǎn)品的DI/DO點(diǎn)數(shù)。其中部分產(chǎn)品為不可擴(kuò)展型，另有部分產(chǎn)品為可擴(kuò)展型，用戶(hù)可根據(jù)應(yīng)用要求確定擴(kuò)展模塊的類(lèi)型和數(shù)量。 I/O類(lèi)型 　　 DI通常為12/24VDC、115/240VAC電壓輸入，DO通常為12/24VDC、115/240VAC晶體管或繼電器輸出，繼電器輸輸出的最大電流可達(dá)10A（SIEMENS公司的LOGO!、三菱公司AIPHA），通?？芍苯訋?dòng)電機(jī)。部分產(chǎn)品帶高速計(jì)數(shù)輸入，如TE公司的Zelio Logic、MITSUBISHI公司的ALPHA均帶1kHz高速計(jì)數(shù)輸入，Unitronics公司的Jazz帶兩個(gè)5kHz高速計(jì)數(shù)輸入，Keyence公司的KV-P帶兩個(gè)30kHz高速計(jì)數(shù)輸入。 　　 部分產(chǎn)品帶模擬量輸入輸出，如SIEMENS公司的LOGO!本機(jī)的2個(gè)DI點(diǎn)可作為模擬量輸入，擴(kuò)展后最多可帶8個(gè)模擬量輸入，OMRON公司的ZEN可帶2個(gè)模擬量輸入，Unitronics公司的M90/M91有帶模擬量輸入、模擬量輸出的選型，Rockwell公司的Pico可帶2～4個(gè)模擬量輸入，Moeller EASY400的2個(gè)DI點(diǎn)可作為模擬量輸入，500帶2個(gè)模擬量輸入。 　　 模擬量輸入輸出類(lèi)型有0～10V、0（4）～20mA、Pt100、熱電偶等。 HMI顯示器 　　 就顯示內(nèi)容來(lái)說(shuō)，對(duì)超微型PLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般只需要顯示運(yùn)轉(zhuǎn)的程序、I/O點(diǎn)的狀態(tài)等相關(guān)信息，通常文本顯示就足夠了，現(xiàn)在有1行（Unitronics公司的M90/M91）、2行、4行、6行（Pro-face公司的PRO-iO），每行10～18個(gè)字符顯示。TE公司Zelio Logic的顯示器為4×18字符顯示，但是它多了1行圖標(biāo)顯示（如圖2所示）。如圖3所示，Keyence公司KV-P有兩個(gè)顯示器，分別作為數(shù)據(jù)處理面板和信息面板，數(shù)據(jù)處理面板用來(lái)顯示有關(guān)數(shù)據(jù)和時(shí)間參數(shù)，信息面板用來(lái)顯示工作指令、設(shè)備狀態(tài)和報(bào)警信息?？蛇x用綠、紅、橙三種顏色，以便醒目地區(qū)別顯示正常狀態(tài)和故障狀態(tài)。顯示器顯示的字符為14個(gè)，為了使操作工正確理解指令，顯示畫(huà)面帶卷取功能，使畫(huà)面能左右移動(dòng)，從而使顯示的字符數(shù)達(dá)到64個(gè)。 　　 在Moeller公司的EASY產(chǎn)品的最新資料中，我們還看到一個(gè)簡(jiǎn)單的圖形化顯示界面，MITSUBISHI公司的ALPHA可顯示棒狀圖，或許這種帶流程圖、棒狀圖畫(huà)面的產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越多。 　　 顯示器的結(jié)構(gòu)形式主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是在傳統(tǒng)的PLC上加裝的顯示器，如圖5所示產(chǎn)品從左至右分別為Pro-face公司的PRO-iO、OMRON公司的ZEN、Rockwell公司的Pico以及圖2 所示的TE公司Zelio Logic，另一類(lèi)是盤(pán)裝式，如圖6所示的Unitronics公司的M90/M91及圖3所示Keyence公司的KV-P、圖8所示Unitronics公司的Jazz。盤(pán)裝式結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的PLC外形已經(jīng)完全不同，如不說(shuō)明很難知道它是一臺(tái)PLC。 　　 編程方式 臺(tái)安公司采用PDA手持式編程器編程，但多數(shù)帶HMI超微型PLC采用所附HMI面板和操作鍵盤(pán)進(jìn)行程序編制，編程語(yǔ)言有梯級(jí)圖、功能塊（FBD）等（見(jiàn)圖7），SIEMENS公司的LOGO!還可采用特殊功能塊，TE公司Zelio Logic還可采用順序功能圖（SFC）。采用梯級(jí)圖編程時(shí)，每個(gè)編程行可包含的觸點(diǎn)數(shù)各種型號(hào)均低于中大型PLC，如3個(gè)觸點(diǎn)+1個(gè)線圈（OMRON公司的ZEN）、5個(gè)觸點(diǎn)+1個(gè)線圈（TE公司Zelio Logic）。Rockwell公司的Pico、TE公司Zelio Logic、OMRON公司的ZEN、Unitronics公司的M90、M91、Jazz等產(chǎn)品可采用專(zhuān)用軟件加PC機(jī)編程。 　　 功能 　　 除了簡(jiǎn)單的邏輯控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能外，部分產(chǎn)品還提供了更多的功能，如Unitronics公司的Jazz可提供數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，有的雖有模擬量輸入，但它只是用于產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量信號(hào)的模擬量比較功能（如Pro-face公司的PRO-iO、SIEMENS公司的LOGO!）。有的產(chǎn)品還帶多點(diǎn)模擬量輸出，并具有PID調(diào)節(jié)功能，如Rockwell公司的Pico、Unitronics公司的M90/M91、SIEMENS公司的LOGO!。 　　 總線類(lèi)型 　　 帶HMI超微型PLC的主機(jī)擴(kuò)展時(shí)有的已經(jīng)用到各種現(xiàn)場(chǎng)總線，例如SIEMENS公司的LOGO!可用三種通信擴(kuò)展模塊：ASi、LON、EIB，Moeller公司的EASY可以ASi、Profibus-DP、CANopen、DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線方式擴(kuò)展，Unitronics公司的M90/M91帶CANbus總線，臺(tái)安公司的GENIS可擴(kuò)充Profibus-DP、DeviceNet、Modbus RTU通訊模塊，TE公司Zelio Logic可擴(kuò)充Modbus 、GSM/RTU Modem通訊模塊。 　　 外形尺寸 　　 SIEMENS公司標(biāo)準(zhǔn)型LOGO！10點(diǎn)輸入輸出的外型尺寸只有72mm×90mm×55mm；三菱電機(jī)公司6點(diǎn)輸入、4點(diǎn)輸出的簡(jiǎn)單應(yīng)用控制器AL-10MR-A，外形尺寸只有71 .2mm×90mm×55mm，Unitronics公司的M90/M91尺寸為96 mm×96 mm×64mm。這樣小巧的尺寸非常適合設(shè)備的就地安裝，其中大部分采用的是導(dǎo)軌式安裝，Unitronics公司的M90/M91、Jazz和Keyence公司KV-P則采用面板式安裝。 　　 供電電源 　　 帶HMI微型PLC的電源為12/24VDC、24/115/240VAC電壓，如以12VDC供電的Rockwell公司的Pico就因此進(jìn)入了像交通工具、太陽(yáng)能電池供電這樣一些新的應(yīng)用領(lǐng)域。 　　 附加功能 　　 有的產(chǎn)品提供了日期/時(shí)鐘顯示、多達(dá)6種（臺(tái)安公司的GENIS）、10種（Rockwell公司的Pico）、15種（Unitronics公司的Jazz）語(yǔ)言顯示、備用電池、保存或下載程序用存儲(chǔ)器等附加功能。 　　 TE公司Zelio Logic使用的Zelio Soft軟件可以進(jìn)行程序一致性測(cè)試，即使出現(xiàn)最細(xì)微的輸入錯(cuò)誤，軟件也會(huì)發(fā)出警告并找到出錯(cuò)的精確位置，還可以進(jìn)行程序的仿真與監(jiān)視。 　　 Unitronics公司的Jazz通過(guò)OPC/DDE server，可實(shí)現(xiàn)與任何Windows環(huán)境下運(yùn)行的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 　　 通訊功能 　　 MITSUBISHI公司的ALPHA包括SMS（手機(jī)短信息）和E-mail通訊功能，Unitronics公司的Jazz支持GSM/SMS通訊功能，可以與6個(gè)有GSM號(hào)的手機(jī)和設(shè)備通訊并接受遠(yuǎn)程訪問(wèn)（見(jiàn)圖8），idec公司的FL1A可以增加RS-232、RS-485通訊功能。 　　 價(jià)格 　　 帶HMI的超微型PLC的價(jià)格通常低于HMI、PLC分離式產(chǎn)品20%～30%，最低價(jià)格約在一百美元左右，可見(jiàn)其價(jià)格優(yōu)勢(shì)是非常明顯的在2006上?！癐AC,TIME & SENSOR”展會(huì)上，西門(mén)子（中國(guó)）有限公司A&D自動(dòng)化系統(tǒng)部總經(jīng)理安曉杰先生表示：“西門(mén)子現(xiàn)在針對(duì)中低端客戶(hù)拓展市場(chǎng)，逐漸推出一些低端新產(chǎn)品”。帶HMI超微型PLC正是中低端客戶(hù)需求量很大的一類(lèi)產(chǎn)品，它具有適應(yīng)面寬、針對(duì)性強(qiáng)、功能適中、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用在一些小型設(shè)備上原來(lái)使用繼電器的場(chǎng)合。中國(guó)是一個(gè)制造大國(guó)，很多機(jī)械設(shè)備出廠時(shí)都可能需要裝備一些簡(jiǎn)單適用的控制設(shè)備，帶HMI超微型PLC應(yīng)該是最佳選型之一。業(yè)界應(yīng)關(guān)心帶HMI超微型PLC的發(fā)展，以便為生產(chǎn)過(guò)程提供最好、最適用的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)HMI及微型、中小型PLC生產(chǎn)廠家也可借助這類(lèi)產(chǎn)品作為突破口，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。