親愛的讀者們，在科技的長(zhǎng)河中，總有那么一群人，他們以深厚的專業(yè)知識(shí)和不懈的探索精神，為行業(yè)的繁榮與發(fā)展貢獻(xiàn)著自己的智慧和力量。今天，我們有幸邀請(qǐng)到一位在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗(yàn)和卓越成就的老專家成為聯(lián)誠(chéng)科技的常駐作者。
方原柏，1942年出生于湖北黃岡，昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院電氣自動(dòng)化技術(shù)部的教授級(jí)高級(jí)工程師，自動(dòng)化儀表、衡器、冶金自動(dòng)化、儀表世界、儀器儀表與自動(dòng)化等雜志編委，昆明儀器儀表學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)衡器協(xié)會(huì)技術(shù)專家委員會(huì)顧問，主要從事儀器儀表、控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究，曾出版“電子皮帶秤的原理及應(yīng)用”（1994年，冶金工業(yè)出版社）、“電子皮帶秤”（2007年，冶金工業(yè)出版社）“流程行業(yè)無(wú)線通信技術(shù)及應(yīng)用”（2015年化學(xué)工業(yè)出版社）、“有色金屬生產(chǎn)過程自動(dòng)化” （2015年，人民郵電出版社）、檢重秤（2020年，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社）、“金屬探測(cè)器”（2023年，化學(xué)工業(yè)出版社）六本專著，發(fā)表論文380篇。
圖 方原柏
在接下來的時(shí)間里，方教授將通過一系列的文章，與大家分享他多年來在工控領(lǐng)域的心得和體會(huì)。這些文章不僅凝聚了他數(shù)十年工作積累的智慧和洞見，也將為廣大電氣自動(dòng)化從業(yè)者和愛好者提供寶貴的參考和指導(dǎo)。
以下為原文：
據(jù)說1969年美國(guó)DEC公司研制出了世界上第一臺(tái)PLC，應(yīng)用于美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上。而在這之前，各類順序控制、時(shí)間程序控制先后采用過繼電器、半導(dǎo)體邏輯元件等，不但體積大、可靠性差、需硬接線，而當(dāng)生產(chǎn)線產(chǎn)品變換時(shí)，上述控制設(shè)備的程序、硬接線都要修改，相當(dāng)于一切從頭來。而PLC的問世改變了這一切，程序可能有點(diǎn)修改（但可以事先編制好，需要使用時(shí)下載），但硬接線無(wú)需改動(dòng)，所以迅速得到普及推廣。
大約在上世紀(jì)70年代后期，隨國(guó)外引進(jìn)工程配套的PLC進(jìn)入中國(guó)，當(dāng)時(shí)的上海寶鋼一期工程中有多項(xiàng)工程引進(jìn)了十幾種機(jī)型約200多臺(tái)套，用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個(gè)鋼鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線上，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng)。
后又在寶鋼的二期三期工程中使用了國(guó)外多個(gè)廠家三十幾種機(jī)型計(jì)六百多臺(tái)套的PLC。在廣西玉柴機(jī)器廠的柴油機(jī)生產(chǎn)線中也引進(jìn)了近二百臺(tái)套羅克韋爾自動(dòng)化公司的PLC。1982年，天津自動(dòng)化儀表廠首家引進(jìn)美國(guó)莫迪康(MODICON)公司的PLC，后國(guó)外的廠家也開始來中國(guó)推銷PLC。
資料介紹，中國(guó)在1974年研制出第一臺(tái)PLC，但實(shí)際上，這只是一臺(tái)采用位式微處理芯片的可編程順序控制器，并未投入實(shí)用。1977年，采用美國(guó)MCI4500集成芯片后，研制出的PLC才批量生產(chǎn)并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。最早研究與開發(fā)的廠家、科研單位推出的產(chǎn)品有中科院自動(dòng)化研究所的LC-0088、北京聯(lián)想計(jì)算機(jī)集團(tuán)公司的GK40、上海機(jī)床電器廠的CKY40、蘇州計(jì)算機(jī)廠的Yz-PC-0001DENG等。
近年來，國(guó)產(chǎn)PLC的主要廠家有浙江中控GCS系列的G5中大型混合控制系統(tǒng)/G3分布式控制系統(tǒng)、無(wú)錫信捷電氣的XC/XD/XL/XG/XS/CCSD、南大傲拓的NA600/NA400/NA200及湖北黃石科威、安控科技、上海正航電子科技、深圳匯川技術(shù)、深圳英威騰、北京和利時(shí)等一大批公司，云南本土也有聯(lián)誠(chéng)科技集團(tuán)這樣的專業(yè)PLC廠家。
在上世紀(jì)70年代后期，隨國(guó)外引進(jìn)工程配套的PLC進(jìn)入中國(guó)，我在昆明工作，信息相對(duì)閉塞，但1982年，當(dāng)時(shí)的冶金部在北京舉辦了一次PLC培訓(xùn)班，我院電氣專業(yè)工程師參加了。
1983年初，我院邀請(qǐng)代理美國(guó)德州儀器公司（TI）可編程序控制器產(chǎn)品的北京機(jī)械部自動(dòng)化研究院的專家來昆明介紹PLC。1984年，在我院設(shè)計(jì)的昆明焦化制氣廠的工程設(shè)計(jì)中，我們就選用了美國(guó)德州儀器公司中大型可編程序控制器PM550和小型可編程序控制器5TI。
其中，PM550不僅具有邏輯控制功能，開關(guān)量最多可接入256點(diǎn)輸入、256點(diǎn)輸出，還具有PID回路控制功能，可實(shí)現(xiàn)最多16個(gè)PID回路控制功能。雖說當(dāng)時(shí)還是上世紀(jì)80年代中期，但我還是能接受控制系統(tǒng)一體化的觀念，在國(guó)內(nèi)較早將我從事的自控專業(yè)與電氣專業(yè)合作，選用一套PLC實(shí)現(xiàn)整個(gè)焦化廠的電氣、自控兩個(gè)專業(yè)的監(jiān)控。由電氣專業(yè)承擔(dān)PLC的總體和開關(guān)量部分工作、我負(fù)責(zé)模擬回路、模擬量部分的工作。
1986年，焦化制氣廠進(jìn)入試車調(diào)試階段，我院負(fù)責(zé)可編程序控制器PM550的現(xiàn)場(chǎng)編程、調(diào)試、投運(yùn)工作。當(dāng)時(shí)編程設(shè)備是一臺(tái)VPU200顯像式編程器。編程器及控制器隨機(jī)帶來的資料都是英文的，我提前幾年自學(xué)的英文也派上用場(chǎng)，編程器的英文資料都是我翻譯的。程序部分涉及電氣、自控兩個(gè)專業(yè)，自控部分也是我編寫的程序，這個(gè)程序是采用逐項(xiàng)填寫表格的方式，即填寫回路編程工作單進(jìn)行，然后在梯級(jí)圖編寫的程序中安排一段調(diào)用工作單的子程序即可（見圖1）。
圖1 PID回路工作單
當(dāng)時(shí)還用了一臺(tái)德州儀器公司5TI小型可編程序控制器，相對(duì)小巧，我就可以在宿舍里先學(xué)習(xí)編程，然后按工藝要求編程并采用模擬器進(jìn)行調(diào)試。圖2中調(diào)試的設(shè)備分別是5TI小型可編程序控制器、編程器、模擬器。
圖2 在德州儀器公司5TI PLC安裝到現(xiàn)場(chǎng)之前，我先進(jìn)行編程及調(diào)試（那個(gè)時(shí)候還算年輕吧！）
在這項(xiàng)工程實(shí)施結(jié)束后，我先后發(fā)表了幾篇論文：
PM550可編程序控制器在焦化廠配煤中的應(yīng)用（燃料與化工，1988.03）；
PM550可編程序控制器的回路控制功能和應(yīng)用（有色金屬設(shè)計(jì)，1989.02）；
物料累積量運(yùn)算的PC軟件開發(fā)（工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，1990.03）
由于有了深入接觸PLC的機(jī)會(huì)，對(duì)PLC的功能及程序編制有了一些了解，也會(huì)經(jīng)常思索什么場(chǎng)合會(huì)用到PLC的這些功能。
當(dāng)時(shí)，我是昆明焦化制氣廠的工程設(shè)計(jì)自控專業(yè)負(fù)責(zé)人，由于設(shè)計(jì)選用的儀表以西安儀表廠引進(jìn)的橫河I系列盤裝儀表和羅斯蒙特公司1151變送器為主，使用情況較好，但有一類儀表幾乎每個(gè)工序都在使用，但故障率很高，這就是閃光信號(hào)報(bào)警器。
當(dāng)時(shí)選用的是采用晶體管電路、集成電路的國(guó)產(chǎn)八回路報(bào)警器，一般用上三五個(gè)月就會(huì)有一兩個(gè)回路出現(xiàn)故障，而用上一年，這臺(tái)報(bào)警器就要報(bào)廢了，心里剛到非常惱火，一直在考慮怎么辦才好。工程設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，一定要帶著問題去看資料、思索并深入研究。
所以在當(dāng)時(shí)，向N個(gè)閃光信號(hào)報(bào)警器的生產(chǎn)企業(yè)發(fā)信，索取資料，一共收到二十幾個(gè)廠家的信函和資料的回復(fù)。然后靜下心來，一本一本資料查看、匯總，寫出了一篇文章：“閃光信號(hào)報(bào)警器的現(xiàn)狀和發(fā)展”（自動(dòng)化儀表，1991.01）。介紹了現(xiàn)狀、列出國(guó)產(chǎn)閃光信號(hào)報(bào)警器的各種報(bào)警功能、引進(jìn)的美國(guó)羅切斯特報(bào)警器的報(bào)警功能及其程序框圖、對(duì)閃光信號(hào)報(bào)警器的產(chǎn)品開發(fā)的建議。圖3、圖4分別為常規(guī)報(bào)警器功能及高端的SA F3A程序報(bào)警器功能?？戳藞D4，就知道SA F3A程序報(bào)警器功能復(fù)雜，能從幾乎同時(shí)報(bào)警的多個(gè)報(bào)警信號(hào)中識(shí)別最先報(bào)警的信號(hào)（即首出信號(hào)）。
圖3 常規(guī)報(bào)警器功能
圖4 SA F3A程序報(bào)警器功能
做了這項(xiàng)工作后，有一個(gè)思路在腦海里形成：閃光信號(hào)報(bào)警器的報(bào)警程序就是一個(gè)開關(guān)量的邏輯判斷，通過對(duì)開關(guān)量輸入信號(hào)的判斷是否符合報(bào)警條件，符合則通過開關(guān)量輸出燈光信號(hào)、音響信號(hào)。再想想PLC，開關(guān)量的邏輯判斷它最擅長(zhǎng)，報(bào)警程序的編寫應(yīng)該沒有問題。剩下的就是經(jīng)濟(jì)性了，PLC只用來報(bào)警，大材小用，經(jīng)濟(jì)上合算嗎？用當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上見到的進(jìn)口或引進(jìn)的PLC肯定不合算。
在昆明召開的一次技術(shù)交流會(huì)上，看到當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最早生產(chǎn)PLC的蘇州計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的小型PLC，型號(hào)是YZ-PC-001A，我們就簽合同買了他們的產(chǎn)品，他們也將帶到昆明的一臺(tái)實(shí)物PLC留下來（有CPU板及48點(diǎn)DI、16點(diǎn)DO）讓我們?cè)囉?。同時(shí)留下的還有編程器和一臺(tái)信號(hào)模擬器（上面有一排鈕子開關(guān)和一排信號(hào)燈，鈕子開關(guān)模擬開關(guān)量輸入信號(hào)，信號(hào)燈模擬開關(guān)量輸出信號(hào)）。
有了一臺(tái)PLC，再加上一臺(tái)模擬器，我就如魚得水，可以認(rèn)認(rèn)真真地學(xué)好這臺(tái)PLC了。首先根據(jù)隨機(jī)帶來的樣本、編程手冊(cè)先學(xué)習(xí)它的每一項(xiàng)功能、做手冊(cè)給出的功能例題，讓你實(shí)際了解這種小型PLC的各種功能。
花了一個(gè)星期，基礎(chǔ)學(xué)習(xí)算結(jié)束了，我就開始實(shí)施我用PLC來實(shí)現(xiàn)閃光信號(hào)報(bào)警器的報(bào)警程序的編程工作。編程工作是先按4個(gè)報(bào)警輸入點(diǎn)的程序編制，以后需要8、16、24、32、48點(diǎn)的報(bào)警，無(wú)非是將4點(diǎn)的程序重復(fù)使用即可。
我將我歸納出的10個(gè)現(xiàn)有報(bào)警程序全部編制完成后，又一個(gè)一個(gè)在模擬器上實(shí)際演示，證明程序編制正確。這種新型閃光信號(hào)報(bào)警器不僅工作可靠（具有PLC的可靠性，而且可由用戶選擇何種報(bào)警程序，也可日后按需要更改選用另一個(gè)報(bào)警程序），其價(jià)格遠(yuǎn)低于引進(jìn)產(chǎn)品，與國(guó)內(nèi)8點(diǎn)閃光信號(hào)報(bào)警器的價(jià)格相當(dāng)。
該產(chǎn)品研制出來后，先后轉(zhuǎn)讓給貴陽(yáng)永青示波器廠、昆明金鼎電源成套設(shè)備廠。生產(chǎn)的產(chǎn)品被評(píng)為云南省省級(jí)新產(chǎn)品，并先后在昆明焦化制氣廠的二期工程設(shè)計(jì)及其他工程項(xiàng)目中采用了數(shù)十臺(tái)。
下面列出的是替代常規(guī)閃光信號(hào)報(bào)警器的功能（帶信號(hào)記憶、自動(dòng)復(fù)位功能）的梯級(jí)圖程序（見圖5）及最復(fù)雜閃光信號(hào)報(bào)警器的功能（帶信號(hào)記憶、首出顯示、首出復(fù)位、自動(dòng)復(fù)位功能）的梯級(jí)圖程序（見圖6）。
圖5 常規(guī)報(bào)警器功能的梯級(jí)圖程序
圖6 SA F3A 程序報(bào)警器功能的梯級(jí)圖程序
工作告一段落后，我又發(fā)表了有關(guān)閃光信號(hào)報(bào)警器的幾篇論文：
微機(jī)多功能閃光信號(hào)報(bào)警器（有色金屬設(shè)計(jì)，1991.04）；
信號(hào)閃光報(bào)警功能的開發(fā)（工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，1992.06）；
復(fù)雜信號(hào)閃光報(bào)警功能的PC程序編制（昆明工學(xué)院學(xué)報(bào)，1993.06）；
2003年，昆明康德爾公司從以色列的Unitronics公司買入一批OPLC（Operator panel and Programmable Logic Controller，帶操作員面板的PLC），即一種小型PLC，它將PLC的HMI人機(jī)接口與PLC整機(jī)（包括CPU和I/O卡）合成一體（見圖7）。
圖7 Unitronics公司的M90/M91
這個(gè)可以放在掌心的袖珍形設(shè)備內(nèi)集成了14～24個(gè)I/O點(diǎn)的微型PLC和一個(gè)帶鍵盤的操作顯示面板，因而被稱為All-in-One(集成一體化)。在操作顯示面板上我們可以看到有一個(gè)LCD液晶顯示器，它是一個(gè)可以最多顯示1行或2行16個(gè)字符（帶背光）的文本顯示器。在操作顯示面板下面有15個(gè)密封隔膜按鍵，通過鍵盤可對(duì)M90/M91進(jìn)行信息通信并修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)。
主機(jī)本身可帶的I/O點(diǎn)數(shù)從14點(diǎn)到24點(diǎn)；加I/O擴(kuò)展模塊后，可連接最多8個(gè)I/O模塊，可擴(kuò)展最多64個(gè)I/O點(diǎn)；多達(dá)63臺(tái)M90/M91可通過總線連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。部分型號(hào)可接受1～2個(gè)模擬量輸入信號(hào)，1個(gè)模擬量輸出信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)PID回路控制。帶RS232串行端口，支持GSM功能。
在PC機(jī)上進(jìn)行梯級(jí)圖編程、操作顯示面板編程。OPLC體積小巧、價(jià)格低廉、功能豐富。特別適合于隨小型設(shè)備配套的PLC采用。特別新潮的是，它還配有無(wú)線發(fā)送和接收含固定文本和變量數(shù)據(jù)的SMS短信息功能。我一方面感覺它價(jià)格更低，更適合用作閃光信號(hào)報(bào)警器的主機(jī)，另一方面我對(duì)具有SMS短信息無(wú)線傳輸功能更感興趣。
研究OPLC的過程中，先后發(fā)表了以下內(nèi)容的文章：
M90/91微型OPLC（PLC&FA，2004.02）；
帶HMI的微型可編程序控制器的發(fā)展（世界儀表與自動(dòng)化，2004.08）；
手機(jī)短信息業(yè)務(wù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（自動(dòng)化博覽，2004.04）；
西門子公司C7系列一體化PLC，（工控自動(dòng)化，2005.03）；
PLC還是智能繼電器（控制工程-中國(guó)，2007.04）；
超微型一體化PLC的應(yīng)用（PLC&FA，2010.12）。
由于初步接觸了無(wú)線發(fā)送和接收的SMS短信息功能，所以當(dāng)2007年以后流程行業(yè)無(wú)線技術(shù)的WirelessHART、ISA100.11a問世后，我就很快接受了這項(xiàng)技術(shù)，便又開始我新的研究課題：流程行業(yè)無(wú)線技術(shù)。
作為自控專業(yè)設(shè)計(jì)人員，PLC雖然不算是我的主要業(yè)務(wù)，但這么多年來，斷斷續(xù)續(xù)還是接觸它、學(xué)習(xí)它，看資料時(shí)也挺關(guān)心它。思前想后，與PLC密切相處了四十年，伴隨PLC技術(shù)飛速發(fā)展，我也不斷成長(zhǎng)，取得一些進(jìn)步。
這個(gè)過程可以用一句話來總結(jié)：老漢我與PLC還是有緣分的！
