單片機(jī)和PLC是什么？它們有什么區(qū)別？

單片機(jī)可以替代PLC嗎？這個問題如同面粉能代替面條一樣，答案是否定的！

第一次聽到這個答案，可能很多人都有疑問：單片機(jī)明明功能那么強(qiáng)大、功能那么豐富，為什么不能取代PLC呢？

那么，今天我們就來了解一下單片機(jī)和PLC分別是什么？它們之間有什么區(qū)別？

一、單片機(jī)

單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer），亦稱微控制單元（Microcontroller Unit），簡稱MCU，是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（Central Process Unit；CPU）、隨機(jī)存儲器（Random Access Memory；RAM）、只讀存儲器（Read-Only Memory；ROM）、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

諸如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個階段。

單片機(jī)發(fā)展的初級階段（1971年至1976年）：1971年11月Intel公司首先設(shè)計(jì)出集成度為2000只晶體管/片的4位微處理器Intel 4004，并配有RAM、ROM和移位寄存器，構(gòu)成了第一臺MCS—4微處理器，而后又推出了8位微處理器Intel 8008，以及其它各公司相繼推出的8位微處理器。

低性能單片機(jī)階段（1976年至1980年）：以1976年Intel公司推出的MCS—48系列為代表，采用將8位CPU、8位并行I/O接口、8位定時/計(jì)數(shù)器、RAM和ROM等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu)，雖然其尋址范圍有限（不大于4KB），也沒有串行I/O，RAM、ROM容量小，中斷系統(tǒng)也較簡單，但功能可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。

高性能單片機(jī)階段（1980年至1990年）：這一階段推出的高性能8位單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)，多個16位定時器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)RAM、ROM的容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，個別片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。

16位單片機(jī)階段（1983年至1989年）：1983年Intel公司又推出了高性能的16位單片機(jī)MCS－96系列，由于其采用了最新的制造工藝，使芯片集成度高達(dá)12萬只晶體管/片。

全方位高水平發(fā)展階段（1990年至今）：到目前為止，單片機(jī)也有從傳統(tǒng)的8位處理器平臺向32位高級RISC處理器平臺轉(zhuǎn)變的趨勢，但8位機(jī)依然難以被取代。8位單片機(jī)成本低，價格廉，便于開發(fā)，其性能可以滿足大部分的需要，只有在航天、汽車、機(jī)器人等高技術(shù)領(lǐng)域，需要高速處理大量數(shù)據(jù)時，才需要選用16/32位，而在一般工業(yè)領(lǐng)域，8位通用型單片機(jī)，仍然是目前應(yīng)用最廣的單片機(jī)。單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。

單片機(jī)的特點(diǎn)是編程、維護(hù)相對復(fù)雜，編程方式常用C語言或者匯編語言，成本較低，I/O接口相對有限。

二、PLC

PLC，全稱Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

三、單片機(jī)為什么不能取代PLC呢？

1、穩(wěn)定性與可靠性

有人說，這是個偽問題，單片機(jī)是元器件，PLC是由元器件以及龐大的軟件構(gòu)成的系統(tǒng)，兩者在這一方面沒有可比性。

這話沒有錯，大多PLC的控制芯片實(shí)際上就是單片機(jī)，也就是說可以將PLC看成是單片機(jī)的二次開發(fā)，單論工業(yè)防護(hù)等級，單片機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性能根本比不了PLC這種IP67類的產(chǎn)品（IP為標(biāo)記字母，第一標(biāo)記數(shù)字表示接觸保護(hù)和外來物保護(hù)等級，第二標(biāo)記數(shù)字表示防水保護(hù)等級）。而且就PLC這種能應(yīng)對工業(yè)惡劣環(huán)境的產(chǎn)品還開發(fā)出一套冗余系統(tǒng)。如果穩(wěn)定性與可靠性對比沒有意義，那么我們就從其他方面分析。

2、I/O功能

單片機(jī)的I/O點(diǎn)實(shí)在有限，而反觀PLC呢？針對不同的現(xiàn)場信號，均有相應(yīng)的I/O點(diǎn)可與工業(yè)現(xiàn)場的器件（如按鈕、開關(guān)、傳感電流變送器、電機(jī)啟動器或控制閥等）直接連接，并通過總線與CPU主板連接。工業(yè)里幾乎任意一條生產(chǎn)線，都有上百甚至上千I/O點(diǎn)，就這點(diǎn)單片機(jī)完全無法比擬。

3、擴(kuò)展功能

一條完整的工業(yè)生產(chǎn)線除了控制，還有通信、上位、組態(tài)、運(yùn)動控制與顯示等，這些東西都需要依靠完整的工業(yè)體系與通信協(xié)議去做，例如西門子公司的PROFIBUS-DP通信、三菱重工的CC-LINK等。而單片機(jī)和PC、單片機(jī)和單片機(jī)之間的通信大都用串口。單片機(jī)的串口是全雙工異步通信串口。

那么，像MODBUS、PROFIBUS、CAN open、以太網(wǎng)等通信協(xié)議單片機(jī)是否能一一實(shí)現(xiàn)？或許單片機(jī)可以做到，但這就涉及到下一個分析點(diǎn)——開發(fā)周期。

4、開發(fā)周期

PLC的品牌多達(dá)200多種，幾乎每個品牌都有不同編程軟件，而且都在不斷完善自己的編程軟件，使之能夠越來越簡單的服務(wù)于電氣工程師，而各種程序塊也是越來越方便人性化的任意去調(diào)用，比如PID模塊、運(yùn)動控制模塊等，大大減輕了工程師的開發(fā)壓力也縮短了開發(fā)周期。

那么，單片機(jī)要如何實(shí)現(xiàn)？沒有現(xiàn)成的模塊使用，那就只能開發(fā)，那么做過非標(biāo)自動化設(shè)備的工程師都會遇到一個問題——工期不足。PLC這種高度集成化模塊化的產(chǎn)品在達(dá)到滿足設(shè)備所需的開發(fā)周期，在工期面前也是抓襟見肘，更不用說如同白紙一張的單片機(jī)。

5、通信距離

現(xiàn)在大多數(shù)流水線是要跨區(qū)域整合與監(jiān)視的，所用的通訊方式多為以太網(wǎng)加中繼器，或者直接走民用寬帶光纖，所用的東西到最后很可能是用的就是微軟的IE瀏覽器，很明顯PLC是有RJ-45接口，即使本體沒有RJ-45也可以配備以太網(wǎng)模塊，可單片機(jī)搭載的PCB板能加上這個接口然后開發(fā)出以太網(wǎng)通信嗎？開發(fā)需要多久？

6、編程語言

這點(diǎn)對單片機(jī)來講是一個優(yōu)勢，同時也是一個劣勢。上面提到PLC的品牌有兩百多種，編程軟件更多，盡管大多數(shù)PLC的編程語言都大同小異，但是每接觸一款不同品牌的PLC，電氣工程師就要從PLC的硬件參數(shù)、軟元件、編程軟件等等各個方面從頭了解一次才能使用的得心應(yīng)手。而單片機(jī)的編程語言用的是C語言或者匯編語言，這對于任何單片機(jī)都是通用的。

換句話說，學(xué)會C語言或者匯編語言，便可以應(yīng)用任何單片機(jī)開發(fā)想要的功能（前提是要有相關(guān)的電工電子學(xué)基礎(chǔ)）。

但話又說回來了，電氣工程師不是電子工程師，他們的工作不是單單考慮單片機(jī)如何驅(qū)動繼電器來控制機(jī)床的，甚至有的電氣工程師都不會C語言、匯編語言之類的MCU開發(fā)語言。近些年，IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)的推廣，越來越多的PLC支持多種編程語言，如類似C語言的ST語言，類似電路圖的CFC語言。這種便利的功能是傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)環(huán)境真的無法實(shí)現(xiàn)。

四、結(jié)論

經(jīng)過上面闡述，我們可以看出，PLC實(shí)際上可以看成是單片機(jī)的二次應(yīng)用開發(fā)，但是它又有自己鮮明的特點(diǎn)。到目前為止，中國的單片機(jī)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)走過了二十余年的歷程，國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等各個領(lǐng)域，尤其是手機(jī)、汽車自動導(dǎo)航設(shè)備、PDA、智能玩具、智能家電、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都是應(yīng)用了單片機(jī)。行業(yè)高端目前有超過10余萬名從事單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的工程師。

審核編輯：湯梓紅