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Description

PLC硬件和软件的进展，从系统上讲是实现小型化、高速化，以及将信息技术渗入PLC；从硬件上讲是，采用32位RISC的MPU、专用的LSI和多；从软件上讲则是，采用与国际标准IEC 61131-3相对应的工业标准JIS B 3503。

小型化由于电子工业尤以器件、电路板等硬件见长，所以在PLC系统上实现小型化，可以说早就是起源于，又由他们来推动，并一直乐此不疲、贯彻至今的。小型化的好处是：节省空间、安装灵活、降低成本。

现今主要PLC厂商生产的模块式中、大型PLC，其典型的外形尺寸要比他们在前一代的同类产品的安装空间要小50-60%。例如三菱电机的小Q系列就比AnS系列的安装空间减少60%。要做到这一点，首先需要开发大规模的专用集成电路芯片（ASIC）来减少芯片的个数，并采用球栅阵列（BGA）以保证在同样封装尺寸下能提供足够多的针脚数。例如，某模块原来用了约700个元器件，通过开发了12种大规模的ASIC（采用BG352的针脚封装）和调整功能，减少了显示用的LED和开关等措施，使元器件减少了一半左右。其次，为减少接插件在印刷电路板上所占的空间，要求接插件的针脚间隔足够小。再次，随着微细加工技术的发展，印刷电路板上的接线布局可实现高密度化、多层化和薄型化，大大提高了元器件的安装率。例如某模块采用了1毫米厚的基板制成8层电路板。由于采取了以上这些措施，使模块由3块印刷电路板变为2块，体积减少了70%，小型化得以较地实现。随着小型化又产生了如何解决小空间的散热设计问题：一是要根据热分析仿真来确定元器件的布置安排；二是主要元器件的电源电压采用3.3V，达到低功耗的目的；三是考虑了通过安装模块的基板，使模块所产生的热量能得到良好散热的机械结构。

高速化所谓高速化应该包括：运算速度的高速化；与外部设备的数据交换速度高速化，如I/O刷新和网络刷新等；编程设备服务处理的高速化；外部设备的高速响应。

运算速度高速化也是PLC系统追求的一个重要目标。由于目前PLC的模块竞相采用32位RISC芯片，运算速度大为提高。一般基本指令的执行速度均达到数十个纳秒（ns），如三菱电机的Q02H其输入指令的执行时间为34ns，富士电机MICREX-SX系列SPH300达20ns，横河电机的FA-M3系列的F3SP59-7S其输入指令的执行时间为17.5ns。仅看一种指令的执行时间并不能完整地说明问题。电机工业会（电机工业的行业协会）JEMA一直倡导用PCmix值（即PLC的处理时间性能表示指标，用1微秒执行的基本指令和数据处理指令的平均次数来表示）来衡量PLC的运算速度。所谓1微秒执行的基本指令和数据处理指令的平均次数，是按PLC应用程序所使用的指令的频繁程度的统计平均值计算的。一般是基本指令占54%(其中输入指令占17%，输出指令13%，逻辑运算指令21%，定时器输出3%)，数据处理指令占39%（其中传送指令占25%，四则函数运算指令，比较指令6%），其它指令7%。仍以三菱电机的小Q系列为例，其中的Q25H的PCmix值是10.3，比A2UH-S1快5倍（为2.0），比A2SH快20倍多(PCmix值为0.5)。随着PLC的功能扩展，运算指令、文字处理指令、通信指令等用的越来越多，各种指令的使用频率也会发生一定的变化，PCmix值的计算也会有所变化。这里顺便提一下，之所以要多次举三菱电机为例，是因为它的PLC的市场份额占的50%以上，为的大PLC供应厂商，因而具有相当的典型性。同时，通过软件技术提升PLC专用操作系统的水平，实现了事件中断的高速响应（200微秒）功能，高速计数功能，0.5毫秒（三菱电机的小Q系列PLC）、甚至0.2毫秒（横河电机的的FA-M3系列PLC）的恒定扫描时间功能

与外部设备的数据交换速度高速化。PLC的模块通过系统总线（一般做在基板的印刷电路上）与装插在基板上的各种I/O模块、特殊功能模块、通信模块等交换数据，装插的模块越多，模块与那些模块之间的数据交换的时间就会增加。这种数据交换的时间的增加，在一定程度上会使PLC的扫描时间加长。因此，有必要采取以下措施使系统总线传输速度高速化：增加系统总线的带宽使一次传输的数据量增多，例如三菱电机的小Q系列PLC，增加了系统总线的带宽，使所传输的数据量是以前的2倍；在系统总线存取的方式上，采用连续成组传送技术实现连续数据的高速批量传送，大大缩短了存取每个字所需的时间；通过向与系统总线相连接的模块实现全局传送，即针对多个模块同时传送同一数据，有效地用活了系统总线。

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