親愛的讀者們，在科技的長河中，總有那么一群人，他們以深厚的專業(yè)知識和不懈的探索精神，為行業(yè)的繁榮與發(fā)展貢獻著自己的智慧和力量。今天，我們有幸邀請到一位在電氣自動化領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗和卓越成就的老專家成為聯(lián)誠科技的常駐作者。
方原柏，1942年出生于湖北黃岡，昆明有色冶金設(shè)計研究院電氣自動化技術(shù)部的教授級高級工程師，自動化儀表、衡器、冶金自動化、儀表世界、儀器儀表與自動化等雜志編委，昆明儀器儀表學(xué)會理事長，中國衡器協(xié)會技術(shù)專家委員會顧問，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)過程自動化” （2015年，人民郵電出版社）、檢重秤（2020年，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社）、“金屬探測器”（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。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DEC公司研制出了世界上第一臺PLC，應(yīng)用于美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上。而在這之前，各類順序控制、時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，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，程序可能有點修改（但可以事先編制好，需要使用時下載），但硬接線無需改動，所以迅速得到普及推廣。
大約在上世紀(jì)70年代后期，隨國外引進工程配套的PLC進入中國，當(dāng)時的上海寶鋼一期工程中有多項工程引進了十幾種機型約200多臺套，用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個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外多個廠家三十幾種機型計六百多臺套的PLC。在廣西玉柴機器廠的柴油機生產(chǎn)線中也引進了近二百臺套羅克韋爾自動化公司的PLC。1982年，天津自動化儀表廠首家引進美國莫迪康(MODICON)公司的PLC，后國外的廠家也開始來中國推銷PLC。
資料介紹，中國在1974年研制出第一臺PLC，但實際上，這只是一臺采用位式微處理芯片的可編程順序控制器，并未投入實用。1977年，采用美國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)品有中科院自動化研究所的LC-0088、北京聯(lián)想計算機集團公司的GK40、上海機床電器廠的CKY40、蘇州計算機廠的Yz-PC-0001DENG等。
近年來，國產(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、北京和利時等一大批公司，云南本土也有聯(lián)誠科技集團這樣的專業(yè)PLC廠家。
在上世紀(jì)70年代后期，隨國外引進工程配套的PLC進入中國，我在昆明工作，信息相對閉塞，但1982年，當(dāng)時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，我院邀請代理美國德州儀器公司（TI）可編程序控制器產(chǎn)品的北京機械部自動化研究院的專家來昆明介紹PLC。1984年，在我院設(shè)計的昆明焦化制氣廠的工程設(shè)計中，我們就選用了美國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點輸入、256點輸出，還具有PID回路控制功能，可實現(xiàn)最多16個PID回路控制功能。雖說當(dāng)時還是上世紀(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實現(xiàn)整個焦化廠的電氣、自控兩個專業(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)場編程、調(diào)試、投運工作。當(dāng)時編程設(shè)備是一臺VPU200顯像式編程器。編程器及控制器隨機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，編程器的英文資料都是我翻譯的。程序部分涉及電氣、自控兩個專業(yè)，自控部分也是我編寫的程序，這個程序是采用逐項填寫表格的方式，即填寫回路編程工作單進行，然后在梯級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)時還用了一臺德州儀器公司5TI小型可編程序控制器，相對小巧，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)場之前，我先進行編程及調(diào)試（那個時候還算年輕吧?。?/span>
在這項工程實施結(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，1989.02）；
物料累積量運算的PC軟件開發(fā)（工業(yè)儀表與自動化裝置，1990.03）
由于有了深入接觸PLC的機會，對PLC的功能及程序編制有了一些了解，也會經(jīng)常思索什么場合會用到PLC的這些功能。
當(dāng)時，我是昆明焦化制氣廠的工程設(shè)計自控專業(yè)負(fù)責(zé)人，由于設(shè)計選用的儀表以西安儀表廠引進的橫河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工序都在使用，但故障率很高，這就是閃光信號報警器。
當(dāng)時選用的是采用晶體管電路、集成電路的國產(chǎn)八回路報警器，一般用上三五個月就會有一兩個回路出現(xiàn)故障，而用上一年，這臺報警器就要報廢了，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，向N個閃光信號報警器的生產(chǎn)企業(yè)發(fā)信，索取資料，一共收到二十幾個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：“閃光信號報警器的現(xiàn)狀和發(fā)展”（自動化儀表，1991.01）。介紹了現(xiàn)狀、列出國產(chǎn)閃光信號報警器的各種報警功能、引進的美國羅切斯特報警器的報警功能及其程序框圖、對閃光信號報警器的產(chǎn)品開發(fā)的建議。圖3、圖4分別為常規(guī)報警器功能及高端的SA F3A程序報警器功能。看了圖4，就知道SA F3A程序報警器功能復(fù)雜，能從幾乎同時報警的多個報警信號中識別最先報警的信號（即首出信號）。
圖3 常規(guī)報警器功能
圖4 SA F3A程序報警器功能
做了這項工作后，有一個思路在腦海里形成：閃光信號報警器的報警程序就是一個開關(guān)量的邏輯判斷，通過對開關(guān)量輸入信號的判斷是否符合報警條件，符合則通過開關(guān)量輸出燈光信號、音響信號。再想想PLC，開關(guān)量的邏輯判斷它最擅長，報警程序的編寫應(yīng)該沒有問題。剩下的就是經(jīng)濟性了，PLC只用來報警，大材小用，經(jīng)濟上合算嗎？用當(dāng)時市場上見到的進口或引進的PLC肯定不合算。
在昆明召開的一次技術(shù)交流會上，看到當(dāng)時國內(nèi)最早生產(chǎn)PLC的蘇州計算機廠生產(chǎn)的小型PLC，型號是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實物PLC留下來（有CPU板及48點DI、16點DO）讓我們試用。同時留下的還有編程器和一臺信號模擬器（上面有一排鈕子開關(guān)和一排信號燈，鈕子開關(guān)模擬開關(guān)量輸入信號，信號燈模擬開關(guān)量輸出信號）。
有了一臺PLC，再加上一臺模擬器，我就如魚得水，可以認(rèn)認(rèn)真真地學(xué)好這臺PLC了。首先根據(jù)隨機帶來的樣本、編程手冊先學(xué)習(xí)它的每一項功能、做手冊給出的功能例題，讓你實際了解這種小型PLC的各種功能。
花了一個星期，基礎(chǔ)學(xué)習(xí)算結(jié)束了，我就開始實施我用PLC來實現(xiàn)閃光信號報警器的報警程序的編程工作。編程工作是先按4個報警輸入點的程序編制，以后需要8、16、24、32、48點的報警，無非是將4點的程序重復(fù)使用即可。
我將我歸納出的10個現(xiàn)有報警程序全部編制完成后，又一個一個在模擬器上實際演示，證明程序編制正確。這種新型閃光信號報警器不僅工作可靠（具有PLC的可靠性，而且可由用戶選擇何種報警程序，也可日后按需要更改選用另一個報警程序），其價格遠低于引進產(chǎn)品，與國內(nèi)8點閃光信號報警器的價格相當(dāng)。
該產(chǎn)品研制出來后，先后轉(zhuǎn)讓給貴陽永青示波器廠、昆明金鼎電源成套設(shè)備廠。生產(chǎn)的產(chǎn)品被評為云南省省級新產(chǎn)品，并先后在昆明焦化制氣廠的二期工程設(shè)計及其他工程項目中采用了數(shù)十臺。
下面列出的是替代常規(guī)閃光信號報警器的功能（帶信號記憶、自動復(fù)位功能）的梯級圖程序（見圖5）及最復(fù)雜閃光信號報警器的功能（帶信號記憶、首出顯示、首出復(fù)位、自動復(fù)位功能）的梯級圖程序（見圖6）。
圖5 常規(guī)報警器功能的梯級圖程序
圖6 SA F3A 程序報警器功能的梯級圖程序
工作告一段落后，我又發(fā)表了有關(guān)閃光信號報警器的幾篇論文：
微機多功能閃光信號報警器（有色金屬設(shè)計，1991.04）；
信號閃光報警功能的開發(fā)（工業(yè)儀表與自動化裝置，1992.06）；
復(fù)雜信號閃光報警功能的PC程序編制（昆明工學(xué)院學(xué)報，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人機接口與PLC整機（包括CPU和I/O卡）合成一體（見圖7）。
圖7 Unitronics公司的M90/M91
這個可以放在掌心的袖珍形設(shè)備內(nèi)集成了14～24個I/O點的微型PLC和一個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LCD液晶顯示器，它是一個可以最多顯示1行或2行16個字符（帶背光）的文本顯示器。在操作顯示面板下面有15個密封隔膜按鍵，通過鍵盤可對M90/M91進行信息通信并修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)。
主機本身可帶的I/O點數(shù)從14點到24點；加I/O擴展模塊后，可連接最多8個I/O模塊，可擴展最多64個I/O點；多達63臺M90/M91可通過總線連接成一個網(wǎng)絡(luò)。部分型號可接受1～2個模擬量輸入信號，1個模擬量輸出信號，可實現(xiàn)PID回路控制。帶RS232串行端口，支持GSM功能。
在PC機上進行梯級圖編程、操作顯示面板編程。OPLC體積小巧、價格低廉、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。我一方面感覺它價格更低，更適合用作閃光信號報警器的主機，另一方面我對具有SMS短信息無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（世界儀表與自動化，2004.08）；
手機短信息業(yè)務(wù)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)（自動化博覽，2004.04）；
西門子公司C7系列一體化PLC，（工控自動化，2005.03）；
PLC還是智能繼電器（控制工程-中國，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)無線技術(shù)的WirelessHART、ISA100.11a問世后，我就很快接受了這項技術(shù)，便又開始我新的研究課題：流程行業(yè)無線技術(shù)。
作為自控專業(yè)設(shè)計人員，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，取得一些進步。
這個過程可以用一句話來總結(jié)：老漢我與PLC還是有緣分的！
