繼電器是一種應用非常廣泛的控制器件，它是根據外部輸入的信號（電信號或非電信號）來控制電路中電流“通”與“斷”的設備。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通用繼電器的累計銷售量已超過10億只。
1969年，美國DEC公司研制了世界上第一臺可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）用于通用汽車公司的生產線上，PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通訊技術發展起來的一種通用工業自動控制裝置，其初期的應用主要是取代那些大量使用繼電器的控制裝置上。
某調研公司曾按產品規格劃分對2003年底到2004年初中國PLC的市場進行調查，結果表明：在微型（64點I/O及以下）、小型（64~255點I/O）、中型（256~1023 點I/O）、大型（多于1024點I/O）PLC中微型占據40.2%的市場份額。
按照工業控制方面專家的估計，對于離散制造業的控制要求來說，80%的PLC都是用于小型系統（I/O少于128點）；78%的PLC都是數字量
或者開關量；80%的PLC應用于采用20來個梯級圖就可以解決問題的現場[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。
目前在一些功能要求簡單（如簡單的邏輯控制、計時、計數功能）、輸入輸出點數少（如數點至十幾個點）、費用要求低（數百元至數千元）的場合，傳統的繼電器仍占據較大的市場，而早中期的PLC產品還很難顧及到這類場合。
從上世紀九十年代中期以來，在微型PLC中間出現了一類產品的I/O點數只有二三十個點的超微型（nano）系列，其中一部分帶HMI（Human Machine Interface，人機操作界面，又稱可編程終端），我們可以將其稱為帶HMI的超微型PLC。令人感興趣的是，幾乎所有著名的PLC生產廠家均推出了這類產品，如德國SIEMENS公司、德國Moeller公司、美國Rockwell公司、日本OMRON公司、日本MITSUBISHI公司、日本idec公司、法國施耐德TE公司等等。
圖1：日本OMRON公司的MYJ/LYJ 通用繼電器
圖2：TE公司Zelio Logic
圖3：帶HMI 的超微型PLC是最佳的繼電器控制系統的升級換代產品
與其它類別的PLC不同的是，這類帶HMI的超微型PLC的正式名稱五花八門，有稱為可編程序繼電器（日本OMRON公司的ZEN）、通用邏輯模塊（德國SIEMENS公司的LOGO!）、控制繼電器（德國Moeller公司的EASY）、智能繼電器（日本idec公司的FL1和法國施耐德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點數不多而原來使用繼電器的地方。傳統的PLC主要用在工業領域，而這些產品還可以用在其它行業甚至家庭，例如用在洗車、自動售貨機、照明控制、門窗控制上。但它又不同于繼電器，它是“可編程序”的、是“通用”的、是“智能”的，部分產品還帶模擬量輸入輸出。為了觀察參數狀態及編程方便，上面列舉的產品還不同于一般的微型PLC，它帶有一體化的HMI人機操作界面，因而具有更廣泛的應用前景。
在PLC控制系統使用過程中，與操作者關系最密切的就是HMI人機操作界面，通過HMI，用戶可以隨時了解、觀察并掌握控制系統的工作狀態，同時，超微型PLC為方便用戶編程，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、擴展器接口、編程器等諸多設備集成為一體的緊湊型設備。
帶HMI的超微型PLC的設計思想是使用簡單，通常它的編程不需特殊的軟件，編程和數據調整都通過面板上的鍵盤和LCD顯示器來實現。
帶HMI的超微型PLC的特點
法國施耐德TE公司在介紹其帶HMI的超微型PLC產品Zelio Logic（見圖2）時，用了四個字來概括：簡、易、精、智，這也可以大體概括帶HMI的所有超微型PLC產品的特點。
簡
充分簡化控制系統，1臺Zelio Logic相當于：
■10~40個I/O
■16個計時器/16個加、減計數器
■16個模擬比較器/16個文本功能塊
■8個實時時鐘功能塊
■28個輔助繼電器
■1個1kHz高速計數器
■1個4行×18字符的文本顯示器
■6個操作按鍵
易輕松開發、維護您的設備
■可通過面板直接編程
■可采用Zelio soft編程軟件在PC機上進行實時編程
■可進行遠程調試、維護應用程序
■模塊化設計，安裝靈活方便
精
讓您精確鎖定各種目標應用
■支持Modbus 協議，自由通訊連接
■尺寸小巧，12點本體的尺寸為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及PT100溫度信號
■符合UL，CSA，GL，CE認證
智
讓您坐享設計之樂趣
■編程語言支持梯級圖、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 為了進一步說明帶HMI的超微型PLC可以充分簡化控制系統，我們還可以看看有關Keyence公司KV-P型產品的一個宣傳資料（見圖3），它說明一臺這樣的設備可以替代并且超過以往由多個繼電器、按鈕、信號燈、顯示儀、設定開關等等設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也可以充分簡化控制系統，圖4中不帶HMI的PLC
所需的I/O點由控制所需I/O點和顯示所需I/O點兩部分組成，后者是指一些動作狀態的顯示和控制過程一些操作開關、按鈕均須作為PLC的DO/DI輸入輸出，而對帶HMI的超微型PLC來說，這些顯示燈、操作開關、按鈕均可以安排在PLC內部，它無需占用PLC的DO/DI輸入輸出。按圖4所示，不帶HMI的PLC所要求的I/O點為DI 20點/DO 16點，而帶HMI的超微型PLC所要求的I/O點僅僅為DI 10點/DO 6點，可見控制系統的確簡化了很多。
帶HMI超微型PLC產品的性能
I/O點數
本文所介紹的產品中，包括本機所帶及擴展所帶I/O點總數大體上應在40點以下，表1列舉了主要超微型PLC產品的DI/DO點數。其中部分產品為不可擴展型，另有部分產品為可擴展型，用戶可根據應用要求確定擴展模塊的類型和數量。
圖4：帶HMI的超微型PLC可簡化控制系統
I/O類型
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10A（SIEMENS公司的LOGO!、三菱公司AIPHA），通常可直接帶動電機。部分產品帶高速計數輸入，如TE公司的Zelio Logic、MITSUBISHI公司的ALPHA均帶1kHz高速計數輸入，Unitronics公司的Jazz帶兩個5kHz高速計數輸入，Keyence公司的KV-P帶兩個30kHz高速計數輸入。
部分產品帶模擬量輸入輸出，如SIEMENS公司的LOGO!本機的2個DI點可作為模擬量輸入，擴展后最多可帶8個模擬量輸入，OMRON公司的ZEN可帶2個模擬量輸入，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個模擬量輸入，Moeller EASY400的2個DI點可作為模擬量輸入，500帶2個模擬量輸入。
模擬量輸入輸出類型有0~10V、0（4）~20mA、Pt100、熱電偶等。
圖5：傳統的PLC 上加裝的顯示器
圖6：盤裝顯示器
圖7：編程畫面 左：梯級圖；右：功能塊
HMI顯示器
就顯示內容來說，對超微型PLC系統來說，一般只需要顯示運轉的程序、I/O點的狀態等相關信息，通常文本顯示就足夠了，現在有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行圖標顯示（如圖2所示）。如圖3所示，Keyence公司KV-P有兩個顯示器，分別作為數據處理面板和信息面板，數據處理面板用來顯示有關數據和時間參數，信息面板用來顯示工作指令、設備狀態和報警信息。可選用綠、紅、橙三種顏色，以便醒目地區別顯示正常狀態和故障狀態。顯示器顯示的字符為14個，為了使操作工正確理解指令，顯示畫面帶卷取功能，使畫面能左右移動，從而使顯示的字符數達到64個。
在Moeller公司的EASY產品的最新資料中，我們還看到一個簡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、棒狀圖畫面的產品會越來越多。
顯示器的結構形式主要有兩類，一類是在傳統的PLC上加裝的顯示器，如圖5所示產品從左至右分別為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，另一類是盤裝式，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。盤裝式結構與傳統的PLC外形已經完全不同，如不說明很難知道它是一臺PLC。
編程方式
臺安公司采用PDA手持式編程器編程，但多數帶HMI超微型PLC采用所附HMI面板和操作鍵盤進行程序編制，編程語言有梯級圖、功能塊（FBD）等（見圖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）。采用梯級圖編程時，每個編程行可包含的觸點數各種型號均低于中大型PLC，如3個觸點+1個線圈（OMRON公司的ZEN）、5個觸點+1個線圈（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等產品可采用專用軟件加PC機編程。
功能
除了簡單的邏輯控制、計時、計數功能外，部分產品還提供了更多的功能，如Unitronics公司的Jazz可提供數學運算功能，有的雖有模擬量輸入，但它只是用于產生開關量信號的模擬量比較功能（如Pro-face公司的PRO-iO、SIEMENS公司的LOGO!）。有的產品還帶多點模擬量輸出，并具有PID調節功能，如Rockwell公司的Pico、Unitronics公司的M90/M91、SIEMENS公司的LOGO!
總線類型
帶HMI超微型PLC的主機擴展時有的已經用到各種現場總線，例如SIEMENS公司的LOGO!可用三種通信擴展模塊：ASi、LON、EIB，Moeller公司的EASY可以ASi、Profibus-DP、CANopen、DeviceNet現場總線方式擴展，Unitronics公司的M90/M91帶CANbus總線，臺安公司的GENIS可擴充Profibus-DP、DeviceNet、Modbus RTU通訊模塊，TE公司Zelio Logic可擴充Modbus 、GSM/RTU Modem通訊模塊。
外形尺寸
SIEMENS公司標準型LOGO！10點輸入輸出的外型尺寸只有72mm×90mm×55mm；三菱電機公司6點輸入、4點輸出的簡單應用控制器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備的就地安裝，其中大部分采用的是導軌式安裝，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就因此進入了像交通工具、太陽能電池供電這樣一些新的應用領域。
附加功能
有的產品提供了日期/時鐘顯示、多達6種（臺安公司的GENIS）、10種（Rockwell公司的Pico）、15種（Unitronics公司的Jazz）語言顯示、備用電池、保存或下載程序用存儲器等附加功能。
TE公司Zelio Logic使用的Zelio Soft軟件可以進行程序一致性測試，即使出現最細微的輸入錯誤，軟件也會發出警告并找到出錯的精確位置，還可以進行程序的仿真與監視。
Unitronics公司的Jazz通過OPC/DDE server，可實現與任何Windows環境下運行的程序進行數據交換。
通訊功能
MITSUBISHI公司的ALPHA包括SMS（手機短信息）和E-mail通訊功能，Unitronics公司的Jazz支持GSM/SMS通訊功能，可以與6個有GSM號的手機和設備通訊并接受遠程訪問（見圖8），idec公司的FL1A可以增加RS-232、RS-485通訊功能。
價格
帶HMI的超微型PLC的價格通常低于HMI、PLC分離式產品20%~30%，最低價格約在一百美元左右，可見其價格優勢是非常明顯的在2006上海“IAC,TIME & SENSOR”展會上，西門子（中國）有限公司A&D自動化系統部總經理安曉杰先生表示：“西門子現在針對中低端客戶拓展市場，逐漸推出一些低端新產品”。帶HMI超微型PLC正是中低端客戶需求量很大的一類產品，它具有適應面寬、針對性強、功能適中、價格低廉等優點，適合應用在一些小型設備上原來使用繼電器的場合。中國是一個制造大國，很多機械設備出廠時都可能需要裝備一些簡單適用的控制設備，帶HMI超微型PLC應該是最佳選型之一。業界應關心帶HMI超微型PLC的發展，以便為生產過程提供最好、最適用的產品。國內HMI及微型、中小型PLC生產廠家也可借助這類產品作為突破口，占領國內外市場。 |
