赵工半导体工程师，芯片实验室 ​​2022-02-13 10:10

单片机能代替PLC吗？这个问题就像面粉可以代替面条一样，答案是否定的！

第一次听到这个答案，很多人可能会有疑问：单片机这么强大，功能这么丰富，为什么不能代替PLC呢？

那么，今天我们就来看看什么是单片机和PLC？它们之间有什么区别？

一、单片机

单片机（Chip），又称微控制单元（Unit），简称MCU，是一种集成电路芯片。存储器（；RAM）、只读存储器（Read-Only；ROM）、各种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路复用等）将断路器、A/D转换器等电路集成在一块硅片上形成的小型完整的微机系统，广泛应用于各个领域。

如手机、PC外设、遥控器、汽车电子、工业步进电机、机械臂控制等，都可以看到MCU。

单片机的历史并不长，但发展非常迅速。它的产生和发展与微处理器的产生和发展大致同步。自1971年美国首次推出4位微处理器以来，其发展至今大致可分为5个阶段。

单片机发展初级阶段（1971年至1976年）：1971年11月，首次设计出集成度为2000晶体管/芯片的4位微处理器Intel 4004，并配备RAM、ROM和移位寄存器，构成第一个MCS-4微处理器，然后是8位微处理器Intel 8008，其他公司陆续推出的8位微处理器。

低性能单片机阶段（1976年至1980年）：以1976年推出的MCS-48系列为代表，集成了8位CPU、8位并行I/O接口、8位定时器/计数器、RAM和ROM等. 半导体芯片上的单片结构，虽然它的寻址范围有限（不超过4KB），没有串行I/O，RAM和ROM容量小，中断系统比较简单，但它的功能可以满足一般工业控制和智能化工仪器、仪表等的需要。

高性能单片机阶段（1980年至1990年）：该阶段推出的高性能8位单片机一般有串口、多级中断处理系统、多个16位定时器/计数器。增加了片内RAM和ROM的容量工业遥控器，寻址范围可达64KB。个别芯片也有A/D转换接口。

16位单片机阶段（1983年至1989年）：1983年推出高性能16位单片机MCS-96系列。由于采用了最新的制造工艺，芯片集成度高达12万个晶体管/芯片。

全方位高水平发展阶段（1990-至今）：到目前为止，单片机也从传统的8位处理器平台向32位先进的RISC处理器平台转变，但8位计算机是仍然很难被取代。8位单片机成本低、价格低、易于开发，其性能可以满足大部分需求。只有在航空航天、汽车、机器人等高科技领域，高速处理大量数据时才需要使用16/32位。在一般工业领域，8位通用单片机仍然是应用最广泛的单片机。单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等各个方向都向更高水平发展。

单片机的特点是编程和维护比较复杂，编程方法常用C语言或汇编语言，成本低，I/O接口比较有限。

二、PLC

PLC，全称Logic，是可编程逻辑控制器，是专为工业环境应用而设计的数字运算操作电子系统。它利用可编程存储器存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟输入输出控制各类机械设备或生产。过程。

三、为什么单片机不能代替PLC？

1、稳定性和可靠性

有人说这是一个伪问题。单片机是一个组件，而PLC是一个由组件和庞大的软件组成的系统。两者在这方面没有可比性。

这没有错。大多数PLC控制芯片实际上是单片机。也就是说，PLC可以看作是单片机的二次开发。在工业防护等级方面，单片机的稳定性和可靠性无法与PLC的IP67相比。产品等级（IP为标识字母，第一个标识数字代表接触防护和异物防护等级，第二个标识数字代表防水防护等级）。此外，还为PLC开发了冗余系统工业遥控器，该产品可以应对恶劣的工业环境。如果稳定性和可靠性的比较没有意义，那么我们从其他方面进行分析。

2、I/O 函数

单片机的I/O点确实是有限的，但是PLC呢？针对不同的现场信号，有相应的I/O点可以直接与工业现场的设备（如按钮、开关、传感电流变送器、电机启动器或控制阀等）连接。业内几乎任何一条生产线都有数百甚至数千个I/O点，这完全是单片机无法比拟的。

3、扩展功能

完整的工业产线除了控制之外，还包括通讯、主机、组态、运动控制和显示等，这些都需要依赖完整的工业系统和通讯协议，比如西门子的-DP通讯、三菱重工'CC-LINK等单片机与PC机的通讯，单片机和单片机多采用串口。单片机的串口为全双工异步通信串口。

那么，MCU、CAN open、以太网等通信协议能否一一实现呢？也许微控制器可以做到这一点，但这进入了下一个分析点——开发周期。

4、开发周期

PLC的品牌有200多个，几乎每个品牌都有不同的编程软件，而且他们也在不断的完善自己的编程软件，让它越来越容易为电气工程师服务，各种程序块也越来越多受欢迎的。更方便、人性化的任意调用，如PID模块、运动控制模块等，大大减轻了工程师的开发压力，缩短了开发周期。

那么，如何实现微控制器呢？如果没有现成的模块可以使用，只能进行开发，所以做过非标自动化设备的工程师会遇到一个问题——工期不足。PLC这种高度集成化、模块化的产品，也为了满足设备所需的开发周期而捉襟见肘，更不用说像一张白纸一样的单片机了。

5、通讯距离

现在，大多数管道都已跨区域集成和监控。使用的通信方式大多是以太网加中继器，或者直接民用宽带光纤。用的东西很可能最终用的是微软的IE浏览器。显然，PLC 有一个 RJ-45 接口。即使主体没有RJ-45，也可以配备以太网模块。安装在单片机上的PCB板可以加这个接口，然后开发以太网通讯吗？开发需要多长时间？

6、编程语言

这是微控制器的优点和缺点。上面提到的PLC品牌有200多种，编程软件也比较多。虽然大部分PLC的编程语言大同小异，但每次接触到不同品牌的PLC，电气工程师都要分析PLC的硬件参数、软元件、了解编程软件等方方面面才得心应手从头开始，只使用一次。单片机的编程语言为C语言或汇编语言，是任何单片机通用的。

也就是说，如果你学过C语言或者汇编语言，你可以使用任意一台单片机来开发想要的功能（前提是有相关的电气电子基础）。

但话又说回来，电气工程师不是电子工程师。他们的工作不仅是考虑单片机如何驱动继电器来控制机床，甚至一些电气工程师也不懂C语言、汇编语言等单片机开发语言。近年来，随着IEC-61131-3标准的推广，越来越多的PLC支持多种编程语言，如类似于C语言的ST语言，类似于电路图的CFC语言。这种便捷的功能在传统的单片机开发环境中确实是不可能实现的。

四、结论

经过上面的阐述，我们可以看到PLC其实可以算是单片机的二次应用开发，但是它有自己鲜明的特点。迄今为止，我国单片机应用和嵌入式系统开发已经走过了20多年的发展历程，国民经济建设、军工和家电等领域，尤其是手机、汽车自动导航设备、PDA、智能玩具、智能家居家电、医疗器械等行业都在使用单片机。在行业的高端，目前从事单片机开发和应用的工程师超过10万人。