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工业智能制造大背景下速控PLC可以适应哪些应用

2019年01月09日 15:25:59关键词:人机界面
  随着工业智能制作,工业4.0等概念的不断推进,PLC也得到愈加广泛的运用,近年来PLC的商场开展概况,根据Frorst & Sullivan发布的全球PLC商场陈述,有满意的依据证明,PLC商场在一切范围内都呈正增加。在过去的十年中,PLC商场在经受了前些年显著的下降之后,现在又呈现强势反弹,估量到2018年商场将到达148.5亿美元,比前五年增加40%。令人感到兴奋的是,中小型PLC将在商场增加中起着至关重要的作用。

  ARC在2015年8月宣布有关PLC和PAC的商场开展陈述,其要点是:PLC与PAC商场在2014年完结扩张。其间特别是我国和北美成为增加引擎。估量该商场在2015和2016年增加前景不容乐观,首要原因是金砖四国(巴西、俄罗斯、印度、我国)已不再是增加因素。估量现在PLC装机数量达5200万台,其间以微小型PLC占适当数量,估量到2019年将到达6500万台。其间很大数量在未来5年内都现已到了其生命周期的最终阶段。现有装机PLC的更新换代,将是未来5年内PLC商场增加的一个重要因素。此外,软件和效劳对PLC供货商和最终用户越来越重要。最终用户更多地会要求将硬件完结的功用需求利用软件来完结。PLC相关效劳也变得更重要。为了更专注于自己的中心竞争力,更有用充分利用工程资源,一些最终用户现已外包了许多PLC相关效劳,如配置、训练和保护。有痕迹表明越来越多的用户计划外包他们大部分的保护、训练或备件业务,现已成为趋势。

  据美国相关自动化人士在社交网络的讨论,比较集中的定见以为是最终用户推进着商场。机械装备制作商偏爱PLC,是因为它运用简单牢靠,性价比好。从技能人员的视点分析,则是掌握PLC的人群远多于掌握PC和PAC的人群。不过,也不能以为PLC会永久保持其传统的形态。在未来的5年时间内,由于工业物联网的快速普及,以及云效劳逐步进入工业商场,需求PLC供给直接与MES、ERP等上层办理软件信息体系的接口,PLC体系必定要从硬件和软件上习惯新工业革命也即智能制作的需求,不然PLC制作厂商还会遭受严峻的挑战。

  智能制作对PLC功用的新要求

  PLC作为设备和装置的操控器,除了传统的逻辑操控、次序操控、运动操控、安全操控功用之外,还承担着工业4.0和智能制作赋予的以下使命:

  1、越来越多的传感器被用来监控环境、设备的健康状态和生产进程的各类参数,这些工业大数据的有用采集,迫使PLC的I/O由集中安装在机架上,有必要转型为分布式I/O。

  2、各类智能部件遍及选用嵌入式PLC,或许微小型PLC,尽或许地在现场完结越来越杂乱的操控使命。

  3、运用软件编程的渠道化,进一步开展工程规划的自动化和智能化。

  4、大幅前进无缝连通才能,相关的操控参数和设备的状态可直接传输至上位的各个体系和运用软件,甚至送往云端。

  概括而言,即满意工业大数据采集的需求,就地实时自治操控,编程的自动化和智能化,前进无缝的连通才能。

  PLC体系作为工业操控主力军的地位会不会因为正在掀起的第四次工业革命而被逐步替代呢?回答是否定的。一起,这也取决于PLC软硬件技能能否快速的进行习惯性的转型和晋级。事实上,PLC的软件技能以PLCopen为先导,一向在为满意工业4.0和智能制作日益明晰的要求做预备。图1所表述的是PLCopen历年来所开发的各种标准在工业4.0参阅架构模型(RAMI4.0)相应维度和层级中的方位,能够明显地看到,PLCopen国际组织长期以来为前进自动化功率所做的作业。

  PLC硬件怎么习惯智能制作的要求

  尽管人们较遍及的知道是PLC硬件技能前进是渐进的,但也不能否认,PLC的硬件技能一向在为满意工业4.0和智能制作日益明晰的要求积累经验。

  特别是微电子技能的腾跃开展,使得SoC芯片在主钟频率越来越高的一起而功耗却显著减小;多核SoC的开展,又促进了在PLC的逻辑和次序操控处理的一起,能够进行高速的运动操控处理、视觉算法的处理等;而通讯技能的开展使得分布式I/O运用越来越多,泛在的I/O运用也有了起步。

  为迎接工业4.0的挑战,PLC硬件规划应该在以下方面有必定的改善空间:

  1、极大改善能耗和减小空间。PCB板85%的空间被模仿芯片和离散元器材所占,需求采取将离散元器材的功用集中于单个芯片中,选用新式的流线模仿电路等办法

  2、增加I/O模块的密度。

  3、进行杰出的散热规划,降低热耗散。

  4、打破信息安全的瓶颈(怎么防范黑客进犯、恶意软件和病毒)。

  概括起来说,PLC的硬件有必要具备综合的功能,即更小的体积,更高的I/O密度,更多的功用。

  举例来说,选用新式的器材收效显著:为了减小I/O模块的体积,削减元器材的数量,选用多通道的并行/串行信号转化芯片(serializer),能够对传感器24V的输出信号进行转化、调度和滤波,并以5V的CMOS兼容电平输入PLC的MCU。这样可把必要的光电隔离器材削减至3个,来自多通道的并行/串行信号转化芯片(serializer)的信号,可共享相同的光电隔离资源。

  PLC软件怎么习惯智能制作的要求

  可编程操控器作为一类重要的工业操控器装置,之所以能够在长达数十年的工控商场上长盛不衰,本质上的原因有必要从其内部去开掘。其间,软件与硬件开展的相辅相成、相辅相成应该是重要原因。

  IEC61131-3推进PLC在软件方面的前进,体现在:

  (1)编程的标准化,促进了工控编程从言语到东西性渠道的敞开,一起为工控程序在不同硬件渠道间的移植发明了前提条件。

  (2)为操控体系创建一致的工程运用软环境打下坚实根底。从运用工程程序规划的办理操控工程网版权一切,到供给逻辑和次序操控、进程操控、批量操控、运动操控、传动、人机界面等一致的规划渠道,以至于将调试、投运和投产后的保护等,统统归入一致的工程渠道。

  (3)运用程序的自动生成东西和仿真东西。

  (4)为习惯工业4.0 和智能制作的软件需求,IEC61131-3的第3版将面向用户的编程OOP归入标准。

  之前已开发了许多为PLC操控体系工程规划、编程和运行,以及办理的东西性软件。其间包含操控电路规划软件包、接线规划软件、PLC编程软件包、人机界面和SCADA软件包、程序调试仿真软件以及自动化保护软件等等。尽管这些软件都是为具体的工程效劳的,但即便在对同一目标进行操控规划和监控,它们却都互不关联。不同的操控需求(如逻辑和次序操控、运动操控、进程操控等)要用不同的开发软件,在不同的作业阶段(如编程组态、仿真调试、保护办理等)又要用不同的软件。并且往往在运用不同的软件时必需自行界说标签变量(Tags),而界说变量的规矩又往往各取其便,导致对同一物理目标的相同操控变量不能做到一致的、一致的命名。

  缺乏公用的数据库和一致的变量命名规矩,造成在运用不同软件时不得不进行繁琐的变量转化,重复劳动导致人力资源本钱高、功率低下。

  工控编程言语是一类专用的计算机言语,树立在对操控功用和要求的描绘和表达的根底上。作为完结操控功用的言语东西,工控编程言语不或许是原封不动的。其前进必然受到计算机软件技能和编程言语的开展,以及它所效劳的操控工程在描绘和表达操控要求和功用的方法的影响。

  可是不论其怎么开展和变化,这些年来的事实表明,它总是在IEC 61131-3标准的根底和框架上展开的。这就告诉咱们,IEC61131-3不仅仅是工控编程言语的标准,也是编程体系完结架构的根底和参照。

  长期以来PLCopen国际组织重视与许多国际标准化组织和基金会(如ISA、OPC基金会等)协作,开发了根底性的标准。图2对此形象地做了诠释。这些作业都为智能制作和工业4.0的运用和开展做了许多先导性的探索和预备,然后打下了坚实的根底。

  多年来PLCopen一向坚持与敞开标准化组织协作树立一种敞开标准的生态体系。譬如与OPC基金会协作开发的:IEC61131-3的信息模型(2010年5月发布),IEC 61131-3 的OPC UA Client FB客户端功用块(2015年3月发布),IEC 61131-3的OPC UA Server FB效劳端功用块(2015年3月发布)。现已成功地运用于包装职业树立PackML系列标准,大大简化了包装机械与上位生产办理体系的通讯。

  这些标准拓展了现在广泛运用于计算技能职业的SOA面向效劳的架构的运用范围,一起也推进了一度落后于计算技能和软件的自动化体系技能,快速跟上IT技能的开展。

  PLC是智能制作和工业物联网的先行官

  完结工业4.0、才智工厂和智能制作,有必要树立在一类包含实时操控和及时监控在内的、强有力的联网技能和标准的根底上。这类联网技能和标准能够在必定程度上承继原有的联网技能和标准,但更重要的是必定要打破原有技能和标准的局限,以及明显不能满意完结工业4.0、才智工厂和智能制作的多层递阶的架构和按功用分层进行通讯的思想。这就是说,除了对时间有严格要求的实时操控和对安全有严格要求的功用安全依然保留在工厂层而外,一切的制作功用都将按产品、生产制作和经营办理这三个维度做到通讯扁平化,完结信息虚拟化,然后构成全链接和全集成的智能制作生态体系。

  在智能制作体系中,速控PLC不仅仅是机械装备和生产线的操控器,并且仍是制作信息的采集器和转发器。从这个意义上讲,只要PLC具有面向效劳架构(SOA)的功用,才有或许完结这些重要使命。譬如PLC调用视觉体系的摄像头所摄制的图画效劳,或许PLC调用某个RFID读取器的效劳,都需求视觉体系或RFID读取器直接与PLC通讯,或许当PLC要传送大数据运用的数据给云端。

  现在,在MES级与PLC的数据交换通常是通过一个耗时的握手进程。例如MES体系宣布一个信号要向PLC传送一个配方数据,等待PLC承认信号回来;接着MES体系向PLC传送该配方数据,当PLC接纳到这一组数据后向MES宣布接纳承认信号。假如PLC一起具有OPC UA的效劳端功用和客户端的功用,这种PLC就是一种面向效劳架构的PLC(也可简称为SOA-PLC)。这时MES体系向PLC传送一个配方数据就是执行一次通讯效劳,这次效劳的输入参数是配方,输出数据是PLC的承认信号,再也不需求MES体系和PLC之间的屡次握手进程。实际上就是OPC UA长途调用了PLC的功用块,大大缩短了MES与PLC之间通讯交游进程,前进了生产调度组织的功率。一起显著削减了工程本钱,极大地加强了工厂层与上位执行调度和办理层的数据通讯才能。

  结语

  PLC可谓是工业自动化操控的常青树,即便是在工业转型晋级的智能制作时代,或许是工业4.0的时代,它依然满意胜任各种操控要求和通讯要求。但它早已不再是三、四十年前只能完结逻辑操控、次序操控的继电逻辑体系的替代物,它已完结了由经典PLC向现代PLC的蜕变。承继了高性价比、高牢靠性、高易用性的特色,再具有了分布式I/O、嵌入式智能和无缝联接的功能,尤其是在强有力的速控PLC软件渠道的支持下,咱们完全能够相信速控PLC将持久不衰地活泼在工业自动化的世界中。
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