PLC在全球目前的发展现状以及未来的发展趋势_
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PLC的发展现状

  从一开始,当PLC开始大批量地替代继电器和计时器时,对于未来PLC的发展趋势,就持续存在着一种减少自动控制系统尺寸以及简化支持和维护工作的推动力。在过去的几年里,继电器被更小的基于Rack结构(如图1所示)或更小的有远程I/O口的PLC所替代。

  随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展,PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC,而且实现了多处理器的多通道处理。如今,PLC技术已非常成熟,不仅控制功能增强,功耗和体积减小,成本下降,可靠性提高,编程和故障检测更为灵活方便,而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展,使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展,成为实现工业生产自动化的一大支柱。

  现在,世界上有200多家PLC生产厂家,400多品种的PLC产品,按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品,各流派PLC产品都各具特色。其中,美国是PLC生产大国,有100多家PLC厂商,著名的有A-B公司、通用电气(GE)公司、莫迪康(MODICON)公司。欧洲PLC产品主要制造商有德国的西门子(SIEMENS)公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC制造商,如三菱、欧姆龙、松下、富士等,韩国的三星(SAMSUNG)、LG等,这些生产厂家的产品占有80%以上的PLC市场份额

经过多年的发展,国内PLC生产厂家约有三十家,国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展PLC业务时有较大的竞争优势,如:需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。

  在未来,PLC将会在硬件、软件和通讯的领域持续进步来适应科技的发展。可能的演变将会包括PLC及可编程自动控制器(PAC)部分功能的合并,以实现从工厂底层到顶层的通讯。

  PLC的发展趋势

  随着PLC应用领域日益扩大,PLC技术及其产品结构都在不断改进,功能日益强大,性价比越来越高,

  1、更小,更快,更好

  电子工业的不断发展,让今天的处理器、电路板及元器件尺寸不停的缩小,这些技术慢慢的作用于PLC,使其更稳定、可靠及坚固,并带来了功能的进一步提升,比如更快速的处理器,可扩充的内存能力及新的特色通讯机制等。

  为响应市场需求,许多特性和功能正在从高端往低端PLC迁移。例如,我们可以预期未来的小型PLC将拥有更多高端PLC的特性,而中高端PLC也将提供更小、更紧凑的解决方案,以满足客户的需求。

  同时,PLC也因内存成本和尺寸的减少而获益。这些优势极大地提升本地化数据存储能力,允许将PLC用在之前需要昂贵的数据抓取系统的应用场合。这也为其他功能的实现带来可能性,比如产品信息的板载存储,以便于加快故障排除。

  今天的PLC也从USB技术中受益匪浅,使得联网、编程及对控制系统的监控变得前所未有的容易。随着USB技术的持续进步,以及更小的迷你USB连接器的出现,你可以期待在更多的小型PLC上看到这种通讯选项。

  另外一个的例子是,从快速变化的消费类电子世界快速渗透到工业市场的非易失性便携存储设备。通过在一个小小的封装里面提供大量的附加存储空间,它们给PLC的用户带来了非常大的好处。这些可能的选项包括USB装置,SD卡,mini SD以及Micro SD卡等,从而为最终用户、机械制造商及系统集成商增加高达32GB的额外存储空间。

  

2、PLC和PAC的融合

  许多工业控制器供应商还在以PAC和PLC之间的异同为卖点,但是未来的自动化工程师考虑他们的系统时,可能不会关心到底是何许名字,他们只会专注于性能和实际的功能。就像这两种设备的定义和特性不断演变样,PLC和PAC将会彼此融合发展。

  基于这种演变,在低端和高端市场会出现大量的机会。随着硬件技术的进步,先进的功能将进入低端处理器。这将反过来推动供应商将更多功能和选择融入高端产品中。

  高速处理器和更多的存储空间将会促进高级功能的应用,比如运动控制、视觉系统的集成及多种通讯协议的协同支持。当然,PLC也将依旧保持其简单的特性来吸引更多用户。

  在PAC与PLC相互融合期间,我们可以看到这两种产品自身不断地完善和进步。PAC可以允许用户在传统意义的工业自动化的领域进行拓展,鼓励供应商研发新的产品来满足客户的需求。

  这些需求向产品设计者发起挑战:迫使他们寻找新的方向,如支持现有的元器件构建一个新的系统以满足严酷的工业环境。未来的挑战将包括提供可连接性,存储的扩展能力,以及控制器处理能力的提升,以应对日益复杂的应用,同时还要求维持甚至降低最终产品的成本。

  梯形语言:不说再见

  50年前,硬接线的继电器逻辑被梯形语言替代,这种语言为熟悉继电器逻辑的技术人员和工程人员带来了便利,但是它也有其局限性,尤其是在过程控制及数据处理应用中。

  IEC61131-3提供了对于工业控制器的另一种编程语言,但是梯形语言还是有其自身的优势,并且一直显示着它独一无二的魅力。虽然对于过程控制来说,有连续功能图示,结构化的文本对于数据处理也是不错的,其他的IEC语言也有自己的优点。但是梯形语言仍将是PLC编程语言的领导者。

  供应商及他们的客户采购内置梯形语言逻辑编程的PLC,并使用此类的PLC控制大量的基础设备。也有大量的工程师、技术员、电器工程师及维护工人倾向于梯形语言这种简单的编程技术。不论硬件如何发展,这种语言还会作为PLC的工业标准持续很久。

  虽然梯形逻辑语言可以作为简单的机器控制的基石,但功能块编程技术可以减少代码数量,尤其是需要将PLC代码融入统一编程环境的时候。

  3、梯形语言:不说再见

  50年前,硬接线的继电器逻辑被梯形语言替代,这种语言为熟悉继电器逻辑的技术人员和工程人员带来了便利,但是它也有其局限性,尤其是在过程控制及数据处理应用中。

  IEC61131-3提供了对于工业控制器的另一种编程语言,但是梯形语言还是有其自身的优势,并且一直显示着它独一无二的魅力。虽然对于过程控制来说,有连续功能图示,结构化的文本对于数据处理也是不错的,其他的IEC语言也有自己的优点。但是梯形语言仍将是PLC编程语言的领导者。

  供应商及他们的客户采购内置梯形语言逻辑编程的PLC,并使用此类的PLC控制大量的基础设备。也有大量的工程师、技术员、电器工程师及维护工人倾向于梯形语言这种简单的编程技术。不论硬件如何发展,这种语言还会作为PLC的工业标准持续很久。

  虽然梯形逻辑语言可以作为简单的机器控制的基石,但功能块编程技术可以减少代码数量,尤其是需要将PLC代码融入统一编程环境的时候。

  

4、统一的编程环境

  将PLC、运动控制及人机界面(HMI)的编程结合到一个统一的环境,是未来几年的一种趋势。将PLC和HMI集成在同一机架上可能会成为下一个趋势,不管显示器是包含在组件中还是作为外部选项。无论同样的处理器还是集成到PLC I/O机架的HMI模块,当前的技术都能够支持这两种方式的组态。

  有一个独一无二的编程环境对于大多数用户来说是理想的,只要不是太复杂。这些模块结合的好处包括减少学习周期和研发时间。但是,如果这个编程环境并不是设计合理,那么将会变得笨重的和不易操作。

  拥有统一的编程环境的重要一步是确保设备之间可以共享同一个标签名数据库。标签名是在程序和过程之间的重要连接。建立数据库是一项耗时的工程,减少这些重复的任务会缩短整体研发时间并减少错误几率。

  5、迎接无线的时代

  在过去的几十年特别是90年代早期,在工业应用领域出现了大量的不同的通讯网络和协议。随着时间的推移,这些不同的选择逐渐剩下几个领导者。跟消费类电子PC与其外设一样,这种趋势将会持续,未来会聚焦于可以自我配置的即插即用方案。

  其实并没有必要去关注这些通讯技术是否能达到真正的实时,因为以太网和其他许多工业控制网络的原始速度是远远快于绝大多数应用的需求的。

  关于本地存储设备和其他装置的通用接口,USB虽可用,但是有其限制。USB是即插即用的,但是给USB集成硬件和软件是需要设备供应商额外投入的。正因如此,工业硬件供应商的缓慢变化,如条码识别器和电子称等硬件供应商在短期内仍将采用RS232接口。

  目前,高端PLC的通讯接口可以适应多种协议(图2)。预计未来随着用户需求的标准化,这种情况有望得到改观,可能仅仅只有以太网和无线形式,或者再加上一种可能的选项工业蓝牙。

  这是一个无线的时代,但是,在我们看到商业和工业无线通讯协议的大融合之前,工业应用确实需要在更广范围内具有鲁棒性的无线技术,并确保数据的完整性。

  在这个领域内,我们也看到了进步:从最新的Wi-Fi(802.11n), ZigBee(802.15.4) 协议到点对点连接,网状连接及蓝牙和近场通讯的兴起,但是目前这些并没有成为执行关键任务的工厂底层适用的解决方案。未来在适合无线应用的远程终端设备(RTU),或者一些非关键的监控应用(不要求实时控制)中,或将更广泛地采用无线技术。

  6、全集成工厂

  在PLC的未来最引人注目的变化应该是实现企业资源规划(ERP)系统或其他高层级系统与工厂层的集成。在过去,主要的一体化任务是提取机器和过程数据,并将之向上传到那些高层级系统。未来,采用hooks和函数等的新技术将会简化这种集成。

  鉴于此,控制器制造商在设计PLC解决方案时,需要更多地考虑用户的需求。这种方案不仅仅用于控制,同时还能够实现无缝操作,并提供数据给需要的用户。这可能包括提供通过浏览器或者移动app提供数据的接入,或者包括接入数据库的工具。

  增强的通讯、提高的处理速度和更大的存储容量赋予PLC管理自己产生的数据的能力。这是PLC的自然发展趋势。

  虽然形式、用途和性能将会有大幅度的变化,但是在未来,PLC这个名词依然会作为很多的工业自动化控制器的名字延续下去。PLC的尺寸会持续减小,硬件的发展也将为PLC带来新的特性和功能。软件和通讯能力的提升,将赋予PLC这个悠久的名字一个全新的定位工业自动化平台。

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