高端PLC技术发展动力及软件系统
今天,PLC已经不应该去比较谁的CPU执行速度更快?谁的存储更大?谁能带的I/O点更多?能够用什么编程语言?PLC作为工业控制的核心产 品,已经产生了很多变化,这一切要归根于IT技术带来的革命。存储越来越便宜而且越来越大,使得你在PLC上可以存储大量的实时数据,而CPU则越来越 快,以前那些解决不了的问题正在被轻松解决,而显示屏也越来越多样和丰富,硬件的需求越来越高速,但是,标准化和通用化是未来的趋势,因此,竞争已经不在 硬件本身,性能决定一切的时代即将过去。
PLC要更加开放的融合各种技术
功能时代已经到来,这就包括了运动控制、安全、液压,机器人、CNC、实时通信、FDT、无线以太网、GPRS等都在广泛的渗透到控制中,PLC要变得更加开放才能在未来的竞争中生存。
技术正在走向融合-集成解决方案
PC技术的广泛应用使得控制器的能量无限扩大,而丰富的软件应用也让CPU必须更快,更强,IT技术提供了这一切,Intel架构的嵌入式 CPU已经被广泛应用于工业控制,而PAC、PCC、PLC、PC、DCS、SCADA这些概念正在相互融合,并且逐渐的与GIS、SQL Server等专业技术相互接口融合,控制技术正在构成一个集成的整体,单个的PLC或者PC已经在整个控制应用的需求中变得扁平,界限也开始模糊,专用 控制器,通用控制器的概念也开始模糊,世界正在走向融合。
如果单纯的讲PLC的性能、功能进行列项比较,是无法反映高端PLC的全貌的,只能在局部看PLC,而必须结合产业需求、高端PLC厂商的产品设计架构与理念等来综合考量。
1 高端PLC技术的发展动力
1.1 IT行业对于自动化行业的推动
1.1.1使得硬件更加通用化
随着IT技术的发展,CPU的处理能力、通信速度(以太网技术)、存储及扩展能力、软件功能块(OPC)、诊断与维护能力(基于IT技术的维 护)能力和显示能力都得到了大幅度的提高,并且,IT技术的发展也导致了硬件成本的不断下降,并且,IT的竞争使得芯片更容易获取,而成本却更低。
1.1.2标准化与模块化设计
为了降低系统的生产与制造成本,PLC产品不断的走向模块化与标准化设计。因此,发展国产PLC产品要时刻关注IT技术对于自动化的发展的推动,关注IT技术如何被集成到自动化技术中。
1.2 面向复杂控制的需求拉动PLC的发展
无论是PLC,PCC,PAC技术,其发展宗旨均是为了满足更为复杂的机器与生产现场的控制需求,分布式计算对于总线提出新的需求,生产集成对于软件SCADA和DCS的需求不断增加,PLC将在这里担负更多的功能。PLC最初的应用主要为了逻辑控制而开发,而随着IT技术、通信技术、传感器技术以及生产管理对于现场数据的需求,为了跟踪生产过程,分析工艺和质量的影响因素,对于现场数据的需求不断提高,对于环境和安全的需求也带来了安全技术的发展,这些影响了PLC对于控制的要求:
1.2.1复杂的算法设计
今天在机器控制领域已经有些类似于过程控制领域的PID调节、工艺算法设计(套色、张力、称重、牵伸、放卷、收卷)等需要PLC具有超强的算法 设计和处理能力,例如:B&R的PCC就可以采用C,C++编程,这对于复杂算法设计更为容易,而Bachmann的PLC则可以基于 C,C++,Java编程,SoftPLC的SoftPLC则也可以基于Java编程。
1.2.2运动控制
由于以前的机器上,运动控制执行件较少,通常都采用专用的运动控制器,而现在的运动控制应用更为广泛,在各个机械制造领域,以及造纸、啤酒生产 线、烟草等领域都有更为广泛的应用,而这对于运动控制如电子齿轮、电子凸轮、定位控制有了更多的要求,如SIEMENS的T-CPU系列即可完成运动控制 任务的处理,而B&R的PCC则可以直接通过总线控制伺服驱动器实现各种运动控制的算法。
1.2.3安全技术
随着对于人身安全及设备安全的需求,各个PLC厂商均开发了为安全应用而设计的SafetyLOGIC产品,如SIEMENS的 317F,319F CPU即为安全应用而设计,ABB的PLUTO安全PLC、Rockwell Automation的,而B&R则开发了SafetLOGICPLC。
1.2.4 CNC与机器人
传统意义的机器人与CNC通常采用专用系统,因为这些系统需求是更为复杂的路径规划与矩阵转换,这就使得PLC无法满足而采用了专用的系统,B&R在其PLC中可以集成CNC和机器人技术。
1.3 激烈的市场竞争促进了软件的发展
1.3.1软件的发展
由于硬件的通用化和标准化降低了系统的成本,而为了寻求差异化竞争力,高端PLC将注意力更多的集中到了软件功能与行业应用库的开发上,更为细分的市场使得应用的差异化成为了竞争的利器。
1.3.2软件封装了客户的内在竞争力保护了知识产权。
2 高端PLC的软件系统
高端PLC与普通的PLC的功能应用强大在于其软件能力,这些软件能力分为几个层面:
2.1开发平台软件
是否具备完整的开发平台和库的调用,是其能否完成机器控制、工厂设备集成的关键,如果没有强大的开发平台,则无法完成复杂控制任务的软件系统构建。
2.1.1开发语言的支持能力
除了常用的梯形图、指令表、结构文本,一些PLC支持复杂的算法设计的高级语言,如B&R支持C、C++、C#的编程,Bachmann的PLC支持C++,Java,SoftPLC也支持Java编程,因为其本身有操作系统,可运行编译系统和Java虚拟主机。
2.1.2全生命周期服务的开发平台
工具而非平台,这个概念正说明PLC正在变化,已经不能用工具来简单描述,因为,不仅仅是一个开发工具,它包含了越来越多的功能。
2.2操作系统的支持
与传统PLC不同的是,今天基于PC的控制、PAC、PCC已经由于其所运行的操作系统平台的不同而产生了能力的巨大差异,操作系统使得很多丰富的IT-Based软件可以运行其上,大大的丰富了PLC产品的软件运行环境和支持库的数量。
高端的PLC采用了RTOS来提高处理的实时性,支持多任务,如Rockwell Automation的ControlLogix支持多个任务的处理,而PCC则支持8个不同的任务等级,并且每种任务可以设定不同的循环周期。
2.3应用库的支持
为了实现针对Logic和Motion,Safety的编程统一,PLCopen标准化了一些程序接口,这些软件模块的调用可以实现一些简单的 控制需求,但是,这远远不够,还需要能够自定义库的支持,例如针对不同行业的需求而产生的应用软件包-这些构成了其自身的核心竞争力。
2.4 高端PLC的软件平台集成度
集成工程平台正在成为一种潮流,各个自动化厂商正在向着这个方向发展,这体现了几个方面的优势:
a) 集成平台代表的是整体方案提供能力-高端PLC产品的提供商能够完成系统的集成能力,例如:其有PLC技术、HMI技术、Motion技术、传感器技术、总线技术,这些系统的集成使得它能够牢牢的把握客户,从而获得高度的客户忠诚度。相应的,国产的自动化厂商现在还不能提供完整的平台,因为,PLC厂商往往没有运动控制,变频器的不作PLC,做伺服的不做变频器,也就是尚未形成一个能够提供真正整体解决方案的厂商。如果无法提供整体的硬件平台和软件开发的高度集成性,那么”Total Solution”就成为空话,国产的自动化厂商要发展就得往集成方向去走,否则的话,如果只有PLC而没有其它配套的系统组件,则仍然无法巩固整个市场。
b) 集成工程平台是向服务转型的基础
大家都说未来是服务的竞争,而软件平台则是服务的利器,能够提供全产品生命周期PLC(Product Life Cycle的服务能力,集成化的工程平台就是必须的,不仅包括编程,也包括仿真、测试、维护、诊断等功能。
c) 集成工程平台降低了学习成本