PLC技术的发展 点击：4861 | 回复：63
控制器的发展驱动力
任何技术的发展都有其内在的驱动力，产生于客户和终端市场的需求，对于工业控制尤其如此，从继电器逻辑到PLC是一个巨大的革命，这使得机器和装置控制真正迈入电气时代，在上世纪90年代，基于总线的控制器使得分布式控制成为现实，并且也产生了总线之争，随着以太网技术在各个领域的成功应用，其低廉的成本和广泛的应用也使得其成为工业领域最为快速发展的技术，实时以太网应运而生，未来，更为开放的架构设计、软件技术和信息化技术将带给工业控制更为广泛的未来。
正在发生的变化
今天，传统意义基于顺序逻辑控制的PLC已经无法满足更为复杂的控制需求-这得益于IT技术的发展，IT技术带给工业生产的并非数据库技术、信息传输技术的发展，更为重要的在于它所体现的整体优化生产系统的能力，通过对基础的生产数据的采集，分析实现对整个生产流程的优化，这使得整个工厂不再是由单个机器构成的纯粹生产单元，而是互相关联成为一个整体，必须对其进行全局的数据采集和优化-才能最大的降低生产成本、消除浪费、提升整体工厂运营效率
精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)PLC的发展
而PLC作为每个单独机器或装置的控制中心，必须能够回馈更多的数据给管理系统进行决策，这使得PLC在今天被赋予更多的任务，而传统PLC基于精简指令集的设计则无法胜任这一需求，因为，实现以太网、FTP Server等，对于传统的PLC而言，这是非常困难的。
基于复杂指令集的PLC开始成为潮流
精简指令集有其先天的优势，在于指令运行效率、功耗、稳定与可靠方面均具有非常大的优势，但是，当面对今天对于复杂的算法设计、回路控制、运动控制、安全技术的需求时显得力不从心，通常，需要额外的专用控制器予以弥补，例如：会有专用的运动控制模块进行运动控制任务的处理，而机器人和CNC而言，目前均为专用的系统来实现。
而以PCC等为代表的新一代控制器则完全改变了这一格局，比如来自奥地利贝加莱的PCC，它可以在一个控制器上同时实现运动控制、CNC和机器人、回路调节、逻辑控制、远程维护与诊断等，其设计基于RTOS，可以支持复杂的任务和行业算法的集成，OMRON新一代的PLC也基于复杂指令集处理器和VxWorks操作系统设计，以满足更为复杂的控制需求。
控制技术的几个发展阶段
实时以太网正在成为标准配置
传统的意义上，各PLC公司均开发了不同的总线技术，而这些总线技术带来了技术壁垒，并且速度较慢，因此，已经广为使用的以太网进入了自动化领域，然而由于其机制无法解决确定性问题，因此，不同厂商又开发了不同的实时以太网实现，自贝加莱于2001年第一个实时以太网POWERLINK推出后，相继有Profinet、Ethernet/IP、SERCOSIII、EtherCAT等技术的推出，并且，各家实时以太网各自迅速占领并逐渐取代传统的总线技术，已经成为了主流厂商的标准配置。
实时以太网以100Mbps的传输速度大大提升了传统总线技术的速度，并且，在实时性方面均可达到uS级的同步性能，抖动也远远小于1uS，这些使得对于高速高精度的运动控制、高速同步的应用而言更为卓越，并且，也会带来更为容易的扩展和网络分布的变化，在热插拔、冗余方面的功能亦完全满足工业控制需求。
POWERLINK在此值得一提的原因在于它是一个开源技术，可以为任何厂商而使用，所有的主站从站源代码均是开放的，无任何知识产权问题和License的问题。
集成开发平台
为了能够集成更为广泛的系统，从而带给客户内在的系统无缝连接，从而发挥最大的性能，来自不同的厂商实现了集成的开发平台设计，最早于此的是1997年由B&R开发的Automation Studio平台，它能够将所有的自动化工作集成到一个平台中，面向控制、显示、驱动、CNC和机器人、液压、安全技术、网络等，并且，它也满足全流程的系统设计需求，例如，可以在Automation Studio中进行项目配置管理、协同工作、MATLAB/Simulink仿真的自动代码可以导入到该系统、轴的测试、I/O级测试，以及基于Web Server、VNC server等的远程维护与诊断，RA在2007年推出的Logix平台也能实现所有的控制对象集成于同一平台中，2010年SIEMENS开始主推其博途Portal平台-这也是一个全新的面向所有对象集成的开发平台。
B&R Automation Studio集成开发平台
当然，也有一些号称集成开发平台的产品，尽管尚未完全意义的集成，但是，这的确代表一种潮流。
集成开发平台带给客户的好处在于：
1. 内在的系统优化-最优的硬件匹配，不会产生大马拉小车（例如快速的CPU却慢速的网络）
2. 无需中间额外的连接硬件
3. 软件之间的匹配，无需额外的开发中间件；
4. 学习与培训成本降低，因为，无需学习多个软件和平台之间的切换，整体成本降低
除了这些基本的好处外，集成开发平台能够构建一个持续的应用开发平台，满足一个企业的全面的、面向未来的持续创新设计，这是集成开发平台真正的意义。
软件构成未来PLC竞争的核心
随着PLC技术的应用发展，客户的需求也变得更为苛刻，集成开发软件成为了必然，一方面，软件正在扮演更为重要的角色
1. 软件可以封装客户的Know-How,因为以硬件形式已经无法保存Know-How；
2. 软件使得硬件的投资得到最大的化的发挥，同一硬件平台可以实现更为丰富的软件
3. 软件构成差异化竞争的核心，即使同一硬件平台，也可以会有较大的应用差异
软件的发展有几个部份
1. 实时操作系统
实时的操作系统可以支撑开放的软件使用，并且可以实现各种复杂的功能支持，而精简指令集的PLC则比较困难集成RTOS，RT-Linux也被部份厂商所采用，其开源特性具有很大的吸引力。
2. 开发平台
集成的开发平台正在成为趋势，而分立的开发软件带来了系统衔接问题，尤其是在多个厂商产品集成系统时带来了额外的软件开发工作，而这些又是系统不稳定的因素之一。
3. 行业应用软件
只有能够解决诸如印刷套色系统、吹塑成型的壁厚控制、包装的电子凸轮裁切、金属成型工艺、纺纱成型工艺的软件包才能更好的在行业有所发展，或者提供标准化的包便于客户开发自主的应用，使得大量的开发工作由自动化厂商在其开发系统中进行标准化和模块化设计才能降低开发周期和缩短开发成本
4. 开放的软件集成
这主要是指在OPC Server、VNC,Web，FTP Server方面的集成，以及对C++,C#等面向对象编程技术的集成能力，这方面B&R、Rockwell AB等提供了较好的支持能力。
软件的标准化与模块化发展
标准化和模块化是自动化软件发展的重要趋势，一方面，标准化来降低开发的周期，标准化带来的意义在于它可以经过验证从而实现稳定的软件代码，提升软件的稳定和可靠性，因为，专业的软件工程师团队开发的代码具有很强的可靠性设计，另一方面，模块化则使得系统的构建变得简单，即使是一个复杂的应用也可以像堆积木一样去实现，降低开发周期和成本，缩短面市时间(Time to Market).
标准化提高稳定，而模块化提供灵活性。
PLC变得更为强大，即使面对PC的竞争，今天，PLC仍然是主流的控制器应用，未来，PLC更加注重与管理系统的集成，并且信息化技术将更多的集成到产品中，使得整个生产系统融为一体，包括物流、财务、销售、生产制造、售后服务的ERP、MES集成。
谢谢楼上的问题，其实，的确我是以抛砖引玉的想法来写这个的，希望大家一起讨论，尤其是对于国产的PLC，大家可以讨论来提升国产PLC的技术水平。
POWERLINK成为国家标准-GB/T 27960-2011是 在2011年底的事情，成为国家标准需要满足一些重要边界条件－－即，1.它是必须开放给中国的，不允许技术是封闭的,2.国内有应用和开发 3.技术领先并性能卓越4.是国际标准,5.在中国有测试和认证实验室，并且必须是由中国官方给予认证，这也是第一个实时以太网的国家标准。
纯 技术而言，POWERLINK的特点在于其高性能的实时特性，满足最短100uS的刷新能力（高速运动控制应用），并且支持任意拓扑（集中式或分布式系统 设计），以及冗余设计(Redundancy),直接交叉通信（可以降低主站的资源消耗），滑环连接、IEC61508SIL3的安全等级，这是2001年即投入应用的网络。
当然，除了技术特性卓越外，POWERLINK也有其它一些特性，使得它在未来的市场推广方面会有较大的优势。
POWERLINK 的最大特点是开源特点-Open Source 技术，就是说，POWERLINK的所有源代码（Master& Slave）均是开放的，这是很多国内厂商开发POWERLINK的主要驱动力，因为，一方面，它不存在知识产权争议问题，二是可以自主修改其代码来满足 自主研发的应用。
POWERLINK的第二个特点就是灵活的解决方案，因为POWERLINK是由多家公司 (Systec,B&R,KW,LENZE)等共同参与研发的，因此，设计为软件和硬件平台独立的技术，也就是说不管是PC+Windows,或 者是VxWorks+PC/Power PC等，基于FPGA,ARM,DSP等，Linux,QNX,uC/OS-II都是可以的，对于不同的应用如PLC,驱动，机器人，视觉系统，I/O站，传感器均适用。
当然，其它的网络技术也会很优秀，比如PROFINET IRT，Ethernet/IPCIP,SERCOSIII等，未来各个实时以太网技术会继续在其基础上发展，但是，会由于应用需求的侧重不同而发展不同，比如POWERLINK广泛应 用于机器控制，运动控制和机器人领域，而Ethernet/IP则在MES工厂自动化方面开放性卓越，PROFINET会继承其传统的流程工业中的应用， 未来借助于SIEMENS本身的市场推动力，也会有大的发展，目前而言，就其应用还是按照行业需求而有侧重。
实时以太网主 要是为了满足三个重要的需求，1.实时性需求，高速高精度的加工和制造如机床、机器人，多轴同步的行业如印刷机、包装设备等，2.标准化的工业系统，在其 应用层未来肯定各个实时以太网会集成更多的应用协议，满足工厂集成和大容量的生产数据交互3.复杂控制-实时以太网主要还是为了满足更为复杂的应用才产生 的-以前机器PLC就能搞定，现在，视觉、安全等应用使得必须有大量数据处理、并且高速的传递。
哈哈！的确是有点脱钩，但是，这也不能完全怪学校，这可能跟企业的创新能力还是有一定关系的，因为，如果用MATLAB/Simulink作建模开发的话，一方面，这个企业的研发能力是比较强的，另一方面，这个应用是有其核心算法或者工艺Know-How需要研究的，那么，这个企业的应用一定是具有自主研发和创新能力的，因此，这个功能对于德国、瑞士、奥地利的企业倒是用的比较多一些，国内少，但是，也非没有，比如贝加莱的几个应用，风力发电系统的建模，通过对每个组件的仿真，建立了功率控制的模型，然后自动代码生成，另外，在机器人的惯量前馈算法方面，通过建模可以实现机器人运行，尤其是重载(260kG,300kG)机器人的抖动问题，还有就是振华港机在其自动轨道吊的防摇摆的算法设计上也用过MATLAB/Simulink建模的方式。
应用建模其实可以降低很多研发成本，但是，这个的确是对研发人员提出了较大的挑战，必须能够对整个机器的运行机制、关联、逻辑、工艺数学模型比较了解，才能设计模型并仿真。MATLAB/Simulink只是一个工具，核心还是自主的知识的积累和创新的能力。
凡事均是相对而言的，易用和强大很难统一，容易使用的软件相对而言实现的功能也有限，复杂的功能因为牵扯到的控制对象和模型算法比较复杂，因此，也会比较难上手，这两者之间也比较难以协调，看上去像是一对矛盾。
但是，也并非不能解决-其实，自动化软件的未来发展趋势就是“简单，简单，再简单”，对于贝加莱而言，提出了新的解决方案，即MAP it!(Modular Application Platform)-就是通过对应用封装的方式，把行业的应用、功能块进行封装，然后根据行业需求进行调用，模块化是解决这一问题的办法，最终的机器控制都是依赖”参数设置“来实现，用户只需设置参数即可，并且通过可视化的设计，让应用直观可见，但是，这也需要一个过程，毕竟每个行业的软件需求不同，工艺算法不同，但是，通用的可以先模块化，然后行业的工艺进行定制化，那么就可以解决通用性和个性化的平衡。
张见识了，楼主说的东西很多我都不了解。但我有些疑问，请楼主解答。
我想PLC主主要的是稳定性和可靠性，复杂指令集如何能满足这一要求？
现在的CPU发展的趋势，已经是嵌入式的天下，也就是说基于精简指令集的系统，比如ARM 的cotex A15，四核CPU，功能强大，功率超低，现在手机、平板电脑已经实现了电脑能实现的功能，手机也能实现。而复杂指令集的系统，电路复杂，功耗高，无解。功耗高散热就大，稳定性就差，而且复杂指令集的系统死机问题如何解决？
现在安卓的系统已经普及了，但工控圈内，看不到安卓，一个是容易死机，另外向下兼容也差，今年开发了系统，明年产品坏了，原来的产品停产了，得用新的，原来的程序保留下来了，但对不起，不兼容，再重来吧，没有哪个公司受得了。
我想如果能解决这些稳定性、可靠性的问题，当然是功能越强大越好，成本越低越好。但如果解决不掉，应该还是趋向于产品的多样化，PLC还是现在的PLC，只是上位机部分、软件会随之发展。
复杂指令集的CPU现在还是intel和AMD，好像他们没有质的突破，也没有新的强大的复杂指令集的CPU厂商诞生。
在我看来，也许有一天，intel AMD会没落，会被ARM取代，就像诺基亚被安卓手机干掉，微软的地位也将不保，取而代之的是谷歌。
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