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高端PLC特点
发布时间:2016-06-17        浏览次数:260        返回列表
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SafetLOGIC PLC。
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 丰富的总线支持能力
2.1总线控制的优势
基于总线的控制技术,高端的PLC具有丰富的总线接口支持能力,总线式连接带来了以下一些好处:
2.1.1总线连接减少了电缆的数量:通过总线连接的分布式I/O站,减少了为了连接到中央控制单元的接线数量。
2.1.2使得控制更为灵活:总线使得分布式控制得到了实现,对于分布式控制系统而言,总线是不可或缺的组成部分。
2.1.3使得机器设计更为灵活-在OEM机械制造中,总线使得机械的模块化设计成为可能,每个独立的机械单元带有本地独立的控制器,通过总线实现整个生产线的集成,而这些仅仅需要通信电缆的连接即可。
2.2总线的分类
2.2.1现场总线技术
传统的现场总线包括Profibus, CANopen, CC-link, FF ,HSE ,DeviceNet, Modbus等,有多少个自动化厂商就有多少个总线,各种总线定义了不同的应用层协议和行规(Profile),这些总线之间不能互联,或者为了互联而需 要增加额外的交换与网关设备。




2.2.2标准以太网技术
IT业界技术的发展使得Ethernet技术得到了更为广泛的应用,由于它具有开放性好、速度高、成本低廉的原因,越来越多的自动化厂商开始在其自动化组件中集成了Ethernet技术,它主要带来了以下几个好处:
A. 它速度更高-100Mbps的数据传输满足了视频数据、视觉识别、图像处理等工业数据传输的应用;
B. 它开放性好-无需支付任何License费用即可使用;
C. 它成本低-由于大量的标准应用,Ethernet的数据电缆价格、芯片价格都大幅度降低,使得它成为价格低廉的技术被广泛使用。
目前,Ethernet技术已经在各个自动化厂商的产品包括PLC、HMI、传感器、安全系统、DCS中得到了广泛的应用,是发展最为迅速的技术。
2.2.3实时以太网技术
Ethernet技术的发展带来了如此多的好处,但是对于机器人、CNC、运动控制和Safety技术领域,Ethernet数据交换的不确定 性是一个巨大的障碍,因此,各个公司又在以太网技术基础上开发了实时以太网,以满足对于实时性更为苛刻的需求,通常我们将数据刷新速度在uS级、同步精度 在0.1uS的以太网称为实时以太网。
这里比较典型的技术包括了:
● Ethernet POWERLINK技术,这个是最早的实时以太网技术,早在2001年,始创公司B&R就开发了这一技术并投入使用,它采用轮询机制来进行数据交 换的管理,由一个MN(主节点)调度时间片给每个CN(从节点),可以达到的刷新速度为100uS,其物理介质采用满足IEEE802.3规范的物理层, 其应用层则采用CANopen的Profile,目前它是自动化业界唯一的开源技术Open Source Technology。
支持该总线的包括ABB,Schneider和LENZE,Baldor以及一些运动控制系统厂商。
● SERCOSIII,在Rexroth公司1994年开发的SERCOS现场总线基础上发展起来的以太网技术,其同样轮询方式的管理机制,可以达到 100Mbps的传输速度,uS级的刷新周期,目前包括Rockwell AB、Schneider一些自动化公司支持该总线。
● ProfiNet,由SIEMENS开发并投入使用的实时以太网技术,但是,其多个版本中目前ProfiNet和ProfiNet RT已经可以使用,而其基于ASIC技术的硬件实时的ProfiNet IRT尚未有完全推出,IRT可实现uS级的数据刷新,高时钟同步。
● EtherCAT,基于集束帧的方式传输的实时以太网,其主站是标准以太网,但是从站非标准以太网,采用ASIC实现,可实现100uS的数据刷新。
实时以太网主要解决了在高速同步控制方面的数据交换能力。
 
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