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下一代PLC的发展趋势分析

数读市场中国仪表网2013年04月28日 09:36人气:20302

  作为工业自动化中血脉最为纯正的主流控制产品,PLC自诞生至今已近半个世纪。伴随相关技术的发展,PLC在性能、功能、易用性和产品形态等方面已历经五代变革。技术演进的背后是需求的驱动,增效、安全、开放、整合、信息化、智能化将成为当下工业需求趋势。在此背景下,下一代PLC的发展趋势成为用户和PLC业界共同关注的课题。
  
  为此,工业控制相关三大网站论坛同时开展了题为“下一代PLC发展趋势”的用户讨论,旨在发动全国PLC应用工程师和爱好者从需求和应用角度探讨未来PLC的发展。自2013年1月5日至2013年3月1日,三大论坛汇集近千篇用户主题帖,参与讨论的用户数千人,影响用户数万人。从用户论题的数量、质量以及用户影响面来看,本次活动充分调研了来自各地、各行业用户对下一代PLC的发展期望,将成为PLC发展的需求见证和参考力量。
  
  用户期望中的PLC特性
  
  本次讨论共分外形、体积,性能、功能,通讯性能,编程软件,生命周期等五个主题。通过汇总五大主题的用户主要观点,我们可以概览用户期望中的下一代PLC的主要特点。
  
  下一代PLC发展的趋势分析
  
  外观:小型化、模块化、集成化
  
  外形、体积缩小,意味着便于安装维护,系统集成时占用柜体空间就越少。
  
  体积小并不意味着用户对功能的要求在降低,相反用户对于功能的要求越来越多,这就意味着产品的集成度要求更高。下一代PLC应集成更多的操作与维护功能,如内置CPU显示屏,可快速访问各种文本信息和详细的诊断信息,以提高设备的可用性,同时也便于全面了解工厂的所有信息;集成短接片,方便用户更为灵活便捷地建立电位组;集成DIN导轨,能够快速便捷地安装自动断路器、继电器之类的其它组件;灵活电缆存放方式,凭借预先设计的电缆定位槽装置,即使存放粗型电缆,也可以轻松地关闭模块前盖板;集成屏蔽夹,对模拟量信号进行适当屏蔽,可确保高质量地识别信号并有效防止外部电磁干扰。
  
  在结构上,用户充分认可PLC模块化带来的灵活扩展性。为满足各种自动化应用的需求,各种带CPU和存储器的智能I/O模块,既能扩展PLC功能,又使用灵活,延伸了PLC的应用范围。对于模块化的设置,用户要求模块间的连接要可靠牢固,具有一定程度的抗振动,接线方式最好是用可插拔的端子,换模块时无需借助任何工具即可实现快速安装;设置预接线位置,通过带有定位功能转向布线系统,无论是初次布线还是重新连接,快速便捷;插拔端子的接线最好是用螺丝刀进行而非焊接式;标准前连接器,这样不仅极大简化了电缆的接线操作,同时还节省了更多的接线时间。在模块化设计及产品的可靠性方面,西门子PLC始终走在前列。S7-300是模块化中型PLC系统,各模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。
  
  性能:更快、更可靠、更智能、更多功能
  
  随着计算机技术的快速发展并进入自动化领域,“32位处理器,纳秒级的处理速度,数万I/O点”,用户相信这些第五代PLC已经具备的特点,将以“更快”的方式体现在下一代PLC中,从而让未来的PLC拥有PC一样的运算能力和数据处理能力。
  
  PLC以可靠性高、抗干扰能力强而著称,但现代工业对可靠性要求越来越高,用户仍然希望下一代PLC的故障检测与处理能力将会更强。据统计,在PLC控制系统的故障中,CPU和I/O仅占20%,而输入输出设备、线路故障占80%。前者可通过PLC软件本身的软硬件实现检测、处理,而外围故障须加强研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块,进一步提高系统的可靠性。
  
  据统计,基于PLC的运动控制器占据了通用运动控制器的半壁江山,这些产品是通过在PLC的平台上,添加驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,在为各种机械设备提供逻辑控制的同时,提供运动控制功能。未来,用户建议下一代PLC能够将运动控制功能直接集成到PLC中,而无需使用其他模块,建议运动控制的功能越来越强,能够连接各种模拟量驱动,支持转速轴和定位轴等。
  
  多种自动化技术的深入应用,已经为各种控制融合创造了条件。为适合更多设备的应用,用户展望下一代PLC将具有更高的硬件软件的集成度。比如,PLC实现与CIM、机器人、CAD/CAM、个人计算机、MIS结合,使PLC在工厂自动化的未来发展中占有更加重要地位。
  
  此外,用户要求新一代产品具备更好的向上兼容性,便于系统的无缝升级,从而在最大程度上确保投资回报和投资安全性。
  
  如今PLC应用领域早已超越了开关量、逻辑控制和离散量监控,已发展成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的多功能控制器,具有越来越强的模拟处理能力,以及其他过去只有在计算机才能具有的高级处理能力,如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说,未来的PLC将从“控制器”晋升为新一代多功能控制平台。罗克韦尔的LOGIX平台、欧姆龙的NJ平台都这种趋势的代表。
  
  通讯:开放化、网络化、无线化
  
  为适应信息化发展趋势,如今PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统,而是迅速向开放式系统发展,各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统,完成设备控制任务之外,还可以与上位计算机管理系统联网,实现信息交流,成为整个信息管理系统的一部分。另一方面,现场总线技术得到广泛的应用,PLC与其他安装在现场的智能化设备,比如智能化仪表、传感器、智能型驱动执行机构等,通过一根传输介质连接,并按照同一通信规约互相传输信息,由此构成一个现场工业控制网络,该网络与单纯的PLC远程网络相比,配置更灵活,扩容更方便,造价更低,性能价格也更好,更具有开放意义。
  
  随着多种控制设备协同工作的迫切需求,对PLC的Ethernet扩展功能以及进一步兼容Web技术提出了更高的要求。通过集成WebServer,用户可以无需亲临现场,即可通过Internet浏览器随时查看CPU状态,过程变量以图形化方式进行显示,简化了信息的采集操作。基于此要求,用户认为S7-1200为代表的新一代小型PLC,以太网接口已成标配,工业网络已经不再是初期的奢侈品,而是现代工业控制系统的基础,这代表着以PLC为代表的控制系统正在从基于控制的网络,发展成为基于网络的控制。
  
  甚而有用户认为,“铜退光进”、“铜退无线进”的网络通讯时代应引发新一代PLC硬件上的革命,那就是输入输出部分应该与PLC分离,直接留在现场底层,通过光纤或无线与PLC以一种新标准的工业信号连接,这样的PLC将回归它的“可编程逻辑过程控制”本质功能。未来,PLC与智能手机的互联,甚至配置WIFI,更会带来工业现场的无线化变革。
  
  编程软件:简单化、平台化
  
  用户对于编程软件反映最多的问题是没有统一的标准。一位工程师诉苦说:“踏入工控行业,天天和各种工控产品打交道,电脑上安装了很多的软件,很不方便,更加烦恼的是每次重新安装系统的时候,都要把所有的软件重新安装一次,浪费很多的时间。”在实际工作中,有工程师反映前几天用PLC的编程软件写一个程序,过几天又要用上位机组态软件开发SCADA系统,到了现场还要使用驱动软件设置和调试驱动设备。这样不但需要安装和学习不同软件平台,还要在不同软件平台之间配置复杂的通讯,重复输入相关数据并进行传送数据,这样既直接影响到工作效率的提升也容易出现人为的错误。因此,希望自动化厂商推出的软件平台可以兼容其相关的自动化和驱动产品,以减少复杂应用的问题。
  
  在软件完善与改进方面,软件视图、增加帮助提示及软件操作太过繁琐都是用户面临的问题。工程师在调试设备的时候通常使用笔记本电脑,但是笔记本电脑的屏幕太小,从而影响图像显示,为用户浏览程序带来不便。在软件视图优化上,用户希望厂商能够提供全面的视图大小调整方式,并可以灵活的自定义界面上的布局。除此之外,软件上添加帮助提示功能,对用户使用不熟悉的功能,能够帮助工程师们提高编程的效率。工程师们认为,目前西门子在这方面做的比较到位,尤其是对于一些不熟悉西门子的用户来说,使用帮助提示功能能够提高编程的效率。
  
  简易编程、软件互通,呼唤的是软件的一体化和平台化,用户甚至表示,“PLC的软件在等待一个类似于微软视窗那样的突破,才能说开创一个全新的PLC时代”。在硬件主导市场的自动化领域,已经可以看到跨硬件的一体化设计软件,这是软件平台化的开端,随着软件价值在自动化系统中的提升,未来真正的自动化平台化软件或可预期。
  
  生命周期:前短后长
  
  在传统观念中,用户采购PLC重产品采购而轻总体拥有成本TOC(TotalOperationCost),如今,快速上市、降低运营成本成为提升市场竞争力的重要指标,PLC的生命周期成为用户关注的新重点。
  
  PLC生命周期包括设备的选型、采购、设计、安装调试、维护维修、服务等环节,用户希望PLC的生命周期更加趋于合理,即把设计、选型、开发、调试、维护,变得更简易,更人性化;而时间上,在设计、选型、开发期间,更可靠,但是时间更短;而在运营维护期,更简易,而寿命更长。“我们在设计开发上少花时间,把精力放到工艺流程、优化产能、优化节能等方面,岂不是更好吗?”
  
  为此,用户希望在未来PLC上看到更多有利于生命周期前短后长的功能和服务体现,比如,加入液晶面板,在调试期间,更方便的知道问题在哪。在维护阶段,能更直观的看到运行状况。减少人员的成本,增加可靠性;再比如,自诊断功能和远程维护功能的加入,同样可以减少维护的成本。还有用户指出,统一接口,或简化接口,这些都是有利于生命周期中各个环节的优化。
  
  知识产权的保护
  
  如今,越来越多的企业正计划将其所有自动化控制设备逐步连接到企业范围内的信息系统中去。利用PLC的Web连接特性,工业用户不但可以从任何地方监控控制系统的运行状况,而且还可以像利用系统手册一样获取所需要的任何数据信息。当然,如果工业用户正在着手将其控制系统连接到Internet,则必须考虑应用的安全性。随着PLC技术的深入发展,各厂商专有技术保护措施也会越来越全面,下一代PLC将有望实现特有的加密算法和防拷贝功能,以保护专利技术不外泄和被盗。在访问保护中,带有防火墙功能的通信模块的使用,也能够加强网络安全的保护功能。
  
  小结
  
  纵观PLC发展变化的需求驱动因素和用户期望,下一代PLC的发展方向已初具轮廓。性能越来越强,功能越来越多,PLC将能适应更为复杂的控制任务;网络通讯成为标配,PLC控制系统将逐步融入全厂自动化乃至企业管理信息化系统之中;设计软件趋向更为简单,平台化软件趋势可期;安装、调试、维护、诊断更为便捷,PLC的使用趋于简单化,而应用趋于智能化。因此,下一代PLC的变革不止体现在传统的功能和性能上,更体现在产品平台理念、企业级系统融合和全生命周期的价值之中。唯其此,新一代PLC方能够更加满足各种工业自动化控制应用的需要,成为百年不衰的工业控制平台。
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