未來(lái)，可編程plc控制器（PLC）將在硬件、軟件和通信領(lǐng)域不斷進(jìn)步，以適應(yīng)科技的發(fā)展?？赡艿难葸M(jìn)將包括PLC和可編程自動(dòng)控制器(PAC)的一些功能的組合，以實(shí)現(xiàn)從工廠底部到頂部的通信。
從一開始，當(dāng)PLC開始大量取代繼電器和定時(shí)器時(shí)，就有一種驅(qū)動(dòng)力，即減小自動(dòng)控制系統(tǒng)的尺寸，簡(jiǎn)化對(duì)PLC未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的支持和維護(hù)。在過(guò)去的幾年里，繼電器已經(jīng)被更小的基于機(jī)架的結(jié)構(gòu)(如圖1所示)或具有遠(yuǎn)程輸入/輸出端口的更小的可編程邏輯控制器所取代。
隨著超大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制器從最初的單位計(jì)算機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的由16位和32位微處理器組成的微機(jī)PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理。如今，PLC技術(shù)非常成熟，不僅增強(qiáng)了控制功能，降低了功耗和體積，降低了成本，提高了可靠性，使編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示的發(fā)展，使PLC朝著連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱。
可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)
隨著可編程控制器的應(yīng)用越來(lái)越多，可編程控制器技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也在不斷完善，功能越來(lái)越強(qiáng)大，性價(jià)比也越來(lái)越高。
1.更小、更快、更好
隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展，當(dāng)今處理器、電路板和元器件的尺寸不斷縮小。這些技術(shù)正在慢慢作用于PLC，使其更加穩(wěn)定、可靠和健壯，并進(jìn)一步完善其功能，如更快的處理器、可擴(kuò)展的內(nèi)存容量和新的特色通信機(jī)制。
為響應(yīng)市場(chǎng)需求，許多特性和功能正從高端PLC向低端PLC轉(zhuǎn)移。例如，我們可以預(yù)期，未來(lái)的小型PLCs將具備更多高端PLCs的功能，而中高端PLCs也將提供更小、更緊湊的解決方案，以滿足客戶的需求。
同時(shí)，PLC也受益于內(nèi)存成本和體積的降低。這些優(yōu)勢(shì)極大地提高了本地化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量，并允許可編程邏輯控制器用于過(guò)去需要昂貴的數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)的應(yīng)用中。這也使得其他功能的實(shí)現(xiàn)成為可能，比如產(chǎn)品信息的車載存儲(chǔ)，從而加快故障排除。
如今的PLC也從USB技術(shù)中受益匪淺，這使得控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)、編程和監(jiān)控比以往任何時(shí)候都更加容易。隨著USB技術(shù)的不斷進(jìn)步和更小的迷你USB連接器的出現(xiàn)，你可以期待在更多的小型PLC上看到這種通信選項(xiàng)。
另一個(gè)例子是非易失性便攜式存儲(chǔ)設(shè)備，它已經(jīng)從快速變化的消費(fèi)電子世界迅速滲透到工業(yè)市場(chǎng)。通過(guò)在小包裝中提供大量額外的存儲(chǔ)空間，它們?yōu)镻LC用戶帶來(lái)了巨大的好處。這些可能的選項(xiàng)包括USB設(shè)備、SD卡、迷你SD卡、微型SD卡等。，從而為最終用戶、機(jī)械制造商和系統(tǒng)集成商增加了多達(dá)32GB的額外存儲(chǔ)空間。
2.可編程控制器與聚合氯化鋁的集成
許多工業(yè)控制器供應(yīng)商仍在銷售PAC和PLC的異同，但未來(lái)的自動(dòng)化工程師在考慮他們的系統(tǒng)時(shí)，他們可能不在乎名稱是什么，而只關(guān)注性能和實(shí)際功能。就像這兩個(gè)設(shè)備的定義和特性在不斷演變一樣，PLC和PAC也會(huì)相互融合發(fā)展。
基于這種演變，低端和高端市場(chǎng)將會(huì)有大量的機(jī)會(huì)。隨著硬件技術(shù)的進(jìn)步，高級(jí)功能將進(jìn)入低端處理器。這反過(guò)來(lái)將推動(dòng)供應(yīng)商將更多的功能和選擇整合到高端產(chǎn)品中。
高速處理器和更大的存儲(chǔ)空間將促進(jìn)先進(jìn)功能的應(yīng)用，如運(yùn)動(dòng)控制、視覺系統(tǒng)集成和各種通信協(xié)議的協(xié)同支持。當(dāng)然，為了吸引更多的用戶，PLC還是會(huì)保留其簡(jiǎn)單的功能。
在PAC和PLC相互融合的過(guò)程中，我們可以看到這兩款產(chǎn)品在不斷的改進(jìn)和進(jìn)步。PAC可以讓用戶在傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)行拓展，鼓勵(lì)供應(yīng)商開發(fā)滿足客戶需求的新產(chǎn)品。
這些要求對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員提出了挑戰(zhàn):迫使他們尋找新的方向，例如支持現(xiàn)有的組件來(lái)構(gòu)建新的系統(tǒng)，以滿足惡劣的工業(yè)環(huán)境。未來(lái)的挑戰(zhàn)將包括提供連接、擴(kuò)展存儲(chǔ)容量和提高控制器處理能力，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的應(yīng)用程序，同時(shí)保持甚至降低最終產(chǎn)品的成本。
3.階梯語(yǔ)言:永不說(shuō)再見
五十年前，硬線繼電器邏輯被梯形語(yǔ)言取代，給熟悉繼電器邏輯的技術(shù)人員和工程師帶來(lái)了便利，但也有其局限性，尤其是在過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理應(yīng)用中。
IEC61131-3為工業(yè)控制器提供了另一種編程語(yǔ)言，但梯形語(yǔ)言仍有其自身的優(yōu)勢(shì)，并一直顯示出其獨(dú)特的魅力。過(guò)程控制雖然有連續(xù)的功能圖，但結(jié)構(gòu)化文本對(duì)數(shù)據(jù)處理也有好處，其他IEC語(yǔ)言也有自己的優(yōu)勢(shì)。但梯形語(yǔ)言仍將是PLC編程語(yǔ)言的領(lǐng)頭羊。
供應(yīng)商及其客戶購(gòu)買內(nèi)置梯形圖語(yǔ)言邏輯編程的PLC，并使用這類PLC控制大量基礎(chǔ)設(shè)備。也有大量的工程師、技術(shù)員、電氣工程師和維修工人更喜歡梯形語(yǔ)言這種簡(jiǎn)單的編程技術(shù)。無(wú)論硬件如何發(fā)展，這種語(yǔ)言將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)成為PLC的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
雖然梯形邏輯語(yǔ)言可以作為簡(jiǎn)單機(jī)器控制的基石，但功能塊編程技術(shù)可以減少代碼數(shù)量，尤其是當(dāng)需要將PLC代碼集成到統(tǒng)一的編程環(huán)境中時(shí)。
4.統(tǒng)一編程環(huán)境
將可編程控制器、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī)界面編程結(jié)合到一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境中是未來(lái)幾年的趨勢(shì)。將可編程控制器和人機(jī)界面集成在同一個(gè)機(jī)架上可能會(huì)成為下一個(gè)趨勢(shì)，無(wú)論顯示器是包含在組件中還是作為外部選項(xiàng)。無(wú)論是集成到PLC I/O機(jī)架中的同一個(gè)處理器還是HMI模塊，目前的技術(shù)都可以支持這兩種配置。
一個(gè)獨(dú)特的編程環(huán)境對(duì)大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)是理想的，只要它不太復(fù)雜。結(jié)合這些模塊的優(yōu)勢(shì)包括縮短學(xué)習(xí)周期和研發(fā)時(shí)間。但是，如果這種編程環(huán)境設(shè)計(jì)得不好，就會(huì)變得很麻煩，操作起來(lái)也很困難。
擁有統(tǒng)一編程環(huán)境的一個(gè)重要步驟是確保設(shè)備可以共享同一個(gè)標(biāo)記名數(shù)據(jù)庫(kù)。標(biāo)簽是程序和過(guò)程之間的重要聯(lián)系。建立數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)耗時(shí)的項(xiàng)目，減少這些重復(fù)的任務(wù)將縮短總體R&D時(shí)間并降低出錯(cuò)的概率。
5.歡迎來(lái)到無(wú)線時(shí)代
在過(guò)去的幾十年里，特別是在20世紀(jì)90年代初，工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了大量不同的通信網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。隨著時(shí)間的推移，這些不同的選擇逐漸留給少數(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。與消費(fèi)PC及其外設(shè)一樣，這一趨勢(shì)將持續(xù)下去，未來(lái)將專注于自配置即插即用解決方案。
其實(shí)這些通信技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性并不需要關(guān)注，因?yàn)橐蕴W(wǎng)等很多工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的原始速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于大多數(shù)應(yīng)用的需求。
至于本地存儲(chǔ)設(shè)備和其他設(shè)備之間的通用接口，雖然USB可用，但也有其局限性。USB是即插即用的，但是將硬件和軟件與USB集成需要設(shè)備供應(yīng)商的額外投資。正因如此，條碼識(shí)別器、電子秤等工業(yè)硬件供應(yīng)商變化緩慢，短期內(nèi)仍將采用RS232接口。
目前高端PLC的通信接口可以適應(yīng)多種協(xié)議(圖2)。預(yù)計(jì)隨著未來(lái)用戶需求的標(biāo)準(zhǔn)化，這種情況有望得到改善，可能只有以太網(wǎng)和無(wú)線的形式，或者有工業(yè)藍(lán)牙的可能選擇。
這是一個(gè)無(wú)線時(shí)代。然而，在我們看到商用和工業(yè)無(wú)線通信協(xié)議的巨大融合之前，工業(yè)應(yīng)用確實(shí)需要在更大范圍內(nèi)具有魯棒性并確保數(shù)據(jù)完整性的無(wú)線技術(shù)。
在這個(gè)領(lǐng)域，我們也看到了進(jìn)步:從最新的Wi-Fi(802.11n)和ZigBee(802.15.4)協(xié)議到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、網(wǎng)狀連接以及藍(lán)牙和近場(chǎng)通信的興起，但目前這些還沒有成為適合執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)的工廠底層的解決方案。未來(lái)，無(wú)線技術(shù)將更廣泛地應(yīng)用于適合無(wú)線應(yīng)用或一些非關(guān)鍵監(jiān)控應(yīng)用(不需要實(shí)時(shí)控制)的RTU中。
6.完全集成的工廠
PLC未來(lái)最引人注目的變化應(yīng)該是企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng)或其他高級(jí)系統(tǒng)與工廠級(jí)的集成。過(guò)去，主要的集成任務(wù)是提取機(jī)器和處理數(shù)據(jù)，并將其上傳到那些高級(jí)系統(tǒng)。未來(lái)，鉤子和函數(shù)等新技術(shù)將簡(jiǎn)化這種集成。
有鑒于此，在設(shè)計(jì)PLC解決方案時(shí)，控制器廠商需要更多地考慮用戶的需求。該方案不僅用于控制，還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫操作，為需要的用戶提供數(shù)據(jù)。這可能包括提供對(duì)通過(guò)瀏覽器或移動(dòng)應(yīng)用程序提供的數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，或者包括訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的工具。
增強(qiáng)的通信、提高的處理速度和更大的存儲(chǔ)容量賦予了PLC管理自身生成的數(shù)據(jù)的能力。這是PLC的自然發(fā)展趨勢(shì)。
雖然形式、用途和性能將發(fā)生很大變化，但在未來(lái)，可編程控制器一詞將繼續(xù)作為許多工業(yè)自動(dòng)化控制器的名稱。PLC的規(guī)模會(huì)不斷縮小，硬件的發(fā)展也會(huì)給PLC帶來(lái)新的特點(diǎn)和功能。而軟件和通訊能力的提升將會(huì)給由來(lái)已久的PLC這個(gè)名字一個(gè)全新的定位——工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)。
