plc控制系統(tǒng)如何能夠更加開放
plc控制系統(tǒng)如何能夠更加開放?
1.PLC在競爭中的興起
從plc控制系統(tǒng)的角度來看,已經(jīng)出現(xiàn)了各種控制系統(tǒng)的集成。但仔細(xì)分析將揭示plc控制系統(tǒng)在這些控制系統(tǒng)中是一個相對獨特的類。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中,PLC是早期的工業(yè)控制器。每個新的控制器都可以替代PLC,從DCS到工業(yè)計算機,現(xiàn)場總線,再到嵌入式控制系統(tǒng)。這種情況的發(fā)生是由于早期PLC缺乏開放造成的,但另一方面,也是由于PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的大比例造成的。但隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展,隨著新技術(shù)的日益普及,plc控制系統(tǒng)不會逐漸被任何新系統(tǒng)取代,而是逐漸侵蝕其他控制系統(tǒng)的市場。
例如,在過程工業(yè)中,DCS一直占主導(dǎo)地位,但現(xiàn)在,在中小型工業(yè)裝置中,相當(dāng)多的控制系統(tǒng)已被PLC系統(tǒng)所取代。即使在大型系統(tǒng)中,所有類型的DCS現(xiàn)在都面臨著高端PLC的威脅。造成這種現(xiàn)象的原因在于,一方面,由于PLC技術(shù)的不斷發(fā)展,DCS過去壟斷的一些復(fù)雜控制功能基本上都可以在PLC中使用;第二個是由PLC操作的簡單性決定的;重要的是PLC的價格和成本是DCS系統(tǒng)無法比擬的。
在低端設(shè)備中,例如許多工業(yè)設(shè)備的控制器,過去是由MCU開發(fā)系統(tǒng)控制的,現(xiàn)在越來越多地被PLC取代。在材料成本方面,PLC的成本高于單片機。但是,由于PLC的編程靈活性,用戶在開發(fā)新型號時無需為新型號開發(fā)新的微控制器控制器。只需在PLC軟件上更改程序,即可大大降低用戶的開發(fā)成本。因此,越來越多的機械逐漸放棄了原有的專用控制器,并切換到PLC作為機械設(shè)備的主控制器。在使用大量工業(yè)計算機系統(tǒng)的情況下,工業(yè)計算機越來越多地被PLC取代,并且工業(yè)計算機逐漸從實時控制返回到僅控制站的水平。而且,它逐漸發(fā)現(xiàn),加入PLC的IPC結(jié)構(gòu)提供了出色的控制性能,成本低,便于操作。因此,逐漸開始在越來越多的地方采用??梢哉f,工業(yè)計算機的誕生不僅沒有降低PLC的份額,而且因為工業(yè)計算機的計算功能——圖形處理能力和數(shù)據(jù)存儲容量彌補了PLC的不足,而且可靠性高。 PLC極大地彌補了工業(yè)計算機的弱點,因此工業(yè)計算機的誕生極大地促進了PLC在更多場合的應(yīng)用。
同樣,在離散制造中,PLC作為設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集的便捷設(shè)備,為實現(xiàn)ERP和CIMS系統(tǒng)時的實時數(shù)據(jù)采集——處理和傳輸提供了無與倫比的便利。目前,無論是CNC——機械還是傳輸——物流等行業(yè),PLC都是控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首選。
因此,至少從現(xiàn)在開始,plc控制系統(tǒng)在各種控制系統(tǒng)的競爭中逐漸占據(jù)上風(fēng)。但是,隨著激烈的競爭,PLC也面臨著發(fā)展的瓶頸,即各種系統(tǒng)都不開放或開放。
2.產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)——真正開放的現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)
從根本上來說,開放式控制系統(tǒng)要具備:采用從操縱系統(tǒng)到通訊協(xié)議都是通用的系統(tǒng)。目前,操縱系統(tǒng)實在只有WINDOWS、UNIX等少數(shù)幾種,而通訊總線題目,則沒有什么疑義。在工控界爭論不休的題目,在計算機界早就停息了。事實上,用戶們早已作出了選擇,那就是:以太網(wǎng)總線,它占了全球所有計算機通訊總線的96%!而其余所有的總線只占了不到4%。因此,產(chǎn)業(yè)界所有的總線向以太網(wǎng)的方向靠攏,是不以人們的意志為轉(zhuǎn)移的。
眾所周知,以太網(wǎng)初是為辦公自動化設(shè)計的,因此沒有考慮到產(chǎn)業(yè)自動化應(yīng)用的一些要求。特別是,它采用的CSMA/CD介質(zhì)訪問控制機制,具有通訊延時不確定的缺點,不能滿足產(chǎn)業(yè)自動化控制的實時通訊需求。因此,在20世紀(jì)90年代以前,很少有人將以太網(wǎng)應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)自動化領(lǐng)域。
近幾年來,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及與推廣,以太網(wǎng)也得到了飛速發(fā)展,特別是以太網(wǎng)通訊速率的進步、以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展,給解決以太網(wǎng)的非確定性題目帶來了新的契機:首先,以太網(wǎng)的通訊速率一再進步,從10Mbps,到100Mbps甚至到10Gbps,在相同通訊量的情況下,通訊速率的進步意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和碰撞的減少,也就意味著進步確定性;其次,以太網(wǎng)交換機為連接在其端口上的每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供了獨立的帶寬,連接在同一個交換機上的不同的設(shè)備不存在資源的爭奪,這就相當(dāng)于每個設(shè)備獨占一個網(wǎng)段;第三,全雙工技術(shù)又為每個設(shè)備與交換機端口之間提供了發(fā)送與接收的專用通道,因此使不同的以太網(wǎng)設(shè)備之間的沖突大大降低(半雙工交換式)或完全避免(全雙工交換式)。因此,以太網(wǎng)成了確定的網(wǎng)絡(luò),從而為它應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)自動化控制消除了主要的障礙。
與其它現(xiàn)場總線或產(chǎn)業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)相比,以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、本錢低廉、通訊速率高、軟硬件資源豐富、易于與INTERNET連接、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點,因此,不僅壟斷了工廠綜合自動化的信息治理層網(wǎng)絡(luò),而且在過程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)也得到了廣泛應(yīng)用,并有直接向下延伸,應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)的趨勢。
從通訊網(wǎng)絡(luò)的角度來看,采用扁平式和樹型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下,假如能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,實在,要求上下所有的硬件采用同樣的操縱系統(tǒng)是不經(jīng)濟的。比如,在上位機,用于顯示和數(shù)據(jù)存儲的功能是主要的功能。這時,采用WINDOWS的操縱系統(tǒng)是沒有什么題目。而在底層控制端,則只要采用類似RTOS或VXWORKS這樣的操縱系統(tǒng)會更好,不僅是價格便宜,而且還能夠更可靠地執(zhí)行實時控制任務(wù)。
目前,PLC之所以能夠在越來越多的場合取得應(yīng)用,同前面所提到的PLC的特點是分不開的。這些特點就是:可靠性,易操縱性,和靈活性。這些特點是PLC必須要保存的。這些特點的形成,是由PLC的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部軟件和硬件的構(gòu)成特點決定的,同時也是PLC之所以是PLC是不是其它控制系統(tǒng)的標(biāo)志。而PLC的缺點,則是在處理大量數(shù)據(jù)包括圖形等方面的運算能力不足的方面。實際上,在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中,需要實時控制而同時又需要處理大量信息的場合固然存在,但并未幾見。因此,只要能解決PLC的通訊題目,可以讓PLC來擔(dān)負(fù)現(xiàn)場的實時控制任務(wù),而將數(shù)據(jù)的處理、存儲、顯示等任務(wù)通過通訊網(wǎng)絡(luò),傳到其它系統(tǒng)中,由計算機系統(tǒng)來完成,這是解決開放式控制系統(tǒng)的根本方式。也是開放式PLC的設(shè)計的思想基礎(chǔ)。
開放式plc控制系統(tǒng)將常見也是今后控制系統(tǒng)常用的通訊接口------以太網(wǎng)和串口內(nèi)置進了PLC的CPU單元,使PLC在保持傳統(tǒng)各種可靠功能的同時,可以低本錢地具備通訊的功能。而且,專門開發(fā)了靈活而方便的通訊模塊,用這些通訊模塊,只要簡單地輸進各類協(xié)議,就可以將這些模塊作為一種專用協(xié)議的控制模塊來使用,而價格十分低廉。同時,更令人驚異的是,在OpenPLC內(nèi)部,還具有JAVA功能,和WebServer功能,也就是說,即使不用上位機,OpenPLC可以將PLC的狀態(tài),包括故障報警信息和事件處理信息通過通訊模塊自動傳送到互聯(lián)網(wǎng)上,用戶可以通過電子郵件的方式來接收這些信息,也可以通過移動通訊系統(tǒng),利用手機的短信方式來接收這些信息,甚至可以通過GPRS、CDMA等先進的通訊方式來進行控制信息的跨越時空的通訊。這些通訊,使用戶可以及時地了解到設(shè)備的運行狀況,可以進行遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控,對于生產(chǎn)過程控制、制造過程的信息化、生產(chǎn)過程和治理的優(yōu)化等都有極大的幫助。
同時,在傳統(tǒng)的控制功能方面,開放式PLC盡量保存了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點,如模塊式結(jié)構(gòu),多種編程語言,嚴(yán)格的可靠性設(shè)計,甚至是與PLC完全相同的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè),這樣,使得原來的PLC用戶在使用開放式PLC的時候并不會產(chǎn)生任何不適應(yīng)的感覺,除了上面所提到的一些新的功能外,其它的方面,如選型、編程、組態(tài)等,完全與傳統(tǒng)的PLC一樣。
可以預(yù)見的是,OpenPLC的出現(xiàn),必將改變控制系統(tǒng)的格式,尤其是對于現(xiàn)有plc控制系統(tǒng)的制造商來說,將在市場和應(yīng)用方面產(chǎn)生巨大的沖擊。
標(biāo)簽:   plc控制系統(tǒng)