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PLC未来发展趋势浅析

2014/11/18        作者:黄学先      
关键字:PLC  自动化  模块化  信息化  
作为工业自动化中主流控制产品,PLC自诞生至今已近半个世纪。随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展,工业控制领域已有翻天覆地的变化,PLC在性能、功能、易用性和产品形态等方面也已历经五代变革。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。

  作为工业自动化中主流控制产品,PLC自诞生至今已近半个世纪。随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展,工业控制领域已有翻天覆地的变化,PLC在性能、功能、易用性和产品形态等方面也已历经五代变革。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。

  作为一名PLC应用工程师和爱好者本文作者将从需求和应用角度探讨未来PLC的发展。

一、外观,将从小型化、模块化、集成化方向发展

  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。

二、性能将向更快、更可靠、更智能、更多功能方向发展

  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。

三、通讯方面将从开放化、网络化、无线化方向发展

  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。

责任编辑:陈浩
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