智能制造大环境下PLC的发展趋势和路径（2）

 智能制造大环境下PLC的发展趋势和路径

　　PLC硬件如何适应智能制造的要求

 

　　尽管人们较普遍的认识是PLC硬件技术进步是渐进的，但也不能否认，PLC的硬件技术一直在为满足工业4.0和智能制造日益清晰的要求积累经验。

 

　　特别是微电子技术的飞跃进展，使得SoC芯片在主钟频率越来越高的同时而功耗却显著减小；多核SoC的发展，又促进了在PLC的逻辑和顺序控制处理的同时，可以进行高速的运动控制处理、视觉算法的处理等；而通信技术的进展使得分布式I/O运用越来越多，泛在的I/O运用也有了起步。

 

　　为迎接工业4.0的挑战，PLC硬件设计应该在以下方面有一定的改善空间：

 

　　1、极大改善能耗和减小空间。PCB板85%的空间被模拟芯片和离散元器件所占，需要采取将离散元器件的功能集中于单个芯片中，采用新型的流线模拟电路等措施。

 

　　2、增加I/O模块的密度。

 

　　3、进行良好的散热设计，降低热耗散。

 

　　4、突破信息安全的瓶颈（如何防范黑客攻击、恶意软件和病毒）。

 

　　概括起来说，PLC的硬件必须具备综合的性能，即更小的体积，更高的I/O密度，更多的功能。

 

　　举例来说，选用新型的器件收效显著：为了减小I/O模块的体积，减少元器件的数量，采用多通道的并行/串行信号转换芯片（serializer），可以对传感器24V的输出信号进行转换、调理和滤波，并以5V的CMOS兼容电平输入PLC的MCU。这样可把必要的光电隔离器件减少至3个，来自多通道的并行/串行信号转换芯片（serializer）的信号，可共享相同的光电隔离资源。

 

　　Maxim公司的模拟器件集成设计，简化了信号链，使10V的双极性输入可以多通道采样、放大、滤波和模/数变换，而且只需单路的5V电源。这种设计取消了15V的电源，减少了元器件的数量和系统成本，降低了功耗，缩小了元器件所占用的面积。

 

　　PLC软件如何适应智能制造的要求

 

　　可编程控制器作为一类重要的工业控制器装置，之所以能够在长达数十年的工控市场上长盛不衰，本质上的原因必须从其内部去发掘。其中，软件与硬件发展的相辅相成、相得益彰应该是重要原因。

 

　　IEC61131-3推动PLC在软件方面的进步，体现在：

 

　　（1）编程的标准化，促进了工控编程从语言到工具性平台的开放，同时为工控程序在不同硬件平台间的移植创造了前提条件。

 

　　（2）为控制系统创立统一的工程应用软环境打下坚实基础。从应用工程程序设计的管理，到提供逻辑和顺序控制、过程控制、批量控制、运动控制、传动、人机界面等统一的设计平台，以至于将调试、投运和投产后的维护等，统统纳入统一的工程平台。

 

　　（3）应用程序的自动生成工具和仿真工具。

 

　　（4）为适应工业4 . 0 和智能制造的软件需求， I E C61131-3的第3版将面向用户的编程OOP纳入标准。

 

　　之前已开发了许多为PLC控制系统工程设计、编程和运行，以及管理的工具性软件。其中包括控制电路设计软件包、接线设计软件、PLC编程软件包、人机界面和SCADA软件包、程序调试仿真软件以及自动化维护软件等等。尽管这些软件都是为具体的工程服务的，但即使在对同一对象进行控制设计和监控，它们却都互不关联。不同的控制需求（如逻辑和顺序控制、运动控制、过程控制等）要用不同的开发软件，在不同的工作阶段（如编程组态、仿真调试、维护管理等）又要用不同的软件。而且往往在使用不同的软件时必需自行定义标签变量（Tags），而定义变量的规则又往往各取其便，导致对同一物理对象的相同控制变量不能做到统一的、一致的命名。

 

　　缺乏公用的数据库和统一的变量命名规则，造成在使用不同软件时不得不进行繁琐的变量转换，重复劳动导致人力资源成本高、效率低下。