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plc控制系統如何能夠更加開放

2019-03-07 14:43:16 合肥鴻昇自動化科技有限公司 閱讀

plc控制系統如何能夠更加開放?

  1.PLC在競爭中的興起

  

plc控制系統的角度來看,已經出現了各種控制系統的集成。但仔細分析將揭示plc控制系統在這些控制系統中是一個相對獨特的類。在現代控制系統中,PLC是早期的工業控制器。每個新的控制器都可以替代PLC,從DCS到工業計算機,現場總線,再到嵌入式控制系統。這種情況的發生是由于早期PLC缺乏開放造成的,但另一方面,也是由于PLC在工業控制領域的大比例造成的。但隨著技術和應用的發展,隨著新技術的日益普及,plc控制系統不會逐漸被任何新系統取代,而是逐漸侵蝕其他控制系統的市場。


例如,在過程工業中,DCS一直占主導地位,但現在,在中小型工業裝置中,相當多的控制系統已被PLC系統所取代。即使在大型系統中,所有類型的DCS現在都面臨著高端PLC的威脅。造成這種現象的原因在于,一方面,由于PLC技術的不斷發展,DCS過去壟斷的一些復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系統無法比擬的。


在低端設備中,例如許多工業設備的控制器,過去是由MCU開發系統控制的,現在越來越多地被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,用戶在開發新型號時無需為新型號開發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作為機械設備的主控制器。在使用大量工業計算機系統的情況下,工業計算機越來越多地被PLC取代,并且工業計算機逐漸從實時控制返回到僅控制站的水平。而且,它逐漸發現,加入PLC的IPC結構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,工業計算機的誕生不僅沒有降低PLC的份額,而且因為工業計算機的計算功能——圖形處理能力和數據存儲容量彌補了PLC的不足,而且可靠性高。 PLC極大地彌補了工業計算機的弱點,因此工業計算機的誕生極大地促進了PLC在更多場合的應用。


同樣,在離散制造中,PLC作為設備控制和數據采集的便捷設備,為實現ERP和CIMS系統時的實時數據采集——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,PLC都是控制系統和數據采集系統的首選。


因此,至少從現在開始,plc控制系統在各種控制系統的競爭中逐漸占據上風。但是,隨著激烈的競爭,PLC也面臨著發展的瓶頸,即各種系統都不開放或開放。

plc控制系統.jpg

  2.產業以太網——真正開放的現場控制網絡

  從根本上來說,開放式控制系統要具備:采用從操縱系統到通訊協議都是通用的系統。目前,操縱系統實在只有WINDOWS、UNIX等少數幾種,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,產業界所有的總線向以太網的方向靠攏,是不以人們的意志為轉移的。

  眾所周知,以太網初是為辦公自動化設計的,因此沒有考慮到產業自動化應用的一些要求。特別是,它采用的CSMA/CD介質訪問控制機制,具有通訊延時不確定的缺點,不能滿足產業自動化控制的實時通訊需求。因此,在20世紀90年代以前,很少有人將以太網應用于產業自動化領域。

  近幾年來,隨著互聯網技術的普及與推廣,以太網也得到了飛速發展,特別是以太網通訊速率的進步、以太網交換技術的發展,給解決以太網的非確定性題目帶來了新的契機:首先,以太網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絡負荷的減輕和碰撞的減少,也就意味著進步確定性;其次,以太網交換機為連接在其端口上的每個網絡節點提供了獨立的帶寬,連接在同一個交換機上的不同的設備不存在資源的爭奪,這就相當于每個設備獨占一個網段;第三,全雙工技術又為每個設備與交換機端口之間提供了發送與接收的專用通道,因此使不同的以太網設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,以太網成了確定的網絡,從而為它應用于產業自動化控制消除了主要的障礙。

  與其它現場總線或產業通訊網絡相比,以太網具有應用廣泛、本錢低廉、通訊速率高、軟硬件資源豐富、易于與INTERNET連接、可持續發展潛力大等優點,因此,不僅壟斷了工廠綜合自動化的信息治理層網絡,而且在過程監控層網絡也得到了廣泛應用,并有直接向下延伸,應用于產業現場設備層網絡的趨勢。

  從通訊網絡的角度來看,采用扁平式和樹型的網絡結構是以太網的主要結構。在這種結構下,假如能夠實現數據通訊,實在,要求上下所有的硬件采用同樣的操縱系統是不經濟的。比如,在上位機,用于顯示和數據存儲的功能是主要的功能。這時,采用WINDOWS的操縱系統是沒有什么題目。而在底層控制端,則只要采用類似RTOS或VXWORKS這樣的操縱系統會更好,不僅是價格便宜,而且還能夠更可靠地執行實時控制任務。

  目前,PLC之所以能夠在越來越多的場合取得應用,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的結構、內部軟件和硬件的構成特點決定的,同時也是PLC之所以是PLC是不是其它控制系統的標志。而PLC的缺點,則是在處理大量數據包括圖形等方面的運算能力不足的方面。實際上,在產業應用中,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來擔負現場的實時控制任務,而將數據的處理、存儲、顯示等任務通過通訊網絡,傳到其它系統中,由計算機系統來完成,這是解決開放式控制系統的根本方式。也是開放式PLC的設計的思想基礎。

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  開放式plc控制系統將常見也是今后控制系統常用的通訊接口------以太網和串口內置進了PLC的CPU單元,使PLC在保持傳統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議,就可以將這些模塊作為一種專用協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,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網上,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,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備的運行狀況,可以進行遠程診斷和遠程監控,對于生產過程控制、制造過程的信息化、生產過程和治理的優化等都有極大的幫助。

  同時,在傳統的控制功能方面,開放式PLC盡量保存了傳統PLC的優點,如模塊式結構,多種編程語言,嚴格的可靠性設計,甚至是與PLC完全相同的生產產業,這樣,使得原來的PLC用戶在使用開放式PLC的時候并不會產生任何不適應的感覺,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、組態等,完全與傳統的PLC一樣。

  可以預見的是,OpenPLC的出現,必將改變控制系統的格式,尤其是對于現有plc控制系統的制造商來說,將在市場和應用方面產生巨大的沖擊。



標簽:   plc控制系統
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