作為工業(yè)自動化的一種典型應(yīng)用,PLC最初是做為取代繼電器線路、進行順序控制為主而產(chǎn)生的,后來PLC廠家逐步增加了模擬量運算、PID功能以及更可靠的工業(yè)抗干擾技術(shù)等功能,并隨著網(wǎng)絡(luò)化的需求增加了各種通信接口,同時伴隨著現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,PLC的應(yīng)用范圍越來越廣泛。
PLC具有眾多優(yōu)點,如功能齊全并不斷提升;應(yīng)用上靈活簡便、維護方便;不斷提高可靠性和抗干擾能力;價格便宜等,這些優(yōu)點是PLC產(chǎn)品能夠持久占有市場的根本原因。
國產(chǎn)控制系統(tǒng)短板突出
當前PLC技術(shù)的應(yīng)用范圍,涵蓋了除大型化工、電力企業(yè)之外的幾乎所有工業(yè)行業(yè)。然而,目前在我國PLC應(yīng)用市場中,幾乎95%以上被外國產(chǎn)品占領(lǐng),本國企業(yè)處于絕對劣勢。
這主要是因為在我國在自控產(chǎn)業(yè)鏈的兩頭——底層的現(xiàn)場儀表(尤其是變送器和執(zhí)行機構(gòu))、上層的綜合自動化軟件基礎(chǔ)最為薄弱。我國自行設(shè)計制造的智能變送器只占國內(nèi)市場的9%。頂層綜合控制軟件能力弱,一方面是因為工控企業(yè)對用戶的工藝特征理解不深刻,經(jīng)驗積累不足,從而制約了頂層集成能力和快速進入細分市場的能力(工控企業(yè)受制于國家關(guān)于設(shè)計企業(yè)資質(zhì)門檻的規(guī)定也是一方面原因)。
此外用戶市場對本國工控技術(shù)/產(chǎn)品的不認同,也制約了自主研發(fā)的工控產(chǎn)品實踐提高的機會?;谏鲜鲈?,國產(chǎn)控制系統(tǒng)難以進入重大工程的關(guān)鍵、核心、主體裝備,這一市場的大部分仍被國外工控系統(tǒng)壟斷。尤其用于廣大離散型工廠自動化的PLC系統(tǒng),情況不容樂觀。
國產(chǎn)PLC崛起的機遇與挑戰(zhàn)
當前制造業(yè)全球化趨勢加劇,PLC的制造也并非勞動密集型,歐美日等國的PLC產(chǎn)品原料制作成本在降低,因此在價格方面,國產(chǎn)PLC并沒有多大優(yōu)勢。在這樣的形勢下,如果還是采取價格競爭的話,可能整個PLC產(chǎn)業(yè)都會失去投資價值,產(chǎn)品的配套服務(wù)也會受到嚴峻的影響,這對用戶來說可能是一場災難。
PLC之所以能夠在眾多的IT產(chǎn)品競爭中長盛不衰,主要還是因為其可靠的穩(wěn)定性。國內(nèi)制造商們在追求成本的同時,也要保持品質(zhì)的優(yōu)良和穩(wěn)定性這兩個基本條件,除此以外,大陸PLC制造商需要做的還有很多。
首先,面對工業(yè)自動化和OEM的逐漸發(fā)展、PLC的應(yīng)用和技術(shù)需求越來越多的現(xiàn)狀,通用性PLC產(chǎn)品已經(jīng)難以滿足多樣化的客戶需求,OEM客戶已經(jīng)不僅僅關(guān)注PLC產(chǎn)品的成本和價格,更注重其企業(yè)形象、PLC與自身核心技術(shù)的完美融合,因此PLC定制化會越來越頻繁地出現(xiàn)在各PLC廠家的市場需求中。
其次用戶對PLC網(wǎng)絡(luò)化的需求也愈發(fā)旺盛。目前國內(nèi)用戶在PLC的使用上,絕大多數(shù)還處于類似單機應(yīng)用的程度,后續(xù)隨著智能制造的發(fā)展,將大大推動傳統(tǒng)自動化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的密切結(jié)合。在現(xiàn)有的傳統(tǒng)應(yīng)用上,隨著智能工廠以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,工廠設(shè)備聯(lián)控、PLC與上位機及其他智能產(chǎn)品的數(shù)據(jù)交互、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等領(lǐng)域,對PLC的技術(shù)發(fā)展提出了新的要求,這是新的機遇同時也是極大的挑戰(zhàn)。這要求PLC產(chǎn)品在維持高性價比的前提下,具備超強的環(huán)境適應(yīng)能力、穩(wěn)定可靠,并且能夠簡便地接入各種網(wǎng)絡(luò),充分發(fā)揮PLC產(chǎn)品在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交互方面的作用。
在服務(wù)方面,國內(nèi)PLC制造商需要根據(jù)用戶的要求量身定做,實現(xiàn)專門化的服務(wù)策略。對于用戶來說,需求都有專門化,特別是裝備制造商,對電控的成本尤為重視,根據(jù)客戶的需求進行量身定做,不僅可以降低產(chǎn)品成本,也可以讓用戶感受到獨有的服務(wù)。而在售前服務(wù)方面,本土制造商可以對用戶的PLC、人機界面、變頻器乃至低壓電器進行全方位的咨詢和配套服務(wù),提供一體化的產(chǎn)品和一站式的服務(wù),發(fā)揮自己的本土優(yōu)勢。
PLC未來發(fā)展方向
緊扣用戶需求的基礎(chǔ)上,我們還必須對PLC未來的發(fā)展趨勢有深入了解。
首先是PLC操作向簡易化方向發(fā)展。目前PLC推廣的難度之一就是復雜的編程使得用戶望而卻步,而且不同廠商PLC所有編程的語言也不盡相同,用戶往往需要掌握更多種編程語言,難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程序設(shè)計中的難點,用普通的方法對它們編程時,需要熟悉有關(guān)的特殊存儲器的意義,在編程時對它們賦值,運行時通過訪問它們來實現(xiàn)對應(yīng)的功能。
這些程序往往還與中斷有關(guān),編程的過程既繁瑣又容易出錯,阻礙了PLC的進一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡化對復雜任務(wù)的編程,在這一點上西門子就充當了先行者,西門子S7-200的編程軟件設(shè)計了大量的編程向?qū)?,只需要在對話框中輸入一些參?shù),就可以自動生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序,大大方便了用戶的使用.
二是PLC向高性能小型化方向發(fā)展,PLC的功能正越來越豐富,而體積則越來越小。比如三菱的FX-IS系列PLC,最小的機種,體積僅為60×90×75mm,相當于一個繼電器,但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力,還具有可調(diào)電位器時間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進行開關(guān)量邏輯運算的產(chǎn)品了,而是具有越來越強的模擬量處理能力,以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力,如浮點數(shù)運算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進驅(qū)動、報表統(tǒng)計等。從這種意義上說,PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別越來越小了,用PLC同樣可以構(gòu)成一個過程控制系統(tǒng)。
三是PLC網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展。其中有兩個趨勢:一方面,PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng),而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展,各大品牌PLC除形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、完成設(shè)備控制任務(wù)之外,還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)信息交流,成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分。
另一方面,現(xiàn)場總線技術(shù)得到廣泛的采用,PLC與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設(shè)備,比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等,通過一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線、同軸電纜、光纜)鏈接起來,并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息,由此構(gòu)成一個現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠程網(wǎng)絡(luò)相比,配置更靈活,擴展更方便,造價更低,性能價格比更好,也更具開放意義。
四是嵌入式PLC具有很大的發(fā)展空間。嵌入式PLC的發(fā)展也呈現(xiàn)多元化,國內(nèi)外均有良好表現(xiàn):德國赫優(yōu)訊推出的將現(xiàn)場總線技術(shù)和PLC技術(shù)結(jié)合的netPLC很有特色;國內(nèi)幾年前就有華中科技大學在EASYCORE1.00核心芯片組中加載了嵌入式PLC系統(tǒng)軟件,作為硬件平臺,開發(fā)了多模人通道的嵌入式PLC;還有一種發(fā)展路徑是以開發(fā)PLC與人機界面相結(jié)合的硬件/軟件一體化為目標的平臺,充分利用了CASE工具,結(jié)合各類嵌入式芯片的開發(fā)平臺和各種輸入/輸出通道的硬件電路庫,專為機電設(shè)備開發(fā)客制化、具有ODM性質(zhì)的專用PLC。
在我國嵌入式PLC的發(fā)展空間,首先在于它十分有利于發(fā)揮我國自動化行業(yè)發(fā)展的兩大特點:有相當雄厚的為機電設(shè)備配套的市場基礎(chǔ),并擁有足夠的、性價比全球最優(yōu)的設(shè)計開發(fā)隊伍。我們完全可以以最低的成本、較高的質(zhì)量,并按客制化的要求設(shè)計、生產(chǎn)為機電設(shè)備配套的嵌入式PLC,來代替通用PLC。
同時,嵌入式PLC的硬件、軟件、人機界面、通信等各方面的功能設(shè)計靈活,易于剪裁,更貼近各種檔次的機電設(shè)備的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ),拿來就可用。SOC芯片、嵌入式操作系統(tǒng)與符合IEC61131-3編程語言標準的編程環(huán)境等優(yōu)勢,使得其在市場上很容易找到。