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工业智能制造大配景下PLC能适应哪些全新的应用

宣布日期：

2021-11-25

随着工业智能制造，工业4.0等看法的不绝推进，PLC也获得越发广泛的应用，近年来PLC的市场生长概况，凭据Frorst &；Sullivan宣布的全球PLC市场报告，有足够的证据证明，PLC市场在所有规模内都呈正增长。在已往的十年中，PLC市场在经受了前些年显著的下降之后，目前又泛起强势反弹，预计到2018年市场将抵达148.5亿美元，比前五年增长40%。令人感应兴奋的是，中小型PLC将在市场增长中起着至关重要的作用。

ARC在2015年8月宣布有关PLC和PAC的市场生长报告，其要点是：PLC与PAC市场在2014年实现扩张。其中特别是中国和北美成为增长引擎。预计该市场在2015和2016年增长前景禁止乐观，主要原因是金砖四国(巴西、俄罗斯、印度、中国)已不再是增长因素。预计目前PLC装机数量达5200万台，其中以微小型PLC占相当数量，预计到2019年将抵达6500万台。其中很大数量在未来5年内都已经到了其生命周期的更后阶段。现有装机PLC的更新换代，将是未来5年内PLC市场增长的一个重要因素。别的，软件和效劳对PLC供应商和更终用户越来越重要。更终用户更多地会要求将硬件完成的功效需求利用软件来实现。PLC相关效劳也变得更重要。为了更专注于自己的焦点竞争力，更有效充分利用工程资源，一些更终用户已经外包了许多PLC相关效劳，如配置、培训和维护。有迹象标明越来越多的用户计划外包他们大部分的维护、培训或备件业务，已经成为趋势。

据美国相关自动化人士在社交网络的讨论，比较集中的意见认为是更终用户推动着市场�；底氨钢圃焐唐甈LC，是因为它使用简单可靠，性价比好。从技术人员的角度剖析，则是掌握PLC的人群远多于掌握PC和PAC的人群。不过，也不可认为PLC会永远坚持其古板的形态。在未来的5年时间内，由于工业物联网的快速普及，以及云效劳逐渐进入工业市场，需要PLC提供直接与MES、ERP等上层治理软件信息系统的接口，PLC系统一定要从硬件和软件上适应新工业革命也即智能制造的需求，不然PLC制造厂商还会遭遇严峻的挑战。

智能制造对PLC功效的新要求

PLC作为设备和装置的控制器，除了古板的逻辑控制、顺序控制、运动控制、宁静控制功效之外，还担负着工业4.0和智能制造付与的以下任务：

1、越来越多的传感器被用来监控情况、设备的健康状态和生产历程的种种参数，这些工业大数据的有效收罗，迫使PLC的I/O由集中装置在机架上，必须转型为漫衍式I/O。

2、种种智能部件普遍接纳嵌入式PLC，或者微小型PLC，尽可能地在现场完成越来越庞大的控制任务。

3、应用软件编程的平台化，进一步生长工程设计的自动化和智能化。

4、大幅提升无缝连通能力，相关的控制参数和设备的状态可直接传输至上位的各个系统和应用软件，甚至送往云端。

概括而言，即满足工业大数据收罗的需求，就地实时自治控制，编程的自动化和智能化，提升无缝的连通能力。

PLC系统作为工业控制主力军的职位会不会因为正在掀起的第四次工业革命而被逐步替代呢?回覆是否定的。同时，这也取决于PLC软硬件技术能否快速的进行适应性的转型和升级。事实上，PLC的软件技术以PLCopen为先导，一直在为满足工业4.0和智能制造日益清晰的要求做准备。图1所表述的是PLCopen历年来所开发的种种规范在工业4.0参考架构模型(RAMI4.0)相应维度和层级中的位置,可以明显地看到，PLCopen国际组织恒久以来为提高自动化效率所做的事情。

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，但也不可否定，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奔腾进展，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的生长，又增进了在PLC的逻辑温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漫衍式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，需要接纳将离散元器件的功效集中于单个芯片中，接纳新型的流线模拟电路等步伐

2、增加I/O�？榈拿芏�。

3、进行良好的散热设计，降低热耗散。

4、突破信息宁静的瓶颈(如何防备黑客攻击、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，更多的功效。

举例来说，选用新型的器件收效显著：为了减小I/O�？榈奶寤�，减少元器件的数量，接纳多通道的并行/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。这样可把须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。

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，实质上的原因必须从其内部去掘客。其中，软件与硬件生长的相辅相成、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，增进了工控编程从语言到工具性平台的开放，同时为工控程序在差别硬件平台间的移植创立了前提条件。

(2)为控制系统建立统一的工程应用软情况打下坚实基础。从应用工程程序设计的治理控制工程网版权所有，到提供逻辑温顺序控制、历程控制、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，IEC61131-3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，以及治理的工具性软件。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效劳的，但纵然在对同一工具进行控制设计和监控，它们却都互不关联。差别的控制需求(如逻辑温顺序控制、运动控制、历程控制等)要用差别的开发软件，在差别的事情阶段(如编程组态、仿真调试、维护治理等)又要用差别的软件。并且往往在使用差别的软件时必须自行界说标签变量(Tags)，而界说变量的规则又往往各取其便，导致对同一物理工具的相同控制变量不可做到统一的、一致的命名。

缺乏公用的数据库和统一的变量命名规则，造成在使用差别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本钱高、效率低下。

工控编程语言是一类专用的盘算机语言，建立在对控制功效和要求的描述和表达的基础上。作为实现控制功效的语言工具，工控编程语言不可能是一成稳定的。其进步一定受到盘算机软件技术和编程语言的生长，以及它所效劳的控制工程在描述和表达控制要求和功效的要领的影响。

可是岂论其如何生长和变革，这些年来的事实标明，它总是在IEC 61131-3标准的基础和框架上展开的。这就告诉我们，IEC61131-3不但仅是工控编程语言的规范，也是编程系统实现架构的基础和参照。

恒久以来PLCopen国际组织注重与许多国际标准化组织和基金会(如ISA、OPC基金会等)相助，开发了基础性的规范。图2对此形象地做了诠释。这些事情都为智能制造和工业4.0的应用和生长做了许多先导性的探索和准备，从而打下了坚实的基础。

多年来PLCopen一直坚持与开放标准化组织相助建立一种开放标准的生态系统。譬如与OPC基金会相助开发的：IEC61131-3的信息模型(2010年5月宣布)，IEC 61131-3 的OPC UA Client FB客户端功效块(2015年3月宣布)，IEC 61131-3的OPC UA Server FB效劳端功效块(2015年3月宣布)。已经乐成地应用于包装行业建立PackML系列规范，大大简化了包装机械与上位生产治理系统的通信。

这些标准拓展了如今广泛运用于盘算技术行业的SOA面向效劳的架构的应用规模，同时也推进了一度落后于盘算技术和软件的自动化系统技术，快速跟上IT技术的进展。

PLC是智能制造和工业物联网的先行官......，更多内容接待与我们探讨。

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