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開放式plc控制系統的概念

2019-03-07 14:38:21 合肥鴻昇自動化科技有限公司 閱讀

  1.plc控制系統應用中產生的開放性需求

  長期以來,制造和制造公司使用的控制系統大多是專用的——封閉式架構,構成系統的硬件是根據各自的標準量身定制的。無論是DCS,PLC還是FCS,雖然它們具有簡單的結構——技術成熟的——產品批量大小等優點,但生產要求相對較快,也越來越暴露其固有的缺點。在許多情況下,當用戶想要擴展或更改功能時,他們必須求助于系統提供商。如果他們想將特殊要求整合到控制系統中,由于其封閉性質,它是不可能的。此外,由于使用專用控制系統,制造商很難轉換控制系統。這樣,它不僅提高了制造企業的資金,而且成為控制系統升級的“瓶頸”。

  市場全球化的后果是競爭空前劇烈,從而要求制造商具有較強的市場適應能力,因而市場對適合中小批量加工,具有良好柔性和多功能性的制造系統的需求已逐步超過對大型單一功能的制造系統的需求。這一趨勢促成了一個新概念的產生,即模塊化、可重構、可擴充的軟硬件系統,這就是開放式控制系統。這一系統不僅能夠快速、經濟地適應新的加工需求,而且為制造廠提供了將其技術與任何第三方的技術或產品進行集成的可能性。

  開放式plc控制系統的概念在80年代就已出現。早在1981年,美國國防部為了減少武備制造對日本控制系統的依靠性,開始了名為“下一代控制器(NGC)”的計劃,并成立了“美國國家制造科學中心(NCMS)”,其主要目的是擬訂并推進關于新一代開放式控制系統的具體分析與規范。作為NGC的后續工作,美國國防部啟動了OASYS項目,其目的是建立并安裝8套控制器,并在6種不同場所對其進行測試。其后有很多相關的研究計劃在世界各國相繼啟動,其中影響較大的有美國的OMAC、歐洲的OSACA和日本的OSEC等計劃。但由于這些計劃的發起者是用戶而不是制造商,因此,進程比較緩慢。

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  2.國際大型plc控制系統制造商的開放路線

  2003年,全球自動化行業的控制系統市場大約為每年100億美元左右,其中99%被傳統的不開放系統所占據。據國際權威機構美國自動化市場研究公司ARC(AUTOMATIONRESEARCHCORP)調查預計,在亞洲,基于PC的控制系統、以太網的I/O模塊等開放式系統的銷售額預計近兩年的增幅達到145%,可見在控制系統市場中,開放系統的增長率遠遠高于傳統的控制系統。

  資金永遠是向高利潤的方向活動的,那么,國際的大型PLC制造商當然不會對這么大的市場坐視不理。但是,分析這些PLC的制造商面對開放性的大趨勢所采取的策略,卻是微妙而饒有趣味的。

  首先,國際大型控制系統固然盡對有能力推出自己的開放式控制系統,但是卻都遲遲按兵不動。什么原因呢?

  幾乎所有的制造商都已熟悉到了開放系統必將是自動化系統的未來。無論是SIEMENS,GE,還是ROCKWELL,還是SCHNEIDR,在他們的新產品樣本中,都可以看到“開放性”的字樣。但是,他們的開放性通常都是在原有的系統上層加上一些接口實現局部的互連和通訊,并非真正意義上的開放。不要說控制器的底層,就是在操縱站這一層,他們在實現與外界通訊方面還存在著重重困難。這種狀況的產生并不是由于他們無法開發出全開放的系統,而是出于其產品戰略考慮,不愿也不能這樣做。以西門子為例,目前,主推的是西門子用了15年時間才開發出來的S7系統,2002年的產業控制產品的銷售額約為140億馬克,假如西門子要推廣新的開放式系統,必然要爭奪現有的S7系統的市場,而新的系統能否為現有的西門子的用戶所接受,還是一個未知數,況且目前其它開放式系統的市場總額才幾億美元,盡管這個市場的增長率較高,但西門子盡對不可能為了總共幾千萬美元且風險極大、競爭能力不強的少量市場而放棄已經現成的數十倍的市場。西門子是這樣,GE、AB都是這樣。

  那么,這些公司對于開放式系統市場是否只能坐視不理、無能為力呢?也不是。目前,各個公司均在考慮用現有的產品組合出形式上的“開放式”系統。如西門子的PCS7和TIA概念,實際上就是用工控機下掛S7的PLC而組成的概念性的系統,宣傳口號是“不僅僅是基于PC的PC控制”,典型地表示了其一方面不想在開放式系統領域落后于他人,同時又不想失往老用戶的復雜情結。GE-FANUC在2000年底推出了HCS,實際上就是用原來的產品FANUC90-30和90-70加上工控機和軟件而組成的概念性的產品,才用了“為用戶量身定做(TAILORED)”的概念,口號是“把DCS和PLC的優點結合起來”;也具有同樣的心理。類似的還有ROCKWELL-AB的CONTROL-LOGIX,都是將原有的專用系統加上“開放”的標簽,半推半就地走上開放式系統市場競爭的舞臺。這些控制系統巨頭的目的都是相同的,那就是既不錯過開放式系統這班航船,又可以將原有的系統盡量多地銷售出往。

  以上分析可以得出結論,在開放式系統的市場競爭的低級階段,國外各大控制系統制造商會迎合發展趨勢推出自己的開放式系統,但是均會以其目前的產品為基礎,在軟件平臺、通訊方面做些裝飾性的工作,而不會真正推出全方位的真正的開放式系統。由于這樣做,對他們現有系統的市場所帶來的損失是他們不愿承受的。

  3.目前開放式plc控制系統開發存在的題目

  目前國際上已有的開放性控制系統從嚴格的角度來看,它們還不具備開放性控制系統的本質特征,仍有很多需要改進之處。

  首先,開放式控制系統的概念不清楚,沒有解決開放控制系統的平臺題目。各系統所采用的體系結構和通訊協議并不一致,還是自成體系,相互之間缺乏兼容性和互換性,而且對體系結構的闡述都只限于具體實現層,沒有進步到理論的、抽象的層次上來,因而各系統軟硬件不具備可移植性和互操縱性。

  其次,沒有充分利用像Windows、UNIX、OS/2等新型操縱系統。軟件開發思想與技術落后,始終處于甚至低于結構化程序設計的水平。沒有充分利用面向對象、軟件重用等軟件工程中的新理論、新技術,而這些正是實現開放性控制系統的關鍵所在。

  此外,產品的升級、更新、修改和維修仍然依靠于生產廠家,沒有提供相應的開發工具和環境,用戶無法把自己的或任何第三方的思想或產品融進到系統中往。

  題目是,目前各大控制系統制造商并非不了解這些題目現狀,而是不愿意進行實質的改進來真正滿足用戶的要求,用戶要求開放式系統的目的是為了實現企業內部的信息活動的無縫化和軟件、硬件的標準化和通用化,目前各廠家所采取的措施充其量是幫助用戶向前邁了一小步,而且用戶必須為此付出高昂的用度,如西門子的S7400僅通訊模件所花的用度就占整個系統的1/3以上,開放式系統應有的性能價格比的進步用戶無法享受到。這種表面的開放性并不能代表真正的開放性,不少專家已盡不客氣地指出了這一點,很多明眼的用戶也熟悉到了這個題目。

  目前,全力致力于真正開放式系統開發的反而是一些新興的相對較小的公司,如美國的OPTO22,SOFTPLC,CONTROLSOFT以及英國的TRANSMITTON等等。這些公司沒有過往的包袱,所開發的產品的市場目標也不存在搶自己飯碗的題目,所以他們可以沒有后顧之憂地宣傳。由于他們的產品是充分考慮了開放性的,今后將成為開放性控制系統的新的新氣力。但目前,這些公司普遍沒有信心對目前的市場領導者所占據的傳統控制系統市場進行全面進攻,一般還是在鉆一些至公司不愿或忽視做的空缺市場,在國際上沒有對現有的市場領導者構成威脅,因此,至公司對這些公司也沒有采取什么對策。

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  值得認真分析的是,經過兩年到三年的時間,開放式系統在目前被市場領導者壟斷的市場中打開了一個缺口后,如占到了10%或20%左右的份額時,那些目前的市場領導者一定會加以重視,由于即使他們自己不往取代老產品,可能別的新興公司也要取而代之了。這時,他們一定會全力反撲,紛紛推出自己的新一代開放式產品。這些至公司的轉向,可以加速用戶對開放性系統的接受進程,更快地推進開放式系統的市場步伐。這時,至公司和小公司在開放性控制系統方面將站在同一個起跑線上,相對公平地從價格、服務、系統集成經驗等各方面來進行競爭,控制系統長期被數家巨頭所壟斷的局面可看在開放式系統普及后被打破。



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