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plc控制系统如何能够更加开放

2019-03-07 14:43:16 合肥鸿昇自动化科技有限公司 阅读

plc控制系统如何能够更加开放?

  1.PLC在竞争中的兴起

  

plc控制系统的角度来看,已经出现了各种控制系统的集成。但仔细分析将揭示plc控制系统在这些控制系统中是一个相对独特的类。在现代控制系统中,PLC是早期的工业控制器。每个新的控制器都可以替代PLC,从DCS到工业计算机,现场总线,再到嵌入式控制系统。这种情况的发生是由于早期PLC缺乏开放造成的,但另一方面,也是由于PLC在工业控制领域的大比例造成的。但随着技术和应用的发展,随着新技术的日益普及,plc控制系统不会逐渐被任何新系统取代,而是逐渐侵蚀其他控制系统的市场。


例如,在过程工业中,DCS一直占主导地位,但现在,在中小型工业装置中,相当多的控制系统已被PLC系统所取代。即使在大型系统中,所有类型的DCS现在都面临着高端PLC的威胁。造成这种现象的原因在于,一方面,由于PLC技术的不断发展,DCS过去垄断的一些复杂控制功能基本上都可以在PLC中使用;第二个是由PLC操作的简单性决定的;重要的是PLC的价格和成本是DCS系统无法比拟的。


在低端设备中,例如许多工业设备的控制器,过去是由MCU开发系统控制的,现在越来越多地被PLC取代。在材料成本方面,PLC的成本高于单片机。但是,由于PLC的编程灵活性,用户在开发新型号时无需为新型号开发新的微控制器控制器。只需在PLC软件上更改程序,即可大大降低用户的开发成本。因此,越来越多的机械逐渐放弃了原有的专用控制器,并切换到PLC作为机械设备的主控制器。在使用大量工业计算机系统的情况下,工业计算机越来越多地被PLC取代,并且工业计算机逐渐从实时控制返回到仅控制站的水平。而且,它逐渐发现,加入PLC的IPC结构提供了出色的控制性能,成本低,便于操作。因此,逐渐开始在越来越多的地方采用。可以说,工业计算机的诞生不仅没有降低PLC的份额,而且因为工业计算机的计算功能——图形处理能力和数据存储容量弥补了PLC的不足,而且可靠性高。 PLC极大地弥补了工业计算机的弱点,因此工业计算机的诞生极大地促进了PLC在更多场合的应用。


同样,在离散制造中,PLC作为设备控制和数据采集的便捷设备,为实现ERP和CIMS系统时的实时数据采集——处理和传输提供了无与伦比的便利。目前,无论是CNC——机械还是传输——物流等行业,PLC都是控制系统和数据采集系统的首选。


因此,至少从现在开始,plc控制系统在各种控制系统的竞争中逐渐占据上风。但是,随着激烈的竞争,PLC也面临着发展的瓶颈,即各种系统都不开放或开放。

plc控制系统.jpg

  2.产业以太网——真正开放的现场控制网络

  从根本上来说,开放式控制系统要具备:采用从操纵系统到通讯协议都是通用的系统。目前,操纵系统实在只有WINDOWS、UNIX等少数几种,而通讯总线题目,则没有什么疑义。在工控界争论不休的题目,在计算机界早就停息了。事实上,用户们早已作出了选择,那就是:以太网总线,它占了全球所有计算机通讯总线的96%!而其余所有的总线只占了不到4%。因此,产业界所有的总线向以太网的方向靠拢,是不以人们的意志为转移的。

  众所周知,以太网初是为办公自动化设计的,因此没有考虑到产业自动化应用的一些要求。特别是,它采用的CSMA/CD介质访问控制机制,具有通讯延时不确定的缺点,不能满足产业自动化控制的实时通讯需求。因此,在20世纪90年代以前,很少有人将以太网应用于产业自动化领域。

  近几年来,随着互联网技术的普及与推广,以太网也得到了飞速发展,特别是以太网通讯速率的进步、以太网交换技术的发展,给解决以太网的非确定性题目带来了新的契机:首先,以太网的通讯速率一再进步,从10Mbps,到100Mbps甚至到10Gbps,在相同通讯量的情况下,通讯速率的进步意味着网络负荷的减轻和碰撞的减少,也就意味着进步确定性;其次,以太网交换机为连接在其端口上的每个网络节点提供了独立的带宽,连接在同一个交换机上的不同的设备不存在资源的争夺,这就相当于每个设备独占一个网段;第三,全双工技术又为每个设备与交换机端口之间提供了发送与接收的专用通道,因此使不同的以太网设备之间的冲突大大降低(半双工交换式)或完全避免(全双工交换式)。因此,以太网成了确定的网络,从而为它应用于产业自动化控制消除了主要的障碍。

  与其它现场总线或产业通讯网络相比,以太网具有应用广泛、本钱低廉、通讯速率高、软硬件资源丰富、易于与INTERNET连接、可持续发展潜力大等优点,因此,不仅垄断了工厂综合自动化的信息治理层网络,而且在过程监控层网络也得到了广泛应用,并有直接向下延伸,应用于产业现场设备层网络的趋势。

  从通讯网络的角度来看,采用扁平式和树型的网络结构是以太网的主要结构。在这种结构下,假如能够实现数据通讯,实在,要求上下所有的硬件采用同样的操纵系统是不经济的。比如,在上位机,用于显示和数据存储的功能是主要的功能。这时,采用WINDOWS的操纵系统是没有什么题目。而在底层控制端,则只要采用类似RTOS或VXWORKS这样的操纵系统会更好,不仅是价格便宜,而且还能够更可靠地执行实时控制任务。

  目前,PLC之所以能够在越来越多的场合取得应用,同前面所提到的PLC的特点是分不开的。这些特点就是:可靠性,易操纵性,和灵活性。这些特点是PLC必须要保存的。这些特点的形成,是由PLC的结构、内部软件和硬件的构成特点决定的,同时也是PLC之所以是PLC是不是其它控制系统的标志。而PLC的缺点,则是在处理大量数据包括图形等方面的运算能力不足的方面。实际上,在产业应用中,需要实时控制而同时又需要处理大量信息的场合固然存在,但并未几见。因此,只要能解决PLC的通讯题目,可以让PLC来担负现场的实时控制任务,而将数据的处理、存储、显示等任务通过通讯网络,传到其它系统中,由计算机系统来完成,这是解决开放式控制系统的根本方式。也是开放式PLC的设计的思想基础。

plc控制系统.jpg

  开放式plc控制系统将常见也是今后控制系统常用的通讯接口------以太网和串口内置进了PLC的CPU单元,使PLC在保持传统各种可靠功能的同时,可以低本钱地具备通讯的功能。而且,专门开发了灵活而方便的通讯模块,用这些通讯模块,只要简单地输进各类协议,就可以将这些模块作为一种专用协议的控制模块来使用,而价格十分低廉。同时,更令人惊异的是,在OpenPLC内部,还具有JAVA功能,和WebServer功能,也就是说,即使不用上位机,OpenPLC可以将PLC的状态,包括故障报警信息和事件处理信息通过通讯模块自动传送到互联网上,用户可以通过电子邮件的方式来接收这些信息,也可以通过移动通讯系统,利用手机的短信方式来接收这些信息,甚至可以通过GPRS、CDMA等先进的通讯方式来进行控制信息的跨越时空的通讯。这些通讯,使用户可以及时地了解到设备的运行状况,可以进行远程诊断和远程监控,对于生产过程控制、制造过程的信息化、生产过程和治理的优化等都有极大的帮助。

  同时,在传统的控制功能方面,开放式PLC尽量保存了传统PLC的优点,如模块式结构,多种编程语言,严格的可靠性设计,甚至是与PLC完全相同的生产产业,这样,使得原来的PLC用户在使用开放式PLC的时候并不会产生任何不适应的感觉,除了上面所提到的一些新的功能外,其它的方面,如选型、编程、组态等,完全与传统的PLC一样。

  可以预见的是,OpenPLC的出现,必将改变控制系统的格式,尤其是对于现有plc控制系统的制造商来说,将在市场和应用方面产生巨大的冲击。



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