大佬帶你認識可編程控制器，可編程控制器發(fā)展趨勢介紹(下篇)

對于可編程控制器，大家也并不陌生。往期文章中，小編對可編程控制器的基本知識等內(nèi)容均有所介紹。本文是可編程控制器發(fā)展趨勢的終篇，主要在于介紹OpenPLC可編程控制器。如果你對可編程控制器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、真正開放的PLC——OpenPLC

1.OpenPLC概念的由來

OpenPLC的概念也是在實際的工業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生的。1995年，在中國的馬鞍山鋼鐵公司的動力調(diào)度中心，面臨一個問題，動力調(diào)度中心要監(jiān)控馬鋼來自發(fā)電廠、水廠、煤氣廠和動力廠(負責(zé)電力輸送)的各類能源和動力信號，但這四個數(shù)據(jù)來源，包括這些能源與動力的輸送的管網(wǎng)所涉及的上百個變電所、增壓站和泵站的自身的控制系統(tǒng)是不兼容的，有的還是專用系統(tǒng)，不僅沒有協(xié)議，連開發(fā)人都已經(jīng)無法找到。除了通訊不兼容外，連這幾個系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)也大相徑庭，電廠是類似于DCS的結(jié)構(gòu)，水廠和氣廠是PLC結(jié)構(gòu)，動力廠是SCADA結(jié)構(gòu)，對集成人員理解系統(tǒng)也形成了較大的困難。該項目最后雖然沒有用OpenPLC解決(當(dāng)時還沒有)，但該項目的需求導(dǎo)致了OpenPLC的誕生。

針對過程控制和離散制造業(yè)普遍存在的，各類控制要求不同的系統(tǒng)的互連的問題，本文作者提出了設(shè)計一個新型的開放式控制系統(tǒng)的構(gòu)想。因為該系統(tǒng)的目的是要盡可能地適用各類不同的應(yīng)用場合，因此，定名為開放式可編程控制系統(tǒng)，而英文則是OpenProgrammableLogicController，縮寫為OpenPLC。該系統(tǒng)從1995年開始構(gòu)思，到1997年基本明確設(shè)計思想，幾條主要的設(shè)計原則如下：

① OpenPLC應(yīng)該是一種以PC技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，尤其是在能夠發(fā)揮出PC特色的場合(如網(wǎng)絡(luò)，與外界的連接，優(yōu)化，專家系統(tǒng)，操作界面，數(shù)據(jù)監(jiān)測，文件記錄和打印等)，工作由以PC為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來承擔(dān);

② 在底層，需要高可靠和實時控制時，由分散控制系統(tǒng)承擔(dān)，但它不同于現(xiàn)場總線，它不是基于儀表的系統(tǒng)，而是基于系統(tǒng)的系統(tǒng)，儀表仍是普通儀表，只是將I/O和控制單元放在了現(xiàn)場，傳回中央控制室的是數(shù)字信號，而不是模擬的4—20mA信號，要求原來的儀表仍然可用;

③ 在I/O點較集中的場合，可以采用類似于DCS或PLC的機柜或機架，內(nèi)部模塊用總線或網(wǎng)絡(luò)連接，整個系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的可靠性，同時有較好的兼容性和開放性;

④ 系統(tǒng)應(yīng)該具有真正的分布性，前端可集中，也可以延續(xù)幾百米、幾公里甚至幾千公里(在地球的另一端)，為此，系統(tǒng)必須具備與TCP/IP兼容的協(xié)議和WEB服務(wù)器;

⑤ 規(guī)模也可以從小至幾十點，大至幾千點甚至幾十萬點。系統(tǒng)I/O規(guī)模的增加不應(yīng)該導(dǎo)致系統(tǒng)的大的改變。

OpenPLC的概念的創(chuàng)始人建立了德維森公司，當(dāng)時公司很小，沒有開發(fā)硬件和軟件的實力;因此他們采取了OEM的方式，也就是利用國際上其它公司的合適的軟件和硬件來實現(xiàn)OpenPLC的系統(tǒng)理念。所幸，這時國際上也開始興起了開放式系統(tǒng)的浪潮，涌現(xiàn)出了一批熱衷于開放式系統(tǒng)的公司(但沒有一家是有名氣的大公司)。該系統(tǒng)一開始曾經(jīng)受過日本橫河公司的CENTUMCS的概念的啟發(fā)，也考慮了ROSEMOUNT的DELTA-V的現(xiàn)場總線與PC-BASED的合一的開放概念，也參考過美國OPTO22的SNAPI/O系統(tǒng)的帶有以太網(wǎng)接口的I/O模塊，但上述系統(tǒng)的昂貴的價格使得OpenPLC不得不尋求更新的價格。最終，對OpenPLC影響最大的，是美國SOFTPLC的概念，OpenPLC的研究小組希望將SOFTPLC的概念成功在更廣的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，為了擺脫SOFTPLC的品牌關(guān)聯(lián)，當(dāng)時決定以柔性控制系統(tǒng)TCS(Tailored Control System)的名稱形成了開放式可編程控制系統(tǒng)的前身系統(tǒng)。

第一套TCS的誕生所采用的是臺灣盟立自動化公司生產(chǎn)的FAMA的PLC的硬件，但在通訊方面做了加強。1998年，盟立公司準(zhǔn)備打入大陸市場，在廣州自動化展覽會上，德維森公司發(fā)現(xiàn)盟立的硬件結(jié)構(gòu)比較適合實現(xiàn)柔性控制系統(tǒng)的理念，與盟立公司達成了OEM的協(xié)議。但在系統(tǒng)構(gòu)架和市場推廣應(yīng)用方面，OpenPLC對系統(tǒng)進行了重新設(shè)計。

TCS的第一個實際應(yīng)用是馬鋼第一煉鐵廠的高爐監(jiān)控系統(tǒng)，該套系統(tǒng)實際上是一個過程控制系統(tǒng)，但又加入了過程燃燒優(yōu)化和專家系統(tǒng)，同時，高爐的所有數(shù)據(jù)都在第一時間通過LAN和WEBSERVER送到了生產(chǎn)調(diào)度和廠長辦公室等管理部門，形成了信息化制造系統(tǒng)的雛形。隨后，隨著TCS在云南個舊化肥廠、攀鋼熱電廠、邯鄲鋼鐵廠、深圳高科豫電廠、水廠等行業(yè)的應(yīng)用，確立了在連續(xù)流程中作為過程控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。2001年，OpenPLC在廣東中山彎管機上實現(xiàn)了與機械的NC技術(shù)和運動控制技術(shù)的結(jié)合，進入了CAM應(yīng)用領(lǐng)域。

因為TCS的概念的先進性和實用性，中國儀器儀表學(xué)會于2000年8月對該系統(tǒng)進行了專家鑒定和評審，會議由中國的原子彈和氫彈元勛、中國政府高技術(shù)863計劃的倡議人、中國科學(xué)院和中國工程院兩院院士楊嘉墀主持，系統(tǒng)被認為具有國際先進水平，隨后，在2001和2002年，TCS獲得廣東省和深圳市科學(xué)技術(shù)進步一等獎。

與此同時，OpenPLC的研究小組認為TCS的概念仍然太過籠統(tǒng)，并且試圖用一種系統(tǒng)涵蓋所有的應(yīng)用的想法有些不切實際。因此，重新審視OpenPLC的概念，認為開始以開放式PLC的概念從PLC的產(chǎn)品向其它控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域延伸是比較好的想法。隨后成立的加拿大在線控制有限公司和中國的合控電氣(深圳)有限公司繼續(xù)在OpenPLC這個概念上研發(fā)，新一代的OpenPLC產(chǎn)品于2003年底終于重新面世。隨后，OpenPLC在數(shù)控切割機、注塑機、機車監(jiān)控系統(tǒng)、污水處理設(shè)備的應(yīng)用，開辟了在機械OEM系統(tǒng)等離散制造業(yè)中的應(yīng)用。

2004年，OpenPLC在加拿大阿爾伯達省的LANDPETROLEUM公司的一個天然氣處理廠和天然氣田作為SCADA系統(tǒng)得到應(yīng)用。該系統(tǒng)除了通過無線數(shù)字電臺將井口的數(shù)據(jù)傳到氣處理廠的中央控制室外(這是標(biāo)準(zhǔn)的SCADA系統(tǒng)的功能)，另外增加了兩個引人注目的功能，一個是將所有的數(shù)據(jù)通過北美移動公司的網(wǎng)絡(luò)上連互聯(lián)網(wǎng)，使油田的業(yè)主在300公里外的卡加利總部可以看到一分鐘以前的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，不僅可以了解氣田的實時銷售狀況，也便于總部的工程師隨時了解井口和廠區(qū)的狀況，對生產(chǎn)情況進行診斷;另一個是在井口的控制器中，結(jié)合采油增產(chǎn)工藝對栓塞式增產(chǎn)工藝進行了控制，將增產(chǎn)工藝成功地以軟件功能塊的方式存儲在OpenPLC的井口生產(chǎn)控制器中，達到了增產(chǎn)20%的效果。該套系統(tǒng)的成功使用，標(biāo)志著OpenPLC作為E-PRODUCTION的基礎(chǔ)系統(tǒng)得到了實踐的驗證。同年，OpenPLC在美國通用汽車的別克轎車的大燈開關(guān)的壽命測試儀上進行投入使用，該項目由美國EMERSON公司在深圳的工廠招標(biāo)采用，考慮到世界第一臺PLC就是通用汽車使用的，這一臺OpenPLC在通用汽車的開關(guān)生產(chǎn)線的測試設(shè)備上使用，也具有特殊的意義。

2.OpenPLC的技術(shù)優(yōu)勢

① 傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放帶來的不便

目前，市場上的PLC產(chǎn)品基本上由十幾家公司占據(jù)，這些公司大部分是著名的跨國公司，包括SIEMENS、ROCKWELL、GE、三菱、SCHNEIDER、ABB、KOYO等等。目前，幾乎所有的系統(tǒng)都是由原廠家開發(fā)的不兼容系統(tǒng)，當(dāng)初都是由其各自獨立按自己的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)出來的，互相之間不能互連。雖然最近各廠家都開發(fā)了通訊模件，但都價格昂貴，而且與外界的通訊由于各種原因都未做到完全通暢。許多制造業(yè)用戶特別是大型企業(yè)為了避免過分依賴一家系統(tǒng)提供商而形成的商業(yè)和技術(shù)風(fēng)險，通常會同時采用幾家不同的控制系統(tǒng)。而傳統(tǒng)系統(tǒng)的不開放和不兼容令企業(yè)難以充分利用自動化技術(shù)，對企業(yè)內(nèi)部的系統(tǒng)集成、系統(tǒng)升級和管理帶來了極大的困難。如何將控制系統(tǒng)互連以及與ERP和MES系統(tǒng)相連，形成由生產(chǎn)過程的最低層生產(chǎn)現(xiàn)場到管理決策人員的無縫的雙向信息流，是許多企業(yè)自動化和信息人員以及領(lǐng)導(dǎo)層關(guān)心的問題，而對于這個問題，傳統(tǒng)的封閉式的控制系統(tǒng)是無法解決的。

此外，各廠家的PLC系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)、控制指令、通信標(biāo)準(zhǔn)都不能共用，這樣，一旦用戶購買了某一種專用系統(tǒng)，就被迫繼續(xù)采用，因為當(dāng)他們由于某些原因想改換PLC時，工程師不得不學(xué)習(xí)另外的新的編程語言。這是為什么要指定IEC61131-3，為所有的可編程控制器訂立編程語言標(biāo)準(zhǔn)的原因。專用系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、工程、維護都需要專門進行，造成其生產(chǎn)成本以及售價都居高不下。

今天制造企業(yè)對自動化系統(tǒng)的維護升級等技術(shù)支持的要求很高，同時要求系統(tǒng)供應(yīng)商了解工廠的制造工藝，并需要一個專業(yè)的技術(shù)支持，對制造專用系統(tǒng)的公司來說，在一個區(qū)域性市場要保持一支經(jīng)過良好訓(xùn)練的維護隊伍成本很高，這個原因?qū)е铝丝刂葡到y(tǒng)的技術(shù)服務(wù)難以令人滿意，即使有服務(wù)，其備件和人工費也都很昂貴。由于系統(tǒng)是專用的，用戶對這種狀況沒有其它選擇。大家知道，設(shè)備所造成的停產(chǎn)代價是非常之大的，而且現(xiàn)代工廠需要對生產(chǎn)過程不斷進行調(diào)節(jié)，因此制造企業(yè)迫切需要一個高靈活性的、兼容能力強、低成本、可靠并具有強大的通信能力的系統(tǒng)和良好的技術(shù)支援服務(wù)，傳統(tǒng)的PLC公司在解決這方面的問題上尚未做到令人滿意。

② OpenPLC的開放性給用戶的好處

OpenPLC就是因應(yīng)這種需求而產(chǎn)生的一種開放式的控制系統(tǒng)平臺，其長處在于具有開放性和通用性的特點，它并非專為某一個或兩個行業(yè)所設(shè)計的，而是可以適合許許多多不同的行業(yè)，并應(yīng)用在不同的場合。而且，由于它所具有的開放性特點，還可以和目前的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)混合使用，并不斷地升級和延伸，因此受到市場的歡迎。

OpenPLC的自動化平臺也是最徹底的開放式方案，國際上的各大競爭對手雖然也推出了開放式系統(tǒng)的概念，但通常都是在原有的系統(tǒng)上層加上一些接口，實現(xiàn)局部的互連和通信，并非真正意義上的開放;而OpenPLC把PC兼容的技術(shù)引入到現(xiàn)場控制器內(nèi)部，系統(tǒng)采用WINTEL芯片和軟件結(jié)構(gòu)，通訊采用全球通用的Ethernet協(xié)議TCP/IP作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和現(xiàn)場控制總線協(xié)議，并且內(nèi)部可以內(nèi)置Web-Server因此具有很大的競爭優(yōu)勢。用戶還可以通過互聯(lián)網(wǎng)或公司內(nèi)部的Intranet網(wǎng)絡(luò)來訪問任何現(xiàn)場數(shù)據(jù)并實行控制，反過來，供應(yīng)商也可以通過Internet對用戶的系統(tǒng)進行遠程診斷，從而實現(xiàn)全天候的低成本的24小時的技術(shù)支持服務(wù)。

OpenPLC的特點是開放性，是將電子、通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)(IT)方面的國際最新技術(shù)成果在自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，全球的IT業(yè)都有一個標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢，也就是任何一家公司只要按照標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計產(chǎn)品，都可以和世界上任何一家大公司的產(chǎn)品兼容或競爭。所以有關(guān)的技術(shù)目前在國際各種媒體包括互聯(lián)網(wǎng)上可以方便地得到，這就使OpenPLC的制造商和系統(tǒng)集成商可以借助國際上所有的IT行業(yè)的最新成果，包括INTEL、MICROSOFT、IBM等國際眾多巨型公司的技術(shù)和力量來和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的專業(yè)公司抗衡，相當(dāng)于是借助了全球IT行業(yè)的技術(shù)力量來進行產(chǎn)品的開發(fā)。同時，這些技術(shù)雖然是通信、電腦、網(wǎng)絡(luò)、軟件等行業(yè)的通用技術(shù)，但也并不是可以直接用在自動化行業(yè)的，必須對之進行加工、改造，尤其是在抗干擾和可靠性方面以及如何適應(yīng)工業(yè)控制的具體情況等方面進行大量細致的工作。

另外，通過采用通用的產(chǎn)品與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使OpenPLC的制造商可以低成本地利用標(biāo)準(zhǔn)器件和現(xiàn)有技術(shù)，如大量的通用軟件如通訊軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件、圖形軟件、數(shù)據(jù)庫軟件使開發(fā)成本大大降低，研發(fā)周期大大縮短，所用的元器件也由于是與主流技術(shù)兼容的產(chǎn)品而可以低成本方便地得到。使OpenPLC可以做到在價格比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的價格低三到五成的情況下仍然能夠保證較高的邊際利潤。OpenPLC由于其所具有的開放性和靈活的通訊特點，可以構(gòu)成足以令人眼花繚亂的各種各樣的控制系統(tǒng)，但是，OpenPLC的基本單元是十分簡單的。除了前述的開放性特點之外，OpenPLC還有一個最為重要的特點，那就是簡單。簡單就是美，OpenPLC所有的解決方案，從設(shè)計到應(yīng)用，從軟件到硬件，從集成到組態(tài)，處處都體現(xiàn)出“簡單”的特點。

二、結(jié)語

PLC的未來發(fā)展不僅取決于產(chǎn)品本身的發(fā)展，還取決于PLC與其它控制系統(tǒng)和工廠管理設(shè)備的集成情況。PLC通過網(wǎng)絡(luò)，被集成到計算機集成制造(CIM)系統(tǒng)中，把他們的功能和資源與數(shù)控技術(shù)、機器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、個人計算機系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)以及分層軟件系統(tǒng)結(jié)合起來，在工廠的未來發(fā)展中，將占據(jù)重要的地位。

新的PLC的技術(shù)進展包括：更好的操作員界面，圖形用戶界面(GUI)，人機界面;也包括與設(shè)備、硬件和軟件的接口;并支持人工智能，比如邏輯I/O系統(tǒng)等。

軟件進展將采用廣泛使用的通訊標(biāo)準(zhǔn)提供不同設(shè)備的連接，新的PLC指令將立足于增加PLC的智能性，基于知識的學(xué)習(xí)型的指令也將逐步被引入，以增加系統(tǒng)的能力。

用戶對于柔性制造系統(tǒng)的需求將決定未來的控制哲學(xué)?？梢钥隙ǖ氖牵磥淼墓S自動化中，PLC將肯定占據(jù)重要的地位，控制策略將被智能地分布開來，而不是集中，超級PLC將在需要復(fù)雜運算、網(wǎng)絡(luò)通信和對小型PLC和機器控制器的監(jiān)控的應(yīng)用中獲得使用。

所有上述的發(fā)展，都取決于一個因素：PLC的開放性。只有開放了，PLC才能與其它控制系統(tǒng)集成;只有開放了，PLC才能與CIM、機器人、CAD/CAM、個人計算機、MIS結(jié)合，在工廠的未來發(fā)展中占有重要地位;只有開放了，PLC才可能發(fā)展更好的人機界面，才能與其它設(shè)備具備更靈活的接口;只有開放了，PLC才能適應(yīng)更多的通訊標(biāo)準(zhǔn);只有開放了，才能采用更多、更復(fù)雜的控制策略。

以上便是此次小編帶來的“可編程控制器”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對OpenPLC具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!