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智能PLC破茧成蝶的障碍与挑战

宏观视点

智能PLC破茧成蝶的障碍与挑战

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【摘要】:

智能PLC破茧成蝶的障碍与挑战

 

PLC是工业在3.0时代的产物,经过50多年的发展,技术不断推陈出新,产品种类不断丰富。作为控制工业生产系统的大脑,PLC的出现取代了之前控制大功率设备的继电器,节省制造设备空间、降低电量消耗,减少工程师设备维护的工作量。

当前,工业制造向4.0过渡,制造企业需要完成转型升级,一方面要提升制造设备的自动化水平,另一方面,在工控技术基础上融合互联网技术。借助消费数据,优化供应链管理,合理规划工厂制造生产。为此,在工业自动化方面,PLC作为“大脑”,在新一轮产业变革中的作用非常重要。

今天的PLC已不是传统PLC

简单来说,PLC是专用于工业控制的计算机,使用可编程存储器存储指令,执行逻辑、顺序、计时、计算等功能,并通过模拟或数学I/O组建,控制各种机械生产过程的装置。其中,CPU又是PLC的大脑,执行用户程序、汇总、分析、处理从其他模块采集到的万博官网手机版网页登陆。

智能工厂具有全面感知、优化决策、精准执行,实现自主业务管理和制造作业等特点。要实现智能制造,多功能、高性能的工业控制器不可缺位。以往的工业现场,同一台设备、工艺段、产线,可能是多个控制器,例如工业机器人平台,是机器人控制器+PLC、柔性加工单元为CNC+PLC。未来的智能工厂,需要将所有单元的控制,由一台“大脑”控制。

来自贝加莱大中华区总裁肖维荣博士,曾在网络公开课中提出,今天的PLC已经不是传统的PLC。他指出,传统的PLC在执行多个任务时,是从逐个任务执行,周而复始的。而贝加莱新一代PLC,在一个项目多个任务基础上,系统分成多个任务等级,每个任务对应一个周期,按照周期长短设置优先等级。

从中可以看出,新的PLC不是简单执行逻辑任务,而是能够处理生产线中更加复杂的工艺。在遇到紧急事件中,新一代PLC的多任务处理功能,不至于像传统PLC那样采取中断处理。换句话说,就是如今工业生产系统大脑,需要一款智能化程度极高的PLC。

也有业内人士指出,如今的大型PLC系统本身已是一个基于现场总线和局域网的分布式计算系统,而支撑云模式分布式计算系统的相关技术应用于工业控制领域,将带来工业控制系统体系结构、技术架构、产品形式、应用方式的革命性变革。制造转向“智”造过程中,PLC领域需要研究课题仍然很多。

怎样的PLC才能符合工业4.0的要求?

工业4.0大背景下,工厂网络从封闭的局域网,走向与外部互联互通,那么对PLC的通信模式也需要改变。PLC的通信系统可以通过ProfiNet、CC-Link、DeviceNet等组网构成更加复杂的控制系统,但是许多PLC与智能工厂所需条码扫描器、RFID阅读器、传感器、工业像机等设备不相匹配。智能制造的前提是采集数据,工厂的物资管理、设备管理等数据都要融入MES系统中,这样才能为企业生产制造,物流仓储、营销管理实现全面的数字化提供更强大的硬件基础。

由此看出,研发一台符合工业4.0要求的PLC,存在着许多挑战,等待研发人士攻克。

首先,需要处理庞大的生产数据和日益复杂的算法。智能制造下,PLC需要存储更多生产数据是必然的。一方面,消费终端对产品的个性化以及品质要求在提高,工厂需要提高生产的工艺水平、以及降低制造成本。为此,底层控制系统需要处理规模庞大的生产数据和逻辑关系;另一方面,为了处理大量生产数据,对PLC硬件背后的算法,提供更高要求。编写一套好的算法,是存在一定的技术门槛。

其次,配套编程软件设计的简洁性。消费者对产品要求提高了,工厂生产复杂程度肯定会提升。需要PLC完成PID控制、网络通信、高速计算器、位置控制、数据记录、文本显示等功能。这就意味着编程难度在不断增加。并且,市面上不同品牌的PLC编程语言有异,工程师需要掌握多种编程语言。从终端的采购角度来说,工程师能够做到一次学习、到处使用,减少企业在人员培训、技术咨询、系统调试和软件维护方面的成本,才是一款实用的PLC产品。

再次,对下游具体应用场景的工程师操作习惯的理解。在PLC实用上,用户会碰到所谓的日系、德系之分,两者在软件编程使用上各有千秋。由于PLC是软件与硬件相结合的产品,不同的应用场景需要对PLC的软件做相应调整。此外,不同应用场景,会衍生出工程师操作习惯不同。反过来,需要PLC供应商针对下游具体行业,工程师操作习惯问题,对通用PLC软件进行重构。无论任何行业,新的制造环境下,PLC的软件编程都是趋向于简单易操作。

国内PLC市场竞争格局

我国是名副其实的世界最大加工厂,自然PLC的使用量也巨大。在国内PLC市场中,以欧美和日系为主。

欧美品牌方面,以西门子、罗克韦尔和施耐德为代表,其中西门子在小、中、大型产品表现均很优异,成为国内PLC市场主要供应商,仅2016年的市场占有率就达到40.7%;罗克韦尔在大型PLC市场上保持着领先位置,占有率为10.1%;施耐德作为老牌PLC供应商,占有率一直维持在9%左右。日系方面,代表企业为三菱与欧姆龙,凭借着性价比和市场渠道优势,在国内保持较高的竞争水平。

除此之外,台资的台达以高性价比优势,深挖OEM市场,同时坚持走PLC与变频器伺服驱动器相互配合解决方案,市场销量一直保持高速增长趋势。

在本土PLC方面,其发展有近40年历史,大致可以分为20世纪80-90年代的导入期,此时市面上的PLC均为海外品牌,90年代到200年,是本土工控企业初创期,本土PLC品牌开始出现。2000年之后,是本土PLC品牌发展期。

本土品牌从技术门槛较低的小型PLC入手,并且有着本土化优势实现快速增长。近年来,本土的中型PLC市场有所突破。例如:汇川技术推出的AM系列中型PLC,在拓展点数、通讯功能、程序容量等方面有较大突破;信捷电气在推出XG系列中型PLC,能够支持20轴伺服控制,同时支持标准型PLC的全部功能,具有更快的处理速度。

结语

PLC是工厂自动化和工业过程控制不可或缺的部分,在智能制造时代对PLC性能的要求进一步提高是必然的,那么就需要从根本上重新设计它,包括高性能控制、互联互通、安全通信、跨平台操作,以及不过时性。从市场角度看,PLC具有销售渠道壁垒,工业自动化企业单一PLC产品的市场,通常有着隐形天花板。以国外高端品牌为例:首先结合自身优势,找到合适切入点;其次,得到客户认可后,逐渐完善产业链产品研发,由单一供应商变成方案解商;最后,利用技术沉淀和品牌优势,成为横跨中高端市场的综合性供应商。(来源:中国传动网)

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