PLC成为工业自动化控制主流

2020-11-17

工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性高技术,包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。 工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一,主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业,都必须依靠自动化技术的应用。 自动化系统本身并不直接创造效益,但它对企业生产过程起着明显的提升作用:

(1)提高生产过程的安全性;

(2)提高生产效率;

(3)提高产品质量;

(4)减少生产过程的原材料、能源损耗。

据国际权威咨询机构统计,对自动化系统投入和企业效益方面提升产出比约1:41:6之间。特别在资金密集型企业中,自动化系统占设备总投资10%以下,起到"四两拨千金"的作用。 传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过程的控制,即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素,在软件程序和电子电路逻辑的有目的的信息流引导下,相互协调、有机融合和集成,形成物质和能量的有序规则运动,从而组成工业自动化系统或产品。

在工业自动化领域,传统的控制系统经历了继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统和集散式控制系统DCS的发展历程。

随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具(包括自动测量仪表、控制装置)的总称。今天,对自动化最简单的理解也转变为:用广义的机器(包括计算机)来部分代替或完全取代或超越人的体力。

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术,主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一,主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益,但它对企业生产过程有明显的提升作用。

中国工控自动化的发展道路,大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收,然后进行二次开发和应用。中国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展,中国工业计算机系统行业已经形成。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流

众所周知,从20世纪60年代开始,西方国家就依靠技术进步(即新设备、新工艺以及计算机应用)开始对传统工业进行改造,使工业得到飞速发展。20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈, 促使企业必须加快新产品投放市场时间(Time to Market)、改善质量(Quality)、降低成本(Cost)以及完善服务体系(Service),这就是企业的T.Q.C.S.。虽然计算机集成制造系统(CIMS)结合信息集成和系统集成,追求更完善的T.Q.C.S.,使企业实现"在正确的时间,将正确的信息以正确的方式传给正确的人,以便作出正确的决策",即"五个正确"。然而这种自动化需要投入大量的资金,是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式,很难为大多数中小企业所采用。在中国,中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。

工业控制自动化主要包含三个层次,从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化,其核心是基础自动化和过程自动化。

传统的自动化系统,基础自动化部分基本被PLCDCS所垄断,过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成,其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。

20世纪90年代以来,由于PC-based的工业计算机(简称工业PC)的发展,以工业PCI/O装置、监控装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及,成为实现低成本工业自动化的重要途径。

由于基于PC的控制器被证明可以像PLC一样可靠,并且被操作和维护人员接受,所以,一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系统易于安装和使用,有高级的诊断功能,为系统集成商提供了更灵活的选择,从长远角度看,PC控制系统维护成本低。由于可编程控制器(PLC)PC控制的威胁最大,所以PLC供应商对PC的应用感到很不安。事实上,他们也加入到了PC控制"浪潮"中。

工业PC在中国得到了异常迅速的发展。从世界范围来看,工业PC主要包含两种类型:IPC工控机和Compact PCI工控机以及它们的变形机,如AT96总线工控机等。由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高,现有的IPC已经不能完全满足要求,将逐渐退出该领域,取而代之的将是CompactPCI-based工控机,而IPC将占据管理自动化层。国家于2001年设立了"以工业控制计算机为基础的开放式控制系统产业化"工业自动化重大专项,目标就是发展具有自主知识产权的PC-based控制系统,在3~5年内,占领30%~50%的国内市场,并实现产业化。

几年前,当"PLC"出现时,业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而,时至今日工业PC并没有代替PLC,主要有两个原因:一个是系统集成原因;另一个是软件操作系统Windows NT的原因。一个成功的PC-based控制系统要具备两点:一是所有工作要由一个平台上的软件完成;二是向客户提供所需要的所有东西。可以预见,工业PCPLC的竞争将主要在高端应用上,其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价的微型PLC竞争,这也是PLC市场增长最快的一部分。从发展趋势看,控制系统的将来很可能存在于工业PC PLC之间,这些融合的迹象已经出现。

PLC一样,工业PC市场在过去的两年里保持平稳。与PLC相比,工业PC软件很便宜。

⒉PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展

全世界PLC生产厂家约200家,生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主,如SiemensModiconA-BOMRON、三菱、GE的产品。经过多年的发展,国内PLC生产厂家约有三十家,但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品,可以说PLC在中国尚未形成制造产业化。在PLC应用方面,中国是很活跃的,应用的行业也很广。专家估计,2000PLC的国内市场销量为15~20万套(其中进口占90%左右),约25~35亿元人民币,年增长率约为12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右,约35~45亿元人民币。

PLC市场也反映了全世界制造业的状况,2000后大幅度下滑。但是,按照Automation Research Corp的预测,尽管全球经济下滑,PLC市场将会复苏,估计全球PLC市场在2000年为76亿美元,到2005年底将回到76亿美元,并继续略微增长。

微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。在基于PLC自动化的早期,PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年,微型PLC(小于32 I/O)已经出现,价格只有几百欧元。随着软PLC(Soft PLC)控制组态软件的进一步完善和发展,安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长。

当前,过程控制领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展,PLC也不例外。如今越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。可以相信,PLC将继续向开放式控制系统方向转移,尤其是基于工业PC的控制系统。

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