PLC技术发展与市场趋势观察.docx
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1、P1C技术发展与市场趋势观察作为工厂、车间的底层控制核心,P1C从诞生之初就在自动化控制系统中扮演着至关重要的角色。一方面,来自客户的实际应用需求,促使P1C朝着控制任务的集中控制节点、制造系统的数据节点以及具有边缘控制能力的融合计算节点多功能演进;另一方面,从西门子、施耐德电气、罗克韦尔自动化等国际主流厂商到汇川技术、和利时等国内领先厂商不断创新,使P1C从最初的分时多任务能力,到能够兼顾RToS、软件开发平台和上层OPC-UAOVerTSN等技术架构。这一“推”一“拉”两股力量,如双螺旋DNA般交织着推动P1C持续演进、升华。本文将全面盘点IT与OT技术融合浪潮下,P1C产品的软硬件意识形
2、态发生了哪些变化,通过梳理国内外P1C代表厂商的典型产品、应用现状和发展策略,探索P1C在智能制造热潮之下,如何持续书写“不老”传奇。1向阳而生,P1C走向开放与备受瞩目的数字挛生、工业互联网相比较,P1C就如同一棵“饱经沧桑”的松柏,深深扎根工厂、车间底层,平凡且坚定地支撑各种控制系统。在贝加莱工业自动化(中国)有限公司技术传播经理宋华振看来,在经历了半个多世纪的沉淀和发展后,P1C早已从最初简单用来替代继电器、接触器等简易控制功能,发展到如今拥有强大数据处理和计算能力,包括I/O扩展能力,模拟量处理能力,以及各种控制和运动功能于一体的控制器。现代的P1C包含CPU、I/O、电源、底板、外设
3、以及通信联网等模块,从传统的逻辑任务延伸到运动控制、机器人、机器视觉、高速实时以太网通信等功能。从硬件参数看,P1C的算力和数据存储能力都得到极大增强。从微处理器的诞生开始,P1C就随同CPU快速迭代更新,如今哪怕是小型P1C的CPU处理能力都能够达到纳秒(ns)级别,并且支持多核架构。这使得P1C在进行逻辑和顺序控制处理的同时,可以进行高速运动控制和视觉算法处理。例如,面对大量的计算和数据流,P1C可以将任务交给多个I/O核心与计算核心并行完成工作。为了完成多核之间的任务协调,分核操作系统会将特定任务分配给特定的计算核心,每个核心则采用分时策略,确保数据的高速传输与实时可靠。此外,在存储空间
4、方面,部分大型P1C已达到百兆以上,并通过磁泡存储器和硬盘不断拓展数据容量,大量的存储空间不仅提升了P1C的数据管理能力,也为边缘计算和控制提供了基础。依靠强有力的OPCUAoverTSN,使P1C获得通过以太网传输实时性数据的能力,完成控制器、传感器、驱动器多个维度的数据集成。P1C的这些外在变化是显而易见的,而作为P1C“灵魂”的汇编语言和软件开发平台,其“升华”之快却容易被人忽视。实际上,从20世纪80年代,当RS232的串联通信技术广泛地运用在计算机领域的时候,自动化领域的工程师们就马上对这种技术进行了分析、消化和吸收,针对工业通信传输安全和工业工况环境的可靠性和抗干扰要求,创造性地采
5、用了RS485双工差分式双绞线的现场总线传输通信(物理层)标准。1993年12月,国际电工委员会制定的IEC61131-3规范,使得P1C领域美国偏爱的梯形逻辑图语言、德国流行的功能图语言、法国推崇的GRAFCET(SFC顺序功能图的前身)以及日本常用指令表语言得到了统一。必须说明的是,在制定编程语言国际标准的过程中,IEC61131-3大量地吸取现代软件的结构化、模块化、可复用性等概念,并汇聚了软件工程技术中统一开发过程、面向对象等方法,有力地推动了P1C标准编程语言的发展。IEC61131-3不仅成为工业领域唯一的工业控制编程语言标准,还被DCS、SCADAPC控制等系统广泛采纳,成为事实
6、上的工业控制编程语言通用标准。其中,也离不开工业自动化巨头多年来在上层软件平台的创新发展和历史沉淀,包括西门子的TIAPortaK罗克韦尔自动化的1ogiX、贝加莱的AUtC)mationStUdiO等都建立了自身模块化功能应用和通信标准规范,方便用户开发、升级维护系统。此外,德国CODESYS(原名3S,SmartSoftwareSo1utionsGmbH)、PhoeniX旗下的kW-SoftWare、德国InfOteam等独立平台服务商,也为中小型P1C厂商提供了软件开发环境,让用户可以基于不同的硬件架构、RTOS实现整个P1C的开发、编程、测试、运维。毫不夸张地说,P1C软硬件融合的发展
7、史正是IT与OT深度融合的缩影。P1COPen中国组织名誉主席、上海工业自动化仪表研究院技术顾问彭瑜教授认为,P1C正在迈向一个开放的自动化世界,未来的P1C控制系统不仅仅要对生产制造的实时性控制数据进行处理和分析,还要对大量具有分析、归纳、总结的非实时数据进行处理。P1C将采用如1inux等开放的实时操作系统,自由度高的Python、C、C+等软件编程语言,多功能开发平台和通信接口平台,在保留传统P1e简单、易用的优势同时,扩大编程语言、工具及开源功能集成的自由度。例如,一台P1C集成了OPCUA服务端功能和OPCUA客户端功能,就能保证这台P1C通过VPN进行有安全保证的数据传输,使P1C
8、的相关信息都可以被采集,进而向上层MES系统传递。作为一个数据通信协议规范,宋华振强调,OPCUA并不是一个技术,而是一个框架,包含TCP、UDP、MQTT以及WebSerViCe多种协议传输标准。在面对具体任务时,可以类比成打印机:当我们在打印文件时,无需关心连接的是手机、电脑、USB哪种设备;或是WOrd、PPT、3DMax、AUtOCAD哪种文件形式,打印机只会要求你定义打印格式是横向还是纵向、字号是多少、是否重复打印等原数据信息。同样的,OPCUA作为各种数据传输的指导规范,将各种通讯机制进行汇聚使其互连互通互操作,IT人员只要根据标准接口进行驱动安装,OPCUA自身会定义地址和属性,
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