智能制造大環(huán)境下PLC的發(fā)展趨勢(shì)和路徑

　　PLC硬件如何適應(yīng)智能制造的要求

　　盡管人們較普遍的認(rèn)識(shí)是PLC硬件技術(shù)進(jìn)步是漸進(jìn)的，但也不能否認(rèn)，PLC的硬件技術(shù)一直在為滿足工業(yè)4.0和智能制造日益清晰的要求積累經(jīng)驗(yàn)。

　　特別是微電子技術(shù)的飛躍進(jìn)展，使得SoC芯片在主鐘頻率越來越高的同時(shí)而功耗卻顯著減小；多核SoC的發(fā)展，又促進(jìn)了在PLC的邏輯和順序控制處理的同時(shí)，可以進(jìn)行高速的運(yùn)動(dòng)控制處理、視覺算法的處理等；而通信技術(shù)的進(jìn)展使得分布式I/O運(yùn)用越來越多，泛在的I/O運(yùn)用也有了起步。

　　為迎接工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)，PLC硬件設(shè)計(jì)應(yīng)該在以下方面有一定的改善空間：

　　1、極大改善能耗和減小空間。PCB板85%的空間被模擬芯片和離散元器件所占，需要采取將離散元器件的功能集中于單個(gè)芯片中，采用新型的流線模擬電路等措施。

　　2、增加I/O模塊的密度。

　　3、進(jìn)行良好的散熱設(shè)計(jì)，降低熱耗散。

　　4、突破信息安全的瓶頸（如何防范黑客攻擊、惡意軟件和病毒）。

　　概括起來說，PLC的硬件必須具備綜合的性能，即更小的體積，更高的I/O密度，更多的功能。

　　舉例來說，選用新型的器件收效顯著：為了減小I/O模塊的體積，減少元器件的數(shù)量，采用多通道的并行/串行信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片（serializer），可以對(duì)傳感器24V的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、調(diào)理和濾波，并以5V的CMOS兼容電平輸入PLC的MCU。這樣可把必要的光電隔離器件減少至3個(gè)，來自多通道的并行/串行信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片（serializer）的信號(hào)，可共享相同的光電隔離資源。

　　Maxim公司的模擬器件集成設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了信號(hào)鏈，使10V的雙極性輸入可以多通道采樣、放大、濾波和模/數(shù)變換，而且只需單路的5V電源。這種設(shè)計(jì)取消了15V的電源，減少了元器件的數(shù)量和系統(tǒng)成本，降低了功耗，縮小了元器件所占用的面積。

　　PLC軟件如何適應(yīng)智能制造的要求

　　可編程控制器作為一類重要的工業(yè)控制器裝置，之所以能夠在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的工控市場(chǎng)上長(zhǎng)盛不衰，本質(zhì)上的原因必須從其內(nèi)部去發(fā)掘。其中，軟件與硬件發(fā)展的相輔相成、相得益彰應(yīng)該是重要原因。

　　IEC61131-3推動(dòng)PLC在軟件方面的進(jìn)步，體現(xiàn)在：

　　（1）編程的標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)了工控編程從語(yǔ)言到工具性平臺(tái)的開放，同時(shí)為工控程序在不同硬件平臺(tái)間的移植創(chuàng)造了前提條件。

　　（2）為控制系統(tǒng)創(chuàng)立統(tǒng)一的工程應(yīng)用軟環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。從應(yīng)用工程程序設(shè)計(jì)的管理，到提供邏輯和順序控制、過程控制、批量控制、運(yùn)動(dòng)控制、傳動(dòng)、人機(jī)界面等統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，以至于將調(diào)試、投運(yùn)和投產(chǎn)后的維護(hù)等，統(tǒng)統(tǒng)納入統(tǒng)一的工程平臺(tái)。

　?。?）應(yīng)用程序的自動(dòng)生成工具和仿真工具。

　?。?）為適應(yīng)工業(yè)4 . 0 和智能制造的軟件需求， I E C61131-3的第3版將面向用戶的編程OOP納入標(biāo)準(zhǔn)。

　　之前已開發(fā)了許多為PLC控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、編程和運(yùn)行，以及管理的工具性軟件。其中包括控制電路設(shè)計(jì)軟件包、接線設(shè)計(jì)軟件、PLC編程軟件包、人機(jī)界面和SCADA軟件包、程序調(diào)試仿真軟件以及自動(dòng)化維護(hù)軟件等等。盡管這些軟件都是為具體的工程服務(wù)的，但即使在對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行控制設(shè)計(jì)和監(jiān)控，它們卻都互不關(guān)聯(lián)。不同的控制需求（如邏輯和順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等）要用不同的開發(fā)軟件，在不同的工作階段（如編程組態(tài)、仿真調(diào)試、維護(hù)管理等）又要用不同的軟件。而且往往在使用不同的軟件時(shí)必需自行定義標(biāo)簽變量（Tags），而定義變量的規(guī)則又往往各取其便，導(dǎo)致對(duì)同一物理對(duì)象的相同控制變量不能做到統(tǒng)一的、一致的命名。

　　缺乏公用的數(shù)據(jù)庫(kù)和統(tǒng)一的變量命名規(guī)則，造成在使用不同軟件時(shí)不得不進(jìn)行繁瑣的變量轉(zhuǎn)換，重復(fù)勞動(dòng)導(dǎo)致人力資源成本高、效率低下。