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工业控制系统发展趋势 --PLC的虚拟化和软件定义


  来源: 控制工程网 时间:2018-07-31 编辑:思杨
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互联网是一个颇具颠覆性和侵略性的思想和体系,从它的诞生之日起短短十多年时间,就跨界打击多个行业并取得巨大成功。总结起来,互联网的核心思想就是规模经济,以规模形成经济效应,即在初始阶段,进行大规模的资本投资,提供满足基本需求的产品,大规模的发展客户,以求达到规模经济性。并在达到一定规模后就开始多元化批量复制这种规模经济,形成多元化的规模发展。因为互联网每新增加一种产品的存储、营销等成本可以趋近于零,所以互联网的这种特质决定了其针对各个行业必然具有天然的侵略性和颠覆性。
  在互联网向工业控制系统领域逐渐靠近之后,诞生了工业互联网、工业4.0以及工业物联网等市场营销概念和体系。这些概念喧嚣尘上,一时满城风雨。喧嚣之后可能归于沉寂,然而来自互联网的风声已不可阻挡。
  天下大势,浩浩荡荡,顺之者昌,逆之者亡。作为工业控制系统从业者,我们应该抛开市场营销的概念迷雾,去追寻互联网概念下工业控制系统的技术变革。在这样的变革时代,工业4.0、智能工厂、工业互联网等倡导的理念及其技术的实现将不得不在短时间内重新配置,因此需要重新灵活配置工业控制系统的核心设备PLC。如何来灵活配置PLC成为工业互联网真正实现工业互联的的背后支撑。因此本文从这样的角度出发,描述了在工业互联网时代,工业互联网的背后核心技术。
  工业控制系统的核心PLC
  可编程逻辑控制器,英文称Programmable Logic Controllers,简称PLC(本文在后续一律简称PLC)是带有模块化组件的小型工业计算机,旨在自动化定制控制过程。我理解的控制过程就是通过程序对物理设备进行控制的过程,而这个程序就是通过逻辑表达的形式实现的(梯形图或其他PLC编程语言)。在PLC内部,将真实物理设备通过一个符号或字符串进行逻辑表示,因此编写的程序就是对这些逻辑进行编程和组合、循序控制的过程。这个控制过程是可编程的,可自定义的。因此称之为可编程逻辑控制器(PLC)。
  PLC一直在发展中,至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会(IEC)曾先后于1982年11月、1985年1月和1987年2月发布了PLC标准草案的第一,二,三稿。在第三稿中,对PLC作了如下定义:可编程逻辑控制器(PLC)是一种数字运算操作电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器(PLC)及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
  在工业控制系统领域内,工业生产环境的物理机器和生产线通常由硬件PLC控制,这也被认为是当前最优化的解决方案并以此驱动工业自动化进程多年。为了更好地理解PLC的目的,让我们看一下PLC的简史。
  工业自动化在PLC之前就已经开始了。在20世纪早期到中期,工业自动化通常使用复杂的机电式继电器电路来实现。机电继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时,使被控制的输出电路导通或断开的电器。但是,通过继电器这种架构制造简单的自动化所需的继电器、导线和空间的数量都存在很多问题。一个简单的工厂控制过程的实现就需要成千上万的继电器!如果逻辑电路中有什么东西需要更改的话,那更是灾难性的。
  1968年,第一台可编程逻辑控制器(PLC)问世,取代了工业生产中复杂的继电器电路实现的工业自动化控制。最开始提出明确想法的是美国通用公司。在1968年的时候他们想要一台可以取代继电器控制的装置。次年,美国数字设备公司为通用公司研制出了第一台可编程控制器PDP-14,并且试用成功,这就是世界上第一台PLC。到70年代后期,PLC开始进入快速发展阶段,运行速度快速提升,小型化也有实质性的进步。80年代初开始在西方国家广泛应用,并快速成长,那段时间可谓是PLC的黄金时期。之后又发展了大型机和超小型机。到21世纪,PLC规模不断扩大,I/O点数增加,多CPU并行工作,大容量存储,高速扫描等,模块化、标准化成为主流,成本大幅度缩减,应用更加广泛。
  PLC的设计可以让熟悉继电器逻辑和控制原理图的控制工程师和技术人员能够轻松编程。其中最初始的实现就是梯形图逻辑,该逻辑被设计用来模拟控制电路原理图。梯形图看起来像是控制电路,其中电力从左到右通过闭合触点来激励继电器线圈。
  上图的梯形图看起来像简单的控制电路原理图,左侧显示开关、按钮、传感器等输入源,右侧显示输出源。通过这样的梯形逻辑等直观的界面编程来实现复杂的自动化过程,比使用之前的继电器更加便捷高效,而且过渡到PLC的学习成本也降至最低。

关键词:工业控制 互联网 Plc    浏览量:3982

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