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可编程控制器(PLC)新技术

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可编程控制器(PLC)新技术

发布日期:2018-10-12      来源: 自动化博览

导读

    近期,杭州电子科技大学某团队采用倍福的CX1200 PLC完成了一项艰巨的任务——6轴机器人控制的全部程序范例,深切感受到由PLCopen的运动控制功能块所带来的便捷、超凡的体验。众所周知,在机器人领域,诸如KUKA、安川、史陶比尔、KEBA、埃斯顿、新时达、大族激光、固高、汇川等企业,都是用PLC实现对机器人的控制。当前,国内存在一个普遍现象,几乎所有工科大学还停留在“logic”层面的PLC教学,而工业领域的PLC早已悄然完成了向运动“motion”为重心的转变,离散工业控制所需的运动控制(motioncontrol)功能彻底改变了传统PLC只有逻辑,即“logic”的概念。因此,将运动、网络、安全、智能等新概念与传统的PLC结合,我们迎来了PLC的新技术时代。

PLC的新硬件结构

    外形与内部功能统一使PLC产生了新的硬件结构。传统的“box”直立线插方式的PLC变得体积更小、I/O密度更高、运算速度更快,但更多的嵌入式板式结构、专用特殊结构大量涌现,满足了各行各业的需求。工控板不是PLC,就像很多机器人控制器是用PLC的运动控制功能块实现一样,一直让人感到无法对它们进行解释。事实上,板状结构的专用PLC数量已经或将超过传统的结构。如今,工业实时以太网接口不仅为运动控制的多轴伺服驱动器的高精度同步提供了支撑,而且实现了工业视觉传感器、变频驱动器、安全控制回路、远端I/O等部件的连接,形成一网到底的新结构。目前,NXP、Renesas、Ti、ST等半导体企业已经提供了带实时以太网的从站协议CPU芯片。随着种类更多、性价比更高的带工业实时以太网协议的CPU出现,以实时以太网为基础的分布式可编程网络控制系统必有很大的发展空间。对于PLC而言,虽然时间敏感网(TSN)的概念已经提出,但是,工业实时以太网的路程却刚刚开始,它与CANbus、RS485等接口一样,未来还有较大的发展空间,探索未有穷期。

PLC智能控制

    人工智能已经成为当下热门的话题。10多年前,当PLC编程语言国际标准IEC61131-3第三版采用面向对象技术和开放结构的时候,就奠定了PLC与智能的连接。目前,大多数以IEC61131-3标准为基础的PLC均有了与MATLAB软件的接口,可以直接生成PLC执行代码Simlink PLCcode。研究智能算法的专家们现在有机会将深度学习算法、遗传算法、BP网络、支持向量机、蚁群算法等算法与物理的机器世界连接,可将更多论文中算法借鉴到实际中。智能装备生产实际需要大量有智能知识的软件,据考察,国内极少有开发人员使用到这个智能开发接口功能。工业是务实的,智能优化控制一直是控制行业的追求,但与真正应用仍有距离。

PLC与互联网连接

    与智能概念不同的是,PLC与工业互联网、工业物联网(IIoT)结合成为新技术的热点。首先,从源于微软的OLE(Object Linking and Embedding)到OPC(OLE for Process Control),到进一步统一通信方法OPC UA的引入,使得PLC与互联网服务器的连接变得十分便捷。目前支持OPC UA已经成为高端PLC的标配,如霍尼韦尔、西门子、倍福、欧姆龙等公司的PLC产品。其次,基于云服务与云管理技术已经到来,远端可编程技术不足为奇,设想10万个在不同地区、不同应用的PLC,需要同时升级,管理编程将变得十分困难,而杭州义益钛迪信息技术有限公司实现了云的可编程技术,用PLC云端多线程批量编程技术,使得这项工作变得十分容易。在今年中国(北京)国际工业智能及动力传动与自动化展览会上,德国3S公司展示了他们的PLC云服务与管理系统,未来所有设备的控制器可以实现统一的云管理。最后,边缘计算与PLC的结合产生了新的结晶,据悉美国A-B公司已推出边缘PLC、美国OP22宣布推出OP22 Groov边缘PLC、霍尼韦尔发布全新可编程逻辑控制器ControlEdgeTM PLC、杭州义益钛迪信息技术有限公司推出的FSU—ePLC等,这些PLC集PC机、OPC服务器、边缘网管为一体,具有监测、控制、数据采集、可视化设备、过程控制、云服务等功能,实质上是一个工业物联网(IIoT)结构。

PLC实现对复杂运动的控制

    随着PLCopen的运动控制功能块标准的Part4——协同运动技术的渗透,PLC成为了数控加工中心(CNC)的控制器。PLC作为机器人控制器的事实让很多同行不以为然,甚至难以接受。新的运动控制概念和原理的引入,从力矩、速度、位置到单轴的运动、轴组的运动、一个运动过程接一个运动的协同与混成在PLCopen运动控制功能块的标准下技术变得更规范、更强大。在此方面,德国的ISG公司提供给我们一个开放的解决方案,如:西班牙法格公司的数控最新一代FAGOR 8070的数控控制系统,结合了控制器的高端性能和操作的灵活性。沈阳机床厂的新一代5i高端数控系统也是我国在使用PLCopen协同运动技术的第一个成功范例。

    PLC的新技术重点体现在软件上,需要强大的软件支撑。PLCopen是目前国际上PLC软件唯一的国际标准组织,其发布的IEC61131-3标准已经成为共识,包括从逻辑(logic)、运动(motion)、安全(safety)到网络(OPC-UA)的标准。目前,PLC o pen组织在制定的交互(XML)标准IEC61131-10会使PLC技术更加开放,交互更加便利。PLC作为制造业的核心,在“工业4.0”和 《中国制造2025》中,扮演着重要的角色。未来,要实现《中国制造2025》的宏伟目标,我们需要树立正确的理念,更需要坚定正确的方向,从PLC的平台工具软件抓起,十年磨一剑,立足当下,把握时机。

作者简介:

    严义,二级教授,博士生导师,计算机应用、计算机系统结构专业方向。工业互联网研究院院长,兼杭州电子科技大学国家级计算机基础实验示范中心主任,浙江省嵌入式系统重点实验室(杭电)主任,浙江省重点科技创新团队(面向行业的嵌入式关键技术)负责人。现任PLCopen中国主席。中国机电一体化应用协会常务理事,浙江省重大专项专家组电子网络组组长。

    研究领域:计算机系统结构、嵌入式系统、机电一体化、自动化智能仪器仪表等。先后主持过国家自然基金、国家863项目,省部级科技重大、重点攻关项目若干。在国内外重要学术刊物及国际重要学术会议上发表论文40多篇,被SCI、EI检索论文20余篇,教材论著3部,授权发明专利10多项。主持的项目获浙江省技术发明一等奖一项,浙江省科技进步奖一等奖一项、浙江省科技进步奖二等奖2项,浙江省科技进步奖三等奖1项。

    现为享受政府特贴专家,浙江省有突出贡献中青年专家,全国信息产业科技创新先进个人,浙江省151人才工程一层次人员(重点资助人员)。













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