智能制造、工业物联、IT和OT融合,这些对PLC提出了...

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来自: time 2016-11-29 12:06:32

标题:智能制造、工业物联、IT和OT融合,这些对PLC提出了哪些挑战?
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    time 2016-12-12 16:41:01

    IT和OT融合之下,PLC势当如何?因控制工程网的编辑之邀,我参加了目前正在几个网站论坛举办的“高端PLC大讨论”活动,撰写了一篇讨论文章,希望能给大家带来一些启发!今天我将从一个用户的地角度,来看待现在自动化行业PLC的未来在哪里。作为一个从业自动化十几年的老司机来说。不得不说现在的自动化行业已经是“百家争鸣,花开千朵”的情况了。为什么这么说呢?就在中国迈向制造强国提出来中国制造2025愿景之下,就在德国倡导的工业4.0发起之际,就在美国举起工业互联网大旗之时。所有的自动化的厂商和行业资深人士全部提出来,一个共同的目标,就是IT和OT融合,IT就是信息技术,OT就是运营技术(自动化技术)。这些雨后春笋般的先进的技术理念,超前的解决方案,犹如梨花带雨般毫无顾忌的滋润着国人的对自动化和信息化融合那饥渴的求知欲望。我希望自动化用户们,理性对待这个知识膨胀的时代。冷静的坐下来思考一下,你到底需要什么?而自动化产品又能给你什么?切入正题,我们今天就来看一下,做为用户你真正需要的是什么PLC?PLC的功能不想在这里做重复定义,大家基本上每天都在跟它直接和间接打着交道,可以说PLC已经成为自动化行业的代名词之一。IT和OT在融合的道理上,我给大家提几个思考点,无关乎哪个厂商的产品。1、PLC的高可靠性。大家试想一下,PLC近10年在干什么?一直在扩展功能。而在稳定性上大不如以前。估计很多厂家人的开始准备手里的板砖了。不知道有多少人还记得西家的S5,罗家的PLC5,施家的984,那个时代的产品,稳定性极高,现在的产品经常有要求加G3防腐等,在那个时代,什么保护都没有但就是不出故障,一款PLC5在满是碳粉的铝车间运行15年,备件都没有换过,就是不敢拔下来吹扫检修。那这里是为什么呢?其实那个时代的电路板还不是高度集成,PLC的设计人员需要对电路板和元器件做参数设计和选型,在那个时代这些设计人员都是电路发烧级别,所以当时的PLC的可靠性和稳定性极高,当然价格也是不菲。但操作的人性化可以说极差,碍于那个时代操作系统的发展背景。但现在的PLC的可靠性呢?由于高度集成的芯片的出现,现在PLC的电路板很简单了,你打开看一下除了芯片和简单的外围电路没了。而这种高集成的好处就是简单,但坏处就是可靠性大大降低。对于EMC的测试,有时厂商也是没有办法,集成的芯片就是有问题,那咋办!还是希望做为用户先关注PLC本身的稳定性,要知道作为大型的PLC,尤其是冗余架构的产品,首要任务是啥,稳定运行控制程序,本本分分的把IO按照逻辑进行采集和输出,再考虑其他吧! 2、PLC的功能性。接下来我们谈谈PLC的功能性,西家的TIA如火如荼,S7-1500风生水起。其实更多是谈论功能,比如工具软件的统一(组态和监控放在一起),控制功能的统一(运动控制,传动控制,过程控制),可以支持WEB的诊断(1500的新功能),一个CPU上集成了多个网口(就是把以前通信卡集成了)。其实大家可以看出来自动化厂商就一个目的,“融合”,把以前分散在不同产品结构上的功能集成在一起,还非常骄傲和自豪对客户说,我们研发出来划时代的智能PLC,更是未来两化融合的基础。看到这我就想笑,好像没有集成这些功能,就会阻碍自动化行业飞奔的脚步一样。作为用户真正需要的功能是SDC(软件定义控制器),也就是未来编程组态的工具统一标准化,可以通过一个编程工具对各家的PLC进行编程组态,无论是控制还是监控。对于各家PLC只需要提供运行环境就可以了。因为PLC所用的CPU芯片在快速的迭代,性能和功能都是成几何倍数增加,就像ARM打算挑战intel一样,嵌入式CPU已经不是吃干饭的了。那未来我在这里大胆的猜测一下,个人觉得HMI这个产品将消失,取而代之是基于PLC base的web监控。其实大家就可以把未来的PLC当作一台小的计算机,没有它做不了的工作,这个时候你再试想一下功能性的问题,也就不是问题了。3、PLC的开放性。在这里我们主要是讨论网络,其实这个问题本不想多谈,因为一说这个问题就会引起太多厂商的共鸣,为什么呢?其实大家都知道自动化的主战场未来10年都是在通讯协议层面上,无论是Profinet,Ethernet/IP(CIP)还是Ethercat和Powerlink,都是在争夺客户产品的市场占有率,更是工业以太网组织遍地都是,都恨不得再弄个GB/T啥的,甚至想把/T干掉,那样就可以在自动化领域赢得先机。(很多人会问,哥你把Modbus tcp忘记了吧,不是Modbus tcp已经被odva收编,协议栈已经被CIP集成)。那用户就会问哪个协议好呢?其实没有什么好不好,就看你选哪个,工业通讯协议分两个阵营,分为标准TCP/IP和基于标准TCP/IP两种,(Ethernet/IP和PowerLink是标准TCP/IP协议栈,而Profinet和Ethercat是基于TCP/IP的协议栈)这两种是截然不同的作为客户如果你选了标准TCP/IP的协议意味着你可以在标准的IT架构上使用工控产品,而无需考虑协议转换的问题,对于未来TCP/IP的先进性也不需要担忧,他就是构建这上的7层协议而已。而如果选择基于TCP/IP的协议的呢?什么叫基于?其实就是自行修改了TCP/IP的报文甚至修改了2层的通讯芯片(Ethercat)那这种协议的好处就是针对工控的应用而研发,在构建IT和OT融合的时候,边界设备需要使用这个协议厂商支持的网络设备。在基本控制(IO,上位机,site to site)上这两种没有太多的区别,对于用户丝毫感觉不出来,在开放性上可能标准TCP/IP的协议厂商会有一些先天优势。但在特殊行业和领域,对于要求通讯速度极快的领域,基于TCP/IP的协议还是有自己的优势,你想呀!原本150字节的TCP/IP的报文被精简了,那将是一个让你轻松和愉快的事情,更甚者在MAC这层已经发出去了,呵呵!4、略5、略如果大家对此有更多的想要聊的和深入探讨的,可以关注后续文章或者也可以

  • clovers

    clovers 2017-01-23 14:34:26

    我心目中智能制造时代下的高端PLC

    最近这段时间在网上一直有人在热烈讨论什么是高端PLC?什么样的PLC可算是高端PLC?如何一眼判断高端PLC还是低端PLC?看到大家的讨论,我结合自己十多年的PLC工作经验,总结了我的观点,我认为未来的高端PLC应该至少符合以下特点:

    1、运算能力
    应对于未来多重互联通讯以及控制的需求,因此需要高端PLC具有强有力的CPU,能应付较大的计算量以及快速的控制反应,这一点,对于运动控制类的需求应用尤为重要。
    2、可靠性
    虽然比现有PLC的功能强大很多,但是如果没有可靠性,那一切都是空谈,所以,高端PLC应该具有多重冗余机制,以确保可靠性。PLC的抗干扰能力也要进一步加强。工控的老大难。各种抗干扰的手段,搞的焦头烂额的日子,真心不愿去回忆。在过程控制领域,为了保证可靠性,冗余技术是高端PLC的主要性能特征之一,无论是软冗余还是硬冗余,都对可靠性起到关键性作用。我以前用过莫迪康的昆腾控制器,它的冗余技术我认为至今还是无人能敌的。
    3、互联互通的便利性
    高端的PLC应该增加以太网,USB等多种通讯方式以及增加SD等存储方式,以应对本身的数据储存与数据交换需求,并采用通用的高速协议或者提供互联互通的接口。有了Wi-Fi以后,必须要有手机的PP的安装程序可以使用,或者笔记本电脑的编程软件支持Wi-Fi连接,让有线连接的编程数据线永远的退出历史的舞台。这一点施耐德新出的Modicon的M580、昆腾+ PLC 从内核开始支持以太网,比其他PLC有比较大的优势。
    4、扩展的便捷性
    能够很方便的添加扩展模块以及第三方的功能扩展模块,增加本身的控制能力。PLC的视觉功能,现在搞视觉的也很多,但是没有一定实力还真搞不起来,PLC上也可以有的话,那可就太棒了
    5、器件的小型化
    器件的小型化将是未来的PLC的趋势,同时也对器件的高度集成化以及可靠性提出了更高的要求。
    6、编程的图形化
    通过类似于图形编程的方式,降低PLC的编程门槛,使得普通人也能为PLC编制应用程序。编程软件的智能化,比如厂家设定好程序资源库,如果编程技术人员想获得程序资源库的支持,笔记本电脑必须连接互联网,使用编程软件的在线联机支持获得源程序。这样厂家也能直接做客户端的营销。
    7、底层编程语言的多样化
    对于图形化编程系统来说,需要有底层编程语言为其编写一些图形块,中高级编程人员可以使用多种编程语言为图形化编程系统编制应用图形块。
    8、丰富的库函数
    通过丰富的库函数,以及社区对于库的扩充与维护,使得编程系统更完整,更健壮。

    这些高端PLC应该具有的功能,短时间由于受到各个厂家产品的门槛不同,是难以实现的,随着工业4.0中国的加入,会加快实现的步伐的,我相信,未来是可能会实现的。

  • clovers

    clovers 2017-01-23 15:05:20

    高端PLC系统应确保企业系统未来的扩展性,支持中国制造2025的宏伟蓝图。高端PLC应有助于实现更快的系统性能以及更出色的处理能力、生产率和安全性,从而满足智能制造机器和设备市场不断增长的需求。高端PLC能与配套的编程软件将人员和生产过程紧密联系起来,实现企业的智能制造。
    一、高端PLC应具有的特性和优势:
    • 更高的处理能力;
    • 优秀的运行稳定可靠性;
    • 强大的网络通信能力,能完成多系统间以及控制级与设备、上级管理层大数据通信需求;
    • 具有更强的鲁棒性,适应更加苛刻的运行环境要求;
    • 具有更快的(如千兆Gb)以太网,实现高速现场设备的轮询和数据管理;
    • 控制器功能经过优化,最大程度地提高系统性能;
    • 提供更强的诊断与故障处理能力,更强的安全性,更丰富的功能;
    二、高端PLC能从多方面增强控制系统:
    智能
    • 提供更强的诊断和故障处理功能;
    • 基于以太网集成运动控制,轴数可达128 - 256;
    • 集成以太网处理能力,实现高性能的通信;
    • 通过更好的通信能力,支持对现场设备大数据的采集和处理需求;

    提效
    • 提供可选非易失性存储器,可将用户程序和标签数据永久存储在控制器中;
    • 用先进的技术取代数据备份所必需的电池或储能模块等易损耗器件;
    • 配套软件的编程和组态环境可简化系统开发和调试。
    安全
    • 提供额外的物理安全防护;
    • 固件采用数字签名并进行加密,有助于防范恶意企图;
    • 可对尝试访问系统的人员进行身份验证,实现集中式身份验证和访问控制。
    三、高端PLC应支持中国制造2025提出的3降(产品研制周期、运营成本和产品不良品率)2升(产品产量合格率和生产效率)战略
    整合人员、过程和技术。
    互联的数字化企业能充分利用技术更好收集和分析数据,并将其转换为可操作、实时、具有洞见的信息。把信息技术(IT)和运营技术(OT)-- 即信息化与工业化(两化)深度融合成为一个统一架构,充分利用运营、业务和交易数据来提高企业、运营和供应链的绩效。
    加快产品研制周期
    提高设计效率,缩短智能设备的调试时间,使新投资项目更快启动,以成熟技术来解决运营和 IT 方面的风险,并即时敏捷地响应客户需求。
    降低总体运营成本
    优化生命周期管理,实现更有效的运营,改善能源管理,使技术更容易移植。
    改善产品合格率和生产效率
    提高可靠性和质量,通过运营智能工具促进预测性维护。
    降低企业风险
    通过安全的运营环境保护知识产权和品牌形象,减少产品质量低下及内外部威胁风险造成的负面报道。
    四、高端PLC的重要指标
    1. 控制器I/O能力
    2. 存储器容量
    3. 可选非易失性存储器
    4. 环境技术参数
    5. 多种认证
    五、高端PLC能实现多策略控制
    高端PLC系统应能提供离散控制、驱动器控制、运动控制、流程控制和安全控制等多种类型的控制,而且具有高性能、多类型的开放通信网络,连接各种远程、分布式、高性价比的 I/O。系统应为模块化结构,这使用户容易设计、建立和修改系统,有效节省培训和工程费用。
    1. 离散控制系统
    离散控制是PLC最擅长的控制领域,广泛应用于产品加工行业和产品装配行业。
    2. 冗余控制系统
    为了提高PLC系统的可靠性和可用性,工厂工艺通常需要高端PLC系统能够支持冗余控制。确保即使在工作控制器失效时,能够切换到备份控制器继续工作。
    下图为施耐电气2016年推出的全新一代用于冗余控制的以太网可编程自动化控制器(ePAC)昆腾+ ePAC。

    3. 流程控制系统
    流程工业是工业的一大分支,如石油、化工、精炼等行业,过去是分布式控制系统(DCS)的天下,随着PLC的性能提高和对IEC61131 –3的功能块语言的支持,很多高端PLC已经能够胜任流程工艺的控制。
    4. 功能安全系统
    经过功能安全完整性等级(SIL)认证的PLC可以提供功能安全控制。按照工厂的应用要求,PLC控制器必须选用符合相应的安全完整性等级如SIL 3或性能等级如PLe。
    5. 运动控制系统
    离散工厂中有很多地方要用到运动控制,如印刷行业、轮胎行业、日用品行业等,因此很多工厂要求高端PLC能够集成运动控制。
    六、总结
    随着工业4.0、智能工厂、工业互联等新概念的不断出现,在工业离散、过程和混合控制行业中,如何合理选择适宜的高端PLC来保障未来工厂的高效性、可靠性、安全性,已成为正越来越多业内有识之士要考虑的问题。当未来工业控制理念逐步被大众理解时,我们需要按照每个项目的具体要求,根据现有先进技术的采用和企业今后发展的愿景,考虑系统在生命周期中的设计、安装、运营、维护、升级和废弃等阶段进行综合评分,选择性价比最优的高端PLC。

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