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可編程控制器(PLC)新技術
  • 點擊數(shù):131744     發(fā)布時間:2018-06-29 16:17:00
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近期,杭州電子科技大學某團隊采用倍福的CX1200 PLC完成了一項艱巨的任務——6軸機器人控制的全部程序范例,深切感受到由PLCopen的運動控制功能塊所帶來的便捷、超凡的體驗。眾所周知,在機器人領域,諸如KUKA、安川、史陶比爾、KEBA、埃斯頓、新時達、大族激光、固高、匯川等企業(yè),都是用PLC實現(xiàn)對機器人的控制。當前,國內(nèi)存在一個普遍現(xiàn)象,幾乎所有工科大學還停留在“l(fā)ogic”層面的PLC教學,而工業(yè)領域的PLC早已悄然完成了向運動“motion”為重心的轉變,離散工業(yè)控制所需的運動控制(motioncontrol)功能徹底改變了傳統(tǒng)PLC只有邏輯,即“l(fā)ogic”的概念。因此,將運動、網(wǎng)絡、安全、智能等新概念與傳統(tǒng)的PLC結合,我們迎來了PLC的新技術時代。
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近期,杭州電子科技大學某團隊采用倍福的CX1200 PLC完成了一項艱巨的任務——6軸機器人控制的全部程序范例,深切感受到由PLCopen的運動控制功能塊所帶來的便捷、超凡的體驗。眾所周知,在機器人領域,諸如KUKA、安川、史陶比爾、KEBA、埃斯頓、新時達、大族激光、固高、匯川等企業(yè),都是用PLC實現(xiàn)對機器人的控制。當前,國內(nèi)存在一個普遍現(xiàn)象,幾乎所有工科大學還停留在“l(fā)ogic”層面的PLC教學,而工業(yè)領域的PLC早已悄然完成了向運動“motion”為重心的轉變,離散工業(yè)控制所需的運動控制(motioncontrol)功能徹底改變了傳統(tǒng)PLC只有邏輯,即“l(fā)ogic”的概念。因此,將運動、網(wǎng)絡、安全、智能等新概念與傳統(tǒng)的PLC結合,我們迎來了PLC的新技術時代。

PLC的新硬件結構

外形與內(nèi)部功能統(tǒng)一使PLC產(chǎn)生了新的硬件結構。傳統(tǒng)的“box”直立線插方式的PLC變得體積更小、I/O密度更高、運算速度更快,但更多的嵌入式板式結構、專用特殊結構大量涌現(xiàn),滿足了各行各業(yè)的需求。工控板不是PLC,就像很多機器人控制器是用PLC的運動控制功能塊實現(xiàn)一樣,一直讓人感到無法對它們進行解釋。事實上,板狀結構的專用PLC數(shù)量已經(jīng)或將超過傳統(tǒng)的結構。如今,工業(yè)實時以太網(wǎng)接口不僅為運動控制的多軸伺服驅動器的高精度同步提供了支撐,而且實現(xiàn)了工業(yè)視覺傳感器、變頻驅動器、安全控制回路、遠端I/O等部件的連接,形成一網(wǎng)到底的新結構。目前,NXP、Renesas、Ti、ST等半導體企業(yè)已經(jīng)提供了帶實時以太網(wǎng)的從站協(xié)議CPU芯片。隨著種類更多、性價比更高的帶工業(yè)實時以太網(wǎng)協(xié)議的CPU出現(xiàn),以實時以太網(wǎng)為基礎的分布式可編程網(wǎng)絡控制系統(tǒng)必有很大的發(fā)展空間。對于PLC而言,雖然時間敏感網(wǎng)(TSN)的概念已經(jīng)提出,但是,工業(yè)實時以太網(wǎng)的路程卻剛剛開始,它與CANbus、RS485等接口一樣,未來還有較大的發(fā)展空間,探索未有窮期。

PLC智能控制

人工智能已經(jīng)成為當下熱門的話題。10多年前,當PLC編程語言國際標準IEC61131-3第三版采用面向對象技術和開放結構的時候,就奠定了PLC與智能的連接。目前,大多數(shù)以IEC61131-3標準為基礎的PLC均有了與MATLAB軟件的接口,可以直接生成PLC執(zhí)行代碼Simlink PLCcode。研究智能算法的專家們現(xiàn)在有機會將深度學習算法、遺傳算法、BP網(wǎng)絡、支持向量機、蟻群算法等算法與物理的機器世界連接,可將更多論文中算法借鑒到實際中。智能裝備生產(chǎn)實際需要大量有智能知識的軟件,據(jù)考察,國內(nèi)極少有開發(fā)人員使用到這個智能開發(fā)接口功能。工業(yè)是務實的,智能優(yōu)化控制一直是控制行業(yè)的追求,但與真正應用仍有距離。

PLC與互聯(lián)網(wǎng)連接

與智能概念不同的是,PLC與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)結合成為新技術的熱點。首先,從源于微軟的OLE(Object Linking and Embedding)到OPC(OLE for Process Control),到進一步統(tǒng)一通信方法OPC UA的引入,使得PLC與互聯(lián)網(wǎng)服務器的連接變得十分便捷。目前支持OPC UA已經(jīng)成為高端PLC的標配,如霍尼韋爾、西門子、倍福、歐姆龍等公司的PLC產(chǎn)品。其次,基于云服務與云管理技術已經(jīng)到來,遠端可編程技術不足為奇,設想10萬個在不同地區(qū)、不同應用的PLC,需要同時升級,管理編程將變得十分困難,而杭州義益鈦迪信息技術有限公司實現(xiàn)了云的可編程技術,用PLC云端多線程批量編程技術,使得這項工作變得十分容易。在今年中國(北京)國際工業(yè)智能及動力傳動與自動化展覽會上,德國3S公司展示了他們的PLC云服務與管理系統(tǒng),未來所有設備的控制器可以實現(xiàn)統(tǒng)一的云管理。最后,邊緣計算與PLC的結合產(chǎn)生了新的結晶,據(jù)悉美國A-B公司已推出邊緣PLC、美國OP22宣布推出OP22 Groov邊緣PLC、霍尼韋爾發(fā)布全新可編程邏輯控制器ControlEdgeTM PLC、杭州義益鈦迪信息技術有限公司推出的FSU—ePLC等,這些PLC集PC機、OPC服務器、邊緣網(wǎng)管為一體,具有監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)采集、可視化設備、過程控制、云服務等功能,實質上是一個工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)結構。

PLC實現(xiàn)對復雜運動的控制

隨著PLCopen的運動控制功能塊標準的Part4——協(xié)同運動技術的滲透,PLC成為了數(shù)控加工中心(CNC)的控制器。PLC作為機器人控制器的事實讓很多同行不以為然,甚至難以接受。新的運動控制概念和原理的引入,從力矩、速度、位置到單軸的運動、軸組的運動、一個運動過程接一個運動的協(xié)同與混成在PLCopen運動控制功能塊的標準下技術變得更規(guī)范、更強大。在此方面,德國的ISG公司提供給我們一個開放的解決方案,如:西班牙法格公司的數(shù)控最新一代FAGOR 8070的數(shù)控控制系統(tǒng),結合了控制器的高端性能和操作的靈活性。沈陽機床廠的新一代5i高端數(shù)控系統(tǒng)也是我國在使用PLCopen協(xié)同運動技術的第一個成功范例。

PLC的新技術重點體現(xiàn)在軟件上,需要強大的軟件支撐。PLCopen是目前國際上PLC軟件唯一的國際標準組織,其發(fā)布的IEC61131-3標準已經(jīng)成為共識,包括從邏輯(logic)、運動(motion)、安全(safety)到網(wǎng)絡(OPC-UA)的標準。目前,PLC o pen組織在制定的交互(XML)標準IEC61131-10會使PLC技術更加開放,交互更加便利。PLC作為制造業(yè)的核心,在“工業(yè)4.0”和 《中國制造2025》中,扮演著重要的角色。未來,要實現(xiàn)《中國制造2025》的宏偉目標,我們需要樹立正確的理念,更需要堅定正確的方向,從PLC的平臺工具軟件抓起,十年磨一劍,立足當下,把握時機。

作者簡介:

嚴義,二級教授,博士生導師,計算機應用、計算機系統(tǒng)結構專業(yè)方向。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院院長,兼杭州電子科技大學國家級計算機基礎實驗示范中心主任,浙江省嵌入式系統(tǒng)重點實驗室(杭電)主任,浙江省重點科技創(chuàng)新團隊(面向行業(yè)的嵌入式關鍵技術)負責人。現(xiàn)任PLCopen中國主席。中國機電一體化應用協(xié)會常務理事,浙江省重大專項專家組電子網(wǎng)絡組組長。

研究領域:計算機系統(tǒng)結構、嵌入式系統(tǒng)、機電一體化、自動化智能儀器儀表等。先后主持過國家自然基金、國家863項目,省部級科技重大、重點攻關項目若干。在國內(nèi)外重要學術刊物及國際重要學術會議上發(fā)表論文40多篇,被SCI、EI檢索論文20余篇,教材論著3部,授權發(fā)明專利10多項。主持的項目獲浙江省技術發(fā)明一等獎一項,浙江省科技進步獎一等獎一項、浙江省科技進步獎二等獎2項,浙江省科技進步獎三等獎1項。

現(xiàn)為享受政府特貼專家,浙江省有突出貢獻中青年專家,全國信息產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新先進個人,浙江省151人才工程一層次人員(重點資助人員)。


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