智能制造时代高端PLC之我见

智能制造 · 发表于 2017-1-20 15:55:42

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

具备超过上千点数字量和模拟量控制的能力

2.存储器容量

控制器自身集成的工作存储空间可达几十MB，同时支持外置存储卡扩展装载存储空间。

3.可选非易失性存储器

4.环境技术参数

工作温度遵从IEC 60068-2-1、IEC 60068-2-2和IEC 60068-2-14标准：0-60ºC ；

相对湿度遵从IEC 60068-2-30标准：5 – 95%，无冷凝；

抗振动遵从IEC 60068-2-6标准：10 – 500 Hz 条件下 2 g；

抗冲击性遵从IEC 60068-2-27标准：工作冲击30 g 。

5.多种认证

UL、ULH、cUL、cULH、CE、ATEX、EAC、FMH、KOREA、MARINE 和 RCM等。

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。

最简单的PLC系统在机架中只包含单一控制器和多个I/O模块。而复杂系统会有下列情况：

•一个机架中有多个控制器；

•多个控制器接入多个网络；

• I/O位于多个平台，分布在多个位置，可通过多个I/O总线或网络链接。

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。

流程控制系统的一个要求是能够连接现场仪表，如：温度、压力、差压、流量、液位等变送器，有时要连接如：HART、FF和Profibus PA等现场总线。所以控制系统通常使用模块直接连接变送器，或通过网关连接现场总线变送器。

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。

现在很多安全控制器可以与标准控制器混用，这种系统的主要好处是一个项目中安全与标准一起共用一个PLC平台。安全控制器是整个控制系统的一部分，可以自动配置，不需要用户干预。

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。

支持运动控制的PLC广泛用于各类机器的工作：

•在以太网上集成运动控制，支持驱动器直接连接以太网；

•运动控制器可用以太网执行多轴、同步运动控制应用；

•有些PLC还支持模拟输入的伺服模块控制驱动器/执行器。

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。