隨著(zhù)工業(yè)智能制造，工業(yè)4.0等概念的不斷推進(jìn)，PLC也得到更加廣泛的應用，近年來(lái)PLC的市場(chǎng)發(fā)展概況，根據Frorst &；Sullivan發(fā)布的全球PLC市場(chǎng)報告，有足夠的證據證明，PLC市場(chǎng)在所有范圍內都呈正增長(cháng)。在過(guò)去的十年中，PLC市場(chǎng)在經(jīng)受了前些年顯著(zhù)的下降之后，目前又呈現強勢反彈，估計到2018年市場(chǎng)將達到148.5億美元，比前五年增長(cháng)40%。令人感到興奮的是，中小型PLC將在市場(chǎng)增長(cháng)中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
ARC在2015年8月發(fā)表有關(guān)PLC和PAC的市場(chǎng)發(fā)展報告，其要點(diǎn)是：PLC與PAC市場(chǎng)在2014年實(shí)現擴張。其中特別是中國和北美成為增長(cháng)引擎。預計該市場(chǎng)在2015和2016年增長(cháng)前景不容樂(lè )觀(guān)，主要原因是金磚四國(巴西、俄羅斯、印度、中國)已不再是增長(cháng)因素。估計目前PLC裝機數量達5200萬(wàn)臺，其中以微小型PLC占相當數量，預計到2019年將達到6500萬(wàn)臺。其中很大數量在未來(lái)5年內都已經(jīng)到了其生命周期的更后階段?，F有裝機PLC的更新?lián)Q代，將是未來(lái)5年內PLC市場(chǎng)增長(cháng)的一個(gè)重要因素。此外，軟件和服務(wù)對PLC供應商和更終用戶(hù)越來(lái)越重要。更終用戶(hù)更多地會(huì )要求將硬件完成的功能需求利用軟件來(lái)實(shí)現。PLC相關(guān)服務(wù)也變得更重要。為了更專(zhuān)注于自己的核心競爭力，更有效充分利用工程資源，一些更終用戶(hù)已經(jīng)外包了許多PLC相關(guān)服務(wù)，如配置、培訓和維護。有跡象表明越來(lái)越多的用戶(hù)打算外包他們大部分的維護、培訓或備件業(yè)務(wù)，已經(jīng)成為趨勢。
據美國相關(guān)自動(dòng)化人士在社交網(wǎng)絡(luò )的討論，比較集中的意見(jiàn)認為是更終用戶(hù)推動(dòng)著(zhù)市場(chǎng)。機械裝備制造商偏愛(ài)PLC，是因為它使用簡(jiǎn)單可靠，性?xún)r(jià)比好。從技術(shù)人員的角度分析，則是掌握PLC的人群遠多于掌握PC和PAC的人群。不過(guò)，也不能認為PLC會(huì )永遠保持其傳統的形態(tài)。在未來(lái)的5年時(shí)間內，由于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的快速普及，以及云服務(wù)逐漸進(jìn)入工業(yè)市場(chǎng)，需要PLC提供直接與MES、ERP等上層管理軟件信息系統的接口，PLC系統一定要從硬件和軟件上適應新工業(yè)革命也即智能制造的需求，不然PLC制造廠(chǎng)商還會(huì )遭遇嚴峻的挑戰。
智能制造對PLC功能的新要求
PLC作為設備和裝置的控制器，除了傳統的邏輯控制、順序控制、運動(dòng)控制、安全控制功能之外，還承擔著(zhù)工業(yè)4.0和智能制造賦予的以下任務(wù)：
1、越來(lái)越多的傳感器被用來(lái)監控環(huán)境、設備的健康狀態(tài)和生產(chǎn)過(guò)程的各類(lèi)參數，這些工業(yè)大數據的有效采集，迫使PLC的I/O由集中安裝在機架上，必須轉型為分布式I/O。
2、各類(lèi)智能部件普遍采用嵌入式PLC，或者微小型PLC，盡可能地在現場(chǎng)完成越來(lái)越復雜的控制任務(wù)。
3、應用軟件編程的平臺化，進(jìn)一步發(fā)展工程設計的自動(dòng)化和智能化。
4、大幅提升無(wú)縫連通能力，相關(guān)的控制參數和設備的狀態(tài)可直接傳輸至上位的各個(gè)系統和應用軟件，甚至送往云端。
概括而言，即滿(mǎn)足工業(yè)大數據采集的需求，就地實(shí)時(shí)自治控制，編程的自動(dòng)化和智能化，提升無(wú)縫的連通能力。
PLC系統作為工業(yè)控制主力軍的地位會(huì )不會(huì )因為正在掀起的第四次工業(yè)革命而被逐步替代呢?回答是否定的。同時(shí)，這也取決于PLC軟硬件技術(shù)能否快速的進(jìn)行適應性的轉型和升級。事實(shí)上，PLC的軟件技術(shù)以PLCopen為先導，一直在為滿(mǎn)足工業(yè)4.0和智能制造日益清晰的要求做準備。圖1所表述的是PLCopen歷年來(lái)所開(kāi)發(fā)的各種規范在工業(yè)4.0參考架構模型(RAMI4.0)相應維度和層級中的位置,可以明顯地看到，PLCopen國際組織長(cháng)期以來(lái)為提高自動(dòng)化效率所做的工作。
PLC硬件如何適應智能制造的要求
盡管人們較普遍的認識是PLC硬件技術(shù)進(jìn)步是漸進(jìn)的，但也不能否認，PLC的硬件技術(shù)一直在為滿(mǎn)足工業(yè)4.0和智能制造日益清晰的要求積累經(jīng)驗。
特別是微電子技術(shù)的飛躍進(jìn)展，使得SoC芯片在主鐘頻率越來(lái)越高的同時(shí)而功耗卻顯著(zhù)減小;多核SoC的發(fā)展，又促進(jìn)了在PLC的邏輯和順序控制處理的同時(shí)，可以進(jìn)行高速的運動(dòng)控制處理、視覺(jué)算法的處理等;而通信技術(shù)的進(jìn)展使得分布式I/O運用越來(lái)越多，泛在的I/O運用也有了起步。
為迎接工業(yè)4.0的挑戰，PLC硬件設計應該在以下方面有一定的改善空間：
1、極大改善能耗和減小空間。PCB板85%的空間被模擬芯片和離散元器件所占，需要采取將離散元器件的功能集中于單個(gè)芯片中，采用新型的流線(xiàn)模擬電路等措施
2、增加I/O模塊的密度。
3、進(jìn)行良好的散熱設計，降低熱耗散。
4、突破信息安全的瓶頸(如何防范黑客攻擊、惡意軟件和病毒)。
概括起來(lái)說(shuō)，PLC的硬件必須具備綜合的性能，即更小的體積，更高的I/O密度，更多的功能。
舉例來(lái)說(shuō)，選用新型的器件收效顯著(zhù)：為了減小I/O模塊的體積，減少元器件的數量，采用多通道的并行/串行信號轉換芯片(serializer)，可以對傳感器24V的輸出信號進(jìn)行轉換、調理和濾波，并以5V的CMOS兼容電平輸入PLC的MCU。這樣可把必要的光電隔離器件減少至3個(gè)，來(lái)自多通道的并行/串行信號轉換芯片(serializer)的信號，可共享相同的光電隔離資源。
PLC軟件如何適應智能制造的要求
可編程控制器作為一類(lèi)重要的工業(yè)控制器裝置，之所以能夠在長(cháng)達數十年的工控市場(chǎng)上長(cháng)盛不衰，本質(zhì)上的原因必須從其內部去發(fā)掘。其中，軟件與硬件發(fā)展的相輔相成、相得益彰應該是重要原因。
IEC61131-3推動(dòng)PLC在軟件方面的進(jìn)步，體現在：
(1)編程的標準化，促進(jìn)了工控編程從語(yǔ)言到工具性平臺的開(kāi)放，同時(shí)為工控程序在不同硬件平臺間的移植創(chuàng )造了前提條件。
(2)為控制系統創(chuàng )立統一的工程應用軟環(huán)境打下堅實(shí)基礎。從應用工程程序設計的管理控制工程網(wǎng)版權所有，到提供邏輯和順序控制、過(guò)程控制、批量控制、運動(dòng)控制、傳動(dòng)、人機界面等統一的設計平臺，以至于將調試、投運和投產(chǎn)后的維護等，統統納入統一的工程平臺。
(3)應用程序的自動(dòng)生成工具和仿真工具。
(4)為適應工業(yè)4.0 和智能制造的軟件需求，IEC61131-3的第3版將面向用戶(hù)的編程O(píng)OP納入標準。
之前已開(kāi)發(fā)了許多為PLC控制系統工程設計、編程和運行，以及管理的工具性軟件。其中包括控制電路設計軟件包、接線(xiàn)設計軟件、PLC編程軟件包、人機界面和SCADA軟件包、程序調試仿真軟件以及自動(dòng)化維護軟件等等。盡管這些軟件都是為具體的工程服務(wù)的，但即使在對同一對象進(jìn)行控制設計和監控，它們卻都互不關(guān)聯(lián)。不同的控制需求(如邏輯和順序控制、運動(dòng)控制、過(guò)程控制等)要用不同的開(kāi)發(fā)軟件，在不同的工作階段(如編程組態(tài)、仿真調試、維護管理等)又要用不同的軟件。而且往往在使用不同的軟件時(shí)必需自行定義標簽變量(Tags)，而定義變量的規則又往往各取其便，導致對同一物理對象的相同控制變量不能做到統一的、一致的命名。
缺乏公用的數據庫和統一的變量命名規則，造成在使用不同軟件時(shí)不得不進(jìn)行繁瑣的變量轉換，重復勞動(dòng)導致人力資源成本高、效率低下。
工控編程語(yǔ)言是一類(lèi)專(zhuān)用的計算機語(yǔ)言，建立在對控制功能和要求的描述和表達的基礎上。作為實(shí)現控制功能的語(yǔ)言工具，工控編程語(yǔ)言不可能是一成不變的。其進(jìn)步必然受到計算機軟件技術(shù)和編程語(yǔ)言的發(fā)展，以及它所服務(wù)的控制工程在描述和表達控制要求和功能的方法的影響。
但是不論其如何發(fā)展和變化，這些年來(lái)的事實(shí)表明，它總是在IEC 61131-3標準的基礎和框架上展開(kāi)的。這就告訴我們，IEC61131-3不僅僅是工控編程語(yǔ)言的規范，也是編程系統實(shí)現架構的基礎和參照。
長(cháng)期以來(lái)PLCopen國際組織注重與許多國際標準化組織和基金會(huì )(如ISA、OPC基金會(huì )等)合作，開(kāi)發(fā)了基礎性的規范。圖2對此形象地做了詮釋。這些工作都為智能制造和工業(yè)4.0的應用和發(fā)展做了很多先導性的探索和準備，從而打下了堅實(shí)的基礎。
多年來(lái)PLCopen一直堅持與開(kāi)放標準化組織合作建立一種開(kāi)放標準的生態(tài)系統。譬如與OPC基金會(huì )合作開(kāi)發(fā)的：IEC61131-3的信息模型(2010年5月發(fā)布)，IEC 61131-3 的OPC UA Client FB客戶(hù)端功能塊(2015年3月發(fā)布)，IEC 61131-3的OPC UA Server FB服務(wù)端功能塊(2015年3月發(fā)布)。已經(jīng)成功地應用于包裝行業(yè)建立PackML系列規范，大大簡(jiǎn)化了包裝機械與上位生產(chǎn)管理系統的通信。
這些標準拓展了如今廣泛運用于計算技術(shù)行業(yè)的SOA面向服務(wù)的架構的應用范圍，同時(shí)也推進(jìn)了一度落后于計算技術(shù)和軟件的自動(dòng)化系統技術(shù)，快速跟上IT技術(shù)的進(jìn)展。
PLC是智能制造和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的先行官......，更多內容歡迎與我們探討。