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PC機有海量內存,開放的網絡連接,閃電式的處理速度,被證明是傳統可編程控製器的很好的替代方案。
控製用戶在過去幾年裏已經有充分的理由開始疑惑這樣一種現實:業內形成有兩個競爭陣線,有些說PC能很好的用於控製。而有些人說PC永遠不適合用於工廠的環境。今天,這些競爭對手很容易接受PC機用於許多工業生產控製的現狀:從機器製造和材料處理到汽車車身噴漆。
一個接一個的製造商至少在部分生產中正在采用PC控製方案。在德國Neckarsulrn的Audi(奧迪)車間,汽車噴漆車間施工者Dürr想試驗兩種新的基本概念。第一個將專門準備好的分布式、智能控製模塊直接安裝到機器上,而不是安裝在被保護的控製室。同時他希望集成控製係統和安全係統---用諸如Profibus的現場總線實現。
不能輕視自動化革新的風險,特別是在一直認為人工技能是不可缺少的領域---meiyourenbideguoqichezhizaoshangduiqichepenqiyaoqiugengkeke。tamenchengshenzhiduibeipenqiqichezhouweidekongqiyeyaoyangekongzhi。shijishang,duiyumeiyiliangtongguogongchangdeqiche,meicipenqiqiwenduzengjianliangyebutong。
奧迪噴漆車間的控製係統以PC為主機,與安裝在現場的智能模塊組成的網絡及連接,包括相同Profibus總線上的全套完整安全係統。
那麼,什麼是把這些嶄新的自動化概念組合在一起,應用到已經高度組織的過程控製中的最好方法?Dürr做出了驚人的選擇:基於PC的自動化。
最終的控製係統采用PC機作為主控製器,並與由特別加固的ET200X模塊構成的Profibus網絡相連,這些模塊不是安裝在控製盒內,而是直接安裝在所控製的功能單元上。為了保護操作人員,同一個Profibus網絡上的PC機控製一係列ET200S安全集成模塊。通過400V的電源總線向遠程電動機模塊供電。Dürr的格言也許是"拋棄控製室"。
Dürr做法的另一個大的好處是:所建立的模塊係統可以很容易地在後續的項目中複製。事實上,公司希望將基於PC的控製作為其標準的解決方案。
EberhardVogler負責奧迪噴漆車間的控製技術。他注意到分布式智能控製帶來了很大靈活性。"噴漆工廠的技術必須不斷更新。新油漆和新模型要求對生產線不斷修改。"但是,"試驗也有局限,奧迪認為停止生產線是被禁止的。"
然而,使用新係統一年後,他對結果很滿意。"基於PC的控製一直在談論,但對我們來說,測試這一技術發展趨勢的潛力很重要。"
他說奧迪對新係統施加了非常嚴格的測試條件。在係統被集成到生產線之前,通常要求連續24小時測試運行。試驗運行期間,必須達到99%有效。
Vogler先生說基於PC的控製器被證明在每一點都像PLC一樣的可靠。並且通過了甚至更重要的考驗:被操作和維護人員接受。
PC的情況
基於PC的控製,俗稱軟控製或軟邏輯,15多年一直企圖進入工業控製領域。令一些傳統自動化供應商感到驚慌的是,現今,PC控製已經開始在該領域得到應用。PC支持者稱他們的係統易於安裝和使用,有高級的診斷功能,為係統集成商提供了更靈活的選擇。
從長遠角度看,PC控製係統維護成本低。SteeplechaseSoftware公司的創建人MikeKleinshuo說"即使免費給你PLC,你很難負擔起它們的維護費用。"
可編程控製器受PC控製的威脅最大,所以對PC的應用很不安。"PC控製市場還沒有啟動",RockwellAutomation公司的MikeMiclot先生稱,"它不是宇宙飛船,而是B-52轟炸機。"
傳統上堅持PC是辦公機器,不適合工廠灰塵環境的人也在改變想法,許會接受新的觀點。在過去幾年裏,PLC提供商實際上已經加入到PC控製"浪潮"中---用他們自己的話說,這是必然的。
當然,也不應忽視PC對企業計算市場的衝擊。數以萬計的PC機正進入企業,從讀條碼到作為測試和測量平台,應用非常廣泛。盡管這些PC不是機器控製,其使用在新IT時代是不可缺少的。
PC真的適合控製?
受20世紀90年代Windows操作係統升級的推動,PC機席卷辦公室。並提高了工作效率。到20世紀末,成千上萬的打字機成了昔日遺物。
一些人幻想,PC在製造業會有相似的發展。在一定的程度上,的確是這樣。基於PC的控製成功地進入了市場的兩端:機器工具和過程自動化。在CNC(computernumericalcontrol)應用中,PC機幫助組織機器部件所需高度複雜和多軸運動的輪廓。在控製領域的另一端,WindowsNT工作站代替分布式控製係統龐大的控製台來監視和控製石油提煉、化學廠、造紙廠。在PC之前,這兩個市場一直被封閉的、專有的係統統治,不利於用戶。
但這是在工業的廣闊的中間部分。在生產機械的控製領域,PC獲(huo)得(de)了(le)市(shi)場(chang)份(fen)額(e)最(zui)大(da)。畢(bi)竟(jing)可(ke)編(bian)程(cheng)控(kong)製(zhi)器(qi)幾(ji)乎(hu)像(xiang)電(dian)子(zi)打(da)字(zi)機(ji)一(yi)樣(yang)古(gu)老(lao)。特(te)別(bie)是(shi)在(zai)美(mei)國(guo),甚(shen)至(zhi)可(ke)以(yi)追(zhui)溯(su)到(dao)戰(zhan)前(qian)時(shi)代(dai)的(de)硬(ying)線(xian)連(lian)接(jie)的(de)機(ji)電(dian)繼(ji)電(dian)器(qi)電(dian)路(lu)仍(reng)然(ran)有(you)使(shi)用(yong)。遵(zun)循(xun)EthernetTCP/IP網絡協議的開放式PC比PLC有明顯的優勢。這使得90年代後期經濟過熱時觀察家預計工業PC市場會有兩位數的增長。新的時代就要開始。
革命停滯
"從90年代中期到現在,e-commerce及e-manufacturing中一些長期堅持的信念已經消亡",Frost&Sullivan公司的工業分析家LanceGordon說,"技術沒有上限","工業自動化的發展有種某種看不見的速度限製。控製技術也許不必達到Moore定律"。
實際上PC控製的性能沒有每18月翻一翻。PC沒有代替PLC,有兩個基本原因。
在美國,許多PC創新者開辦小公司,他們主要開發軟件,這就是商業模式錯誤的地方。不管軟邏輯多麼重要。它僅占整個自動化項目的5%的份額。如同大多數PLC公司所熟知的,大約50-60%的成本在I/O和電動機驅動等部分。工業PC可能占10-20%。即使軟邏輯公司取得了很大成功,也仍然要麵臨集成問題;很明顯自動化項目40%的開銷是軟件。怎麼可能期望賣了5%份額的公司來承擔項目40%的責任。
製造業本身很清楚:他們希望購買整個係統。而不是分散的各個部件;這裏購買PC,那裏購買軟件包,另一個地方購I/O總線是不可取的。
再者說,WindowsNT也有難題。WindowsNT(以及後來的Windows2000和XP)也許是軟件工作者的最愛,但這對工廠底層控製而言,有很大問題。NT對工廠的計算機來說負擔太重;計算機需要數百兆的磁盤空間,而在工業現場,希望沒有任何旋轉部件;反應速度慢;非確定性等。如果NT用於控製,可能要增加協處理器板;擴展實時性能,或者修改內核;其它場合NT隻是你所看到的窗口,而真正的操作係統在後台。更糟的是,軟邏輯公司用各種硬和軟實時控製的定義混淆了市場。
"以任何方式修改WindowsNT的控製係統不再被認為是開放式結構",Rockwell公司的MikeMiclot說"這是專有的PC控製係統,有它自己的局限和支持標準。"
PC控製的新希望是WindowsCE操作係統。其占用空間非常小,有實時性能。工業界已經看到WinCE的產品。
區別不同之處
有關PC控製最著名的成功案例大多來自於底特律的通用汽車Powertrain製造基地。在那裏,分布在十幾個工廠的超過300個PC每天工作在機器生產線。梯形邏輯PLC已經完全消失,向Powertrain提供新機器的OEM必須符合PC控製指標。
NematronCorp公司的市場部經理JohnDunlap解釋說:"對於GM,關鍵的好處是PC所用的流程圖軟件。"1986年由位於Warren的Hydra-matic工廠首先引入。工程師對軟件的透明性和所提供高級診斷能力感到驚訝,宕機時間也大大較少。這個技術立即擴展到其他工廠。"但是實際很難準確得到時間較少的數值。因為Powertrain把它作為主要的競爭優勢而籠罩著神秘氣氛。"Dunlap說。
Nematron在1994從FloPro的發明人RonLavallee那裏得到該軟件,使其運行在WindowsNT下,並且增加了自己的HyperKernel程序,可把NT分成250微秒間隔的時間片斷,以保證實時響應。"奔騰III在250微秒內可以處理4,000個I/O,"Dunlap說。流程圖軟件與Nematron堅固的工業PC相結合在Powertrain已經被廣泛接受。
另一個位於AnnArbor---美國流程圖軟件中心的Entivity,是先前的SteeplechaseSoftware公司、ThinkandDo公司合並而來。現在部分由SchneiderElectric公司所有。工業經驗豐富的KenSpenser先生在TexasInstruments工業自動化部門出售給Siemens之前曾經領導該部門,擔任總裁兼CEO。雖然Entivity的兩個軟件產品EntivityStudio和VisualLogicController的由來不同,它們都是基於流程圖,並且進入各種行業的數百個不同的應用中。Entivity的網站(http://www.entivity.com/)有特別好的內容說明流程圖軟件的強大功能和在各種工業的應用。
但Entivity和其他PC控製軟件公司麵臨同樣的問題。用戶真正希望購買的是完整係統而不是僅僅一張光盤。Entivity又能從哪兒得到一條工業PC生產線呢?PhoenixContact,另一個工業自動化領域的公司在很大程度歸因於其Interbus總線產品。兩個公司現在成為合作夥伴。Phoenix提供PC和網絡硬件,Entivity提供流程圖軟件和編程支持。
PhoenixContact有自己的軟件控製產品生產線,PCWorX軟件包。這主要基於K&WsProCoNosIEC61131-3軟件(Phoenix有部分產權)。但是Entivity的流程圖軟件開闊了其視野。
PhoenixContract公司的LarryKomarek說:"具有諷刺意義的是,顧客說他們需要開放係統。"但(dan)是(shi)到(dao)最(zui)後(hou),他(ta)們(men)通(tong)常(chang)從(cong)同(tong)一(yi)個(ge)供(gong)應(ying)商(shang)那(na)裏(li)購(gou)買(mai)所(suo)有(you)部(bu)件(jian)。他(ta)們(men)真(zhen)正(zheng)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)是(shi)他(ta)們(men)希(xi)望(wang)保(bao)證(zheng)不(bu)被(bei)一(yi)些(xie)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)卡(ka)住(zhu),而(er)在(zai)必(bi)要(yao)時(shi)可(ke)以(yi)轉(zhuan)向(xiang)另(ling)一(yi)個(ge)供(gong)應(ying)商(shang)。
隻需軟件
在歐洲,HansBeckhoff最主張依靠基於PC控製技術來推動自動化市場。他創建了最成功的PC控製公司。他的成功有兩點:一、所有工作由一個平台上的軟件完成。二、向客戶提供所需要的所有東西,客戶不必在其它地方購買其他部件。在1985年他開發了第一個基於DOS的係統之後,他沒有回頭。
軟件是PC控製係統工作的關鍵。在Beckhoff哲學中,增加硬件被認為適得其反。"如果你希望充分利用先進的技術和走低的價格優勢,那麼必須用標準的PC並且增加盡可能少的硬件。"。Beckhoff先生堅持:"如果你有智能運動控製卡,那麼,價格和性能與運動卡相關,而不是PC發展。"
Beckhoff公司的TwinCAT軟件結合了所有的功能:邏輯和運動控製、操作界麵和控製機器需要的特殊功能,如電子齒輪、計算機輔助製造控製等。TwinCAT仍可發展,隨著下一代PC的誕生,它可以運行的更快更好。
Beckhoff在其上層捆綁了軟件和工業PC以及其他任何控製係統需要的:現場總線、電纜、終端模塊和I/O係統。沒有其他PC控製公司提供如此完整。
用Beckhoff係統做成的Husky注模係統最能說明PC控製係統的強大功能。加拿大製造的機器,可以覆蓋乒乓球台範圍,需要一係列專門的控製器:一個PLC用於負責機器過程、一個注射控製器、一個夾持控製器、一個機器人控製器、一個溫度控製器、在電動注模機還有更進一步的控製器用於操作單個伺服軸。
通過液壓傳動操作定位軸的運動控製不是一件小事。控製輪廓是速度和壓力控製的非線性結合。因為有100多個控製加熱點,模子、熱轉子與噴嘴各種各樣,即使溫度控製也變得有挑戰性。
用Beckhoff的TwinCAT係統可將所有這些控製結合在單個工業PC中,並且提供操作界麵。機器信號通過Profibus總線和總線端子收集和傳送。取消了分別用於伺服電機功率器件的電子盒。這些部件現在安裝在中心控製室。Husky每年製造大約600台這種機器,到2004底,每個機器都有單獨的控製PC。
PLC製造者正在做什麼
具有數億元的安裝基礎,PLC製造者必須仔細考慮下麵的新趨勢。購買自動化設備考慮非常長的生命周期。一般10-20年nian。終zhong端duan用yong戶hu不bu希xi望wang像xiang辦ban公gong設she備bei那na樣yang,為wei了le追zhui求qiu新xin技ji術shu而er三san年nian更geng換huan一yi次ci。製zhi造zao業ye的de根gen本ben原yuan則ze是shi可ke以yi做zuo任ren何he你ni喜xi歡huan的de,但dan不bu能neng中zhong斷duan生sheng產chan。如ru果guo現xian在zai的de仍reng在zai工gong作zuo,你ni不bu敢gan改gai變bian它ta。
Rockwell在1996年推出SoftLogix,即在PC上模擬PLC的軟件包,以作為嚐試,MikeMiclot說"這是對PLC-5一對一的替換"。由於有典型的PLC,他有10年前最佳典型控製器的所有特點和功能。Rockwell的目標是使PC像PLC。因此客戶可以選擇平台,選擇自己感到滿意的任何一個。
這是Rockwell的發展路線。PC控製不是選擇其一,隻是簡單的需要將控製結合到高水平的信息集成的用戶選擇方案。例如位於Anna,Ohio的Honda發動機廠最近在3條機器傳送生產線上安裝了SoftLogix,代替了一條生產線的14個PLC和其他兩條生產線的23個PLC。
Honda公司的工程協調員NickBalster解釋說"我們需要更新是因為現在生產線的控製技術是10年前的"。在這一應用中,PC控製一個大的好處是數據處理。信息可以通過軟件而不是硬件從一處傳送到另一處。而且數據可以收集到Excel中。以方便分類、求平均。更好的理解工具的使用和機器異常。
Balster說"我們對基於PC的選擇感到滿意,因為我們知道我們相同的控製項目可以用於軟件和硬件中。"這在一次說明PC係統不適用的場合PLC是個選擇。
將來會合
機器控製的將來很可能存在於PC和PLC之間,這些融合的跡象已經出現。
在美國,PC控製的驅動作為控製語言比梯形邏輯更強大和更透明。在過去幾十年裏,歐洲工程師已經使用諸如功能塊、順序功能圖。美國現在的主流PLC也提供這些。
PC的另一個好處是它能夠集成大量數據,並能傳向高級計算機。認識到這點,PLC製造者在其產品中提供廉價的以太網口,大量增加內存和處理能力。事實上ARC的CraigResnick已經建議更改PLC的名稱為ProgrammableAutomationController(可編程自動化控製器)以便反映出現的多領域、多學科開放的和模塊化信息平台。
但是多年來,PC軟件公司比PLC有大的技術優勢:數據集成和通信。不管他們是否能充分利用它,但優勢是存在的。
企業範圍的數據集成是自動化公司下一代的發展前沿。他們已經參與和收購manufacturingexecutionsystems(MES)軟件公司來定位他們在未來市場的位置。
這裏就是PC控製公司的亮點。Nematron公司的JohnDunlap說"對於數據到企業,工業是如此之慢"。這一領域有非常堅實的市場增長。我們從HMI或者PC控製的角度作這些事情。
而且,PC有它的技巧:WindowsCE移植向下兼容的軟件版本到WinCE平台將在價格上對microPLC更有競爭力。早期基於WinCE的產品性能不盡人意。但是像Phoenix這樣的公司用協處理器大大加強tinyCE控製麵板,來與中級microPLC競爭,售價在$2000to$3000範圍。
為什麼PLC製造商不很擔心PC的競爭
在基於PLC自動化的早期,控製器體積大而且昂貴。但是隨著技術進步,體積小的小型PLC通過聯網逐漸取而代之。對於小的獨立應用,更小的微型PLC(可到32I/O)已經出現,價格大約幾百歐元。由於PLC尺寸減小,利潤也在下降,但銷售量的增加可以部分補償這些損失。
PC與PLC競爭主要在高端應用上,其數據複雜且設備集成度高。PC不可能與低價的微型PLC競爭,這是PLC市場增長最快的一部分。PLC市場反映了全世界製造業的狀況,2000後大幅度下滑。但是,按照AutomationResearchCorp公司DickSlansky的預測,盡管全球經濟下滑,PLC市場將會複蘇,他估計PLC市場在2000年為62億美元,並對2005年底回到62億美元,並繼續略微增長充滿信心。
與PLC相比,PC軟件很便宜。2000年,Frost&Sullivan公司的LanceGordon估計,全世界PC控製市場大約每年8500萬美元為控製軟件,一億美元為操作係統。如果工業PC包括在內,估計大約為7億美元,PC市場變得更加可觀。和PLC一樣,PC市場在過去的兩年裏,保持平穩。Gordon先生說到2007年會翻一番。
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