西門子與PLC的前世今生,PAC是噱頭還是趨勢?

2020-11-22 億歐網

從最初的單板機到PLC、PC再到結合了PLC和PC優勢的PAC綜合控制產品的誕生,工業控制器在歷史的更迭中,其產品形態越來越豐富,但不同的控制器之間,也因為不同的特點,存在著一定替代關係:PC對PLC帶來的挑戰,新的PAC的衝擊

「長期來看,基於PLC/open,基於PC-base的編程以及基於PAC的三種控制產品將會長期共存。」雷賽智能應用技術總監楊力說。

西門子與PLC的前世今生

PLC的誕生,跟汽車生產有著莫大的「淵源」。 

1969年,美國數字設備公司研製出了第一臺可編程邏輯控制器--PDP14。並在美國通用汽車公司的生產線上試用成功,取代生產線上的繼電器控制系統,開創了工業控制的新紀元。 

早期的可編程控制器是為取代繼電器-接觸器控制系統而設計的,用於開關量控制,具有邏輯運算、計時、計數等順序控制功能,故稱之為可編程邏輯控制器PLC 。 

1971年,日本開始生產可編程控制器,德、英、法等各國相繼開發了適於本國的可編程控制器,並推廣使用。 

1973年,德國西門子研製出歐洲第一臺可編程邏輯控制器,型號為SIMA TICS4。

1974年,中國也開始研製生產可編程控制器。 

在20世紀70年代初,出現了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器中,使可編程邏輯控制器增加了運算、數據傳送及處置等功能,完成了真正具有計算機特徵的工業控制裝置。此時的可編程邏輯控制器是微機技術和繼電器慣例控制概念相結合的產物。 

PLC進入了實用化發展階段。計算機技術已全面引入PLC中,使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗幹擾設計、模擬量運算、PID功能以及極高的性價比,都奠定了其在現代工業中的地位。 

在20世紀80年代初,PLC在先進工業國家中已獲得廣泛應用。世界上生產PLC的國家日益增多,產量日益上升。這標誌著PLC已經步入了成熟階段。 

在20世紀80年代至90年代中期,是PLC發展最快的時期,年增長率一直保持在30~40%,到80年代末,PLC技術已經很成熟,並從開關量邏輯控制擴展到計算機數字控制 (CNC) 等領域,開始逐漸進入過程控制領域,在某些應用上取代了過程控制領域中處於統治地位的DCS系統。 

彼時,PLC在處理速度、控制功能、通信能力等方面均有新的突破,並向電氣控制、儀表控制、計算機控制一體化方向發展,性價比不斷提高,成為了工業自動化的支柱之一。 

這時候的可編程控制器的功能已不限於邏輯運算,具有了連續模擬量處理、高速計數、遠程輸入和輸出和網絡通信等功能。 

在20世紀末期,可編程邏輯控制器的發展特點是需要更加適應於現代工業。這個時期發明了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機界面單元、通信單元,使應用可編程邏輯控制器的工業控制設備的配套更加容易。

作為最早研發PLC的企業之一,西門子PLC在中國市場的佔有率非常高,這家將「創新」奉為圭臬的企業在過去幾十年的歷程裡,一直對PLC產品進行迭代,從最初的SIMATIC S3到SIMATIC S5、S5- U系列PLC,再到S7系列、PCS7系列。 

如今S3、S5系列PLC已逐步退出市場,停止生產,而S7系列PLC發展成為了西門子自動化系統的控制核心,而TDC系統沿用SIMADYN D技術內核,是對S7系列產品的進一步升級,它是西門子自動化系統最尖端,功能最強的可編程控制器。

 PLC憑藉著高穩定和高可靠性成為自動化領域集聚競爭力的控制工具,目前也還是主流的控制工具之一,但因為PLC體系結構封閉,各PLC廠家的硬體的體系互不兼容,程式語言以及指令系統也各異,開放性不高。

 PLC陣營除了西門子之外,國外還有羅克韋爾和ABB,而國內做的比較好的廠家包括無錫信捷、北京和利時集團、臺達、浙大中控集團、合信自動化、科威等。 

倍福和PC控制技術發展史

隨著市場的快速變化和智能製造的發展要求,客戶對控制系統提出了越來越多的需求,包括對數位化、信息化的要求。除了關注高性價比以外,對系統靈活性和開放性的關注也越來越多。 

此外,控制系統需要將更多的功能集成在一個平臺上,以降低成本,提高效率,比如集成圖像處理、狀態監控、機器學習、機器人控制等功能。控制系統還需要兼容不同的傳感器和執行器,以更好地適應客戶對性能、價格和服務的不同要求。 

1986年,倍福推出首款基於PC的設備控制器;1988年推出基於PC的軟PLC/NC(DOS),開創了新的運動控制時代。 

2019年是倍福推出基於PC的控制技術的第33周年,同時也是倍福進入中國的第18年。PC控制器、持續發展的EtherCAT實時乙太網通信技術和TwinCAT軟體平臺構成倍福PC控制系統的「三原色」。

2018年,雖然自動化市場增長明顯放緩,但倍福中國依然取得了令人滿意的成績,總體業務實現了8%的增長,銷售額達到歷史新高10.3億元人民幣。據悉,倍福中國在金屬加工、光伏、半導體和電子製造等領域實際增長率達到32%。 

倍福在業績上的表現充分證明了基於PC控制技術的強大生命力。 

PC-Based控制器應用於運動控制領域中的很多行業,例如機器人、半導體、包裝機械、EMS等。隨著汽車、半導體行業對工業機器人需求的增加,以及陶瓷衛浴、製藥等新興行業對工業機器人的使用,刺激了PC-Based運動控制器在機器人領域的快速發展。 

此外,直角坐標機器人和國產品牌的多關節機器人功能簡單、價格便宜,越來越多的廠商會選擇性價比較高的PC-Based運動控制器。 

近年來,半導體製程和封裝測試廠商在中國迅速建廠,國產半導體設備銷售收入保持15~20%的調整增長,這些設備使用的運動控制器中50%為PC-Based運動控制器。 

此外,包裝機械行業逐漸加入機器視覺功能,對PC-Based運動控制需求也逐步增加。有業內人士指出,未來PC-Based運動控制器的應用領域將會進一步擴大,部分PLC市場會向PC-Based市場轉移。 

為此,倍福董事總經理梁力強表示,倍福中國會繼續宣傳和推廣基於PC的開放式控制系統,著力開拓戰略性新興產業,包括鋰電設備、電子製造和半導體、倉儲和物流行業以及國家重點發展的高端裝備製造業。 

PC-Based的發展,對於PLC無疑是挑戰,此前有人預言PLC將逐步退出工業自動化的歷史舞臺,不過過去10年內,超小型和小型PLC的性能獲得了極大地提高,產量也大幅增長。 

PC-Based控制器陣營中,除研華、華北工控、研祥等工控機生產廠商外,目前PC-based運動控制產品市場中,國產廠商固高、眾為興、雷賽等在運動控制卡這一細分領域佔據主導地位。 

而在嵌入式控制器及軟PLC這兩個細分市場上,以倍福、貝加萊、CODESYS為代表的外資廠商仍然佔據著主要的市場份額。當然,國內也有一些基於PC技術的控制器企業,其中包括華成工控、納博特、人通智能等。 

PAC是噱頭還是趨勢?

目前很多現代化的工業應用需要更多的功能要求,如網絡連接、設備互用、企業數據集成等,這些都遠遠超過了傳統的、基於離散邏輯控制的PLC所能提供的功能,想要基於PLC的系統實現這些功能,必須用單獨的處理器、網關獲轉換器,運行於獨立的PC軟體中間件以及企業系統級的專用軟體進行系統集成。 

PC-Based在自動化應用初期被PLC陣營高度質疑,至今市場上仍有相關疑慮,主要問題有穩定性、可靠性和程式設計環境不穩定三點,因此也有工程師將PLC配合PC使用,不過這在系統整合上比較麻煩。 

為了解決PLC和PC-Based的整合問題,美國研究機構ARC提出了PAC架構的控制器(可編程自動化控制器),PAC融合了PLC和PC-Based兩種技術,在PC層面,會大量應用嵌入式技術,擁有使用軟體來定義硬體的能力就是其一。 

擁護者認為,PAC的價值在於所有部件均按照軟體和硬體集成最靈活、最方便、成本最低為出發點,從而使得用戶設備的生命周期成本較低,資產的投資回報率提高,資產所有者總成本下降。 

當然,也有觀點認為,PAC仍屬於PC-Based產品,只是換了另外一種包裝。但就市場整體面來看,PAC的確已經逐漸成形,包括西門子在內的大廠,均已紛紛推出產品,國內像研華也推出了全新一代的PAC控制器APAX-5000 系列。 

他們認為,未來嵌入式技術將會被廣泛應用於PAC,成為自動化系統的重要技術之一。 

在用戶和系統集成商之間,對於PAC的質疑同樣存在:PAC相對於PLC來說價格高、可靠性低、可拓展能力差,還有人認為,PAC並沒有真正針對某種迫切的或者潛在的市場需求,因此不免曲高和寡。 

有部分反對者則認為,PAC技術發展趨向,如統一的多專業開發平臺、通信技術等也會對PLC的技術發展施加有益的影響。 

值得一提的是,除了上述提到的PLC、PC-Based和PAC之外,針對行業應用,機器人專用控制器成為國內多數廠商布局的重點,特別是像埃斯頓、華中數控、配天機器人等這樣以機器人本體研發為主的企業。


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