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彭瑜:PLC技术可持续发展的几个方向

导读: 席卷全球的金融风暴为实体经济带来极大的影响,但似乎并未对科学技术的发展构成威胁。这也启示人们重新认识,从推动人类进步和经济社会发展的视角来看,科技精英所起的巨大作用不容小觑。借此机会,我想就近年来围绕PLC技术和应用领域的长足进步作一些初步的概括和描述。——上海工业自动化仪表研究院 彭瑜

IEC 61131-3的XML格式及其应用

  随着IEC 61131-3标准被广泛接受,经济竞争的环境日益严峻,而在工业控制软件的开发成本和工程成本日益上升的形势下,希望能在不同的软件开发环境之间交换其程序、函数/功能块库和工程项目的需求越发高涨。考虑到编程仅仅是控制软件完整应用开发套件的一个环节,为规范它与其他环节间的数据交换的接口,有必要提供为实现IEC 61131-3编程的数据交换规范。通过为IEC 61131-3规定一种XML的格式,倡导一种开发环境,使得在此基础上构成统一的工程软件平台。

  利用PLCopen规范的XML格式,来实现不同软件工具的数据交换:为统一的工程平台实现不同控制功能的编程、组态提供基础;为统一的工程平台实现设计、调试、运行操作、维护各阶段功能的前后衔接提供基础;进行不同硬件平台定义的I/O变量和内部变量直接的变换,为控制程序无障碍移植创造前提条件。包括文本化编程语言、图形化编程语言、结构化编程语言、图形信息、数据类型等信息,都可用XML的格式予以表达。

  举例来说,由德国的汽车制造商Daimler发起,联合了ABB、KUKA、Rockwell Automation、Siemens等工业企业以及一些软件和服务商,成立了AutomationML(Automation Markup Language)组织,为的就是通过共同定义数字化工厂的一种中间格式——自动化标记语言AutomationML,并进行标准化。AutomationML标准是一种免费的开放标准,主要用于制造自动化,包括机器人和物流,但不局限于此。其创新主要在于:在一个单一的根格式(XML格式)下将许多重要工程方面所接受的标准综合起来予以应用。

IEC 61131-3的OPC UA信息模型

  建立IEC 61131-3的OPC UA信息模型的目的在于提高控制器和可视化装置(人机界面)、上位信息系统之间通信的复用性。从长期应用的观点看,将明显提高工程流程的效率和显著降低工程成本。设想当某个PLC项目中有许多控制平台由不同的供应商提供,如果用一种可视化工具或MES/ERP,从这些控制平台的外部来看,他们完全是一样的。PLCopen之所以选择OPC UA,是因为使用OPC的统一架构解决了如下问题:在监控层面如何发现与之通信的对象;如何使通信对象的数据、复杂数据和功能性是完全可利用的;如何使通信可靠、可执行,又与操作系统和编程语言无关;如何确保信息安全。

  在2009年德国纽伦堡SPS/IPC/Drives展会、2010年HMI展会以及2010年灯光和建筑展会上分别展出了由多个供应商采用OPC的IEC 61131-3信息模型的实物演示。

嵌入式PLC的发展趋势与潜力

  根据《Control Design》杂志的调查,2009年美国机械行业的PLC用户占2/3,PAC和PC控制合起来只占13%,而嵌入式PLC仅占5%。这可以说明,嵌入式PLC具有很大的发展空间。

  目前,嵌入式PLC的发展也呈现多元化,国内外均有良好表现:德国赫优讯推出的将现场总线技术和PLC技术结合的netPLC很有特色;国内几年前就有华中科技大学在EASY CORE 1.00核心芯片组中加载了嵌入式PLC系统软件,作为硬件平台,开发了多模入通道的嵌入式PLC;还有一种发展路径是以开发PLC与人机界面相结合的硬件/软件一体化为目标的平台,充分利用了CASE工具,结合各类嵌入式芯片的开发平台和各种输入/输出通道的硬件电路库,专为机电设备开发客制化、具有ODM性质的专用PLC。

  嵌入式PLC在我国具有较广阔的发展空间,首先在于它十分有利于发挥我国自动化行业发展的两大特点:有相当雄厚的为机电设备配套的市场基础,并拥有足够的、性价比全球最优的设计开发队伍。我们完全可以以最低的成本、较高的质量,并按客制化的要求设计、生产为机电设备配套的嵌入式PLC,来代替通用PLC。

  同时,嵌入式PLC的硬件、软件、人机界面、通信等各方面的功能设计灵活,易于剪裁,更贴近各种档次的机电设备的要求。嵌入式PLC完全基于嵌入式系统的技术基础,拿来就可用。SoC芯片、嵌入式操作系统与符合IEC 61131-3编程语言标准的编程环境等优势,使得其在市场上很容易找到。

  在目前环境下开发通用PLC的技术不难突破,但抢占市场需要大量财力和人力资源投入。在市场已被为数不多的几家大公司稳固瓜分的今天,走这样的路线似乎事倍功半。我国小型PLC近年来也有可喜进步的实践,也同样证明了这一判断。

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