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PC機(jī)有海量內(nèi)存，開放的網(wǎng)絡(luò)連接，閃電式的處理速度，被證明是傳統(tǒng)可編程控制器的很好的替代方案。
控制用戶在過去幾年里已經(jīng)有充分的理由開始疑惑這樣一種現(xiàn)實(shí)：業(yè)內(nèi)形成有兩個(gè)競爭陣線，有些說PC能很好的用于控制。而有些人說PC永遠(yuǎn)不適合用于工廠的環(huán)境。今天，這些競爭對手很容易接受PC機(jī)用于許多工業(yè)生產(chǎn)控制的現(xiàn)狀：從機(jī)器制造和材料處理到汽車車身噴漆。
一個(gè)接一個(gè)的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案。在德國Neckarsulrn的Audi（奧迪）車間，汽車噴漆車間施工者Dürr想試驗(yàn)兩種新的基本概念。第一個(gè)將專門準(zhǔn)備好的分布式、智能控制模塊直接安裝到機(jī)器上，而不是安裝在被保護(hù)的控制室。同時(shí)他希望集成控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)---用諸如Profibus的現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)。
不能輕視自動(dòng)化革新的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在一直認(rèn)為人工技能是不可缺少的領(lǐng)域---沒有人比德國汽車制造商對汽車噴漆要求更苛刻。他們稱甚至對被噴漆汽車周圍的空氣也要嚴(yán)格控制。實(shí)際上，對于每一輛通過工廠的汽車，每次噴漆其溫度增減量也不同。
奧迪噴漆車間的控制系統(tǒng)以PC為主機(jī)，與安裝在現(xiàn)場的智能模塊組成的網(wǎng)絡(luò)及連接，包括相同Profibus總線上的全套完整安全系統(tǒng)。
那么，什么是把這些嶄新的自動(dòng)化概念組合在一起，應(yīng)用到已經(jīng)高度組織的過程控制中的最好方法？Dürr做出了驚人的選擇：基于PC的自動(dòng)化。
最終的控制系統(tǒng)采用PC機(jī)作為主控制器，并與由特別加固的ET200X模塊構(gòu)成的Profibus網(wǎng)絡(luò)相連，這些模塊不是安裝在控制盒內(nèi)，而是直接安裝在所控制的功能單元上。為了保護(hù)操作人員，同一個(gè)Profibus網(wǎng)絡(luò)上的PC機(jī)控制一系列ET200S安全集成模塊。通過400V的電源總線向遠(yuǎn)程電動(dòng)機(jī)模塊供電。Dürr的格言也許是"拋棄控制室"。
Dürr做法的另一個(gè)大的好處是：所建立的模塊系統(tǒng)可以很容易地在后續(xù)的項(xiàng)目中復(fù)制。事實(shí)上，公司希望將基于PC的控制作為其標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。
EberhardVogler負(fù)責(zé)奧迪噴漆車間的控制技術(shù)。他注意到分布式智能控制帶來了很大靈活性。"噴漆工廠的技術(shù)必須不斷更新。新油漆和新模型要求對生產(chǎn)線不斷修改。"但是，"試驗(yàn)也有局限，奧迪認(rèn)為停止生產(chǎn)線是被禁止的。"
然而，使用新系統(tǒng)一年后，他對結(jié)果很滿意。"基于PC的控制一直在談?wù)摚珜ξ覀儊碚f，測試這一技術(shù)發(fā)展趨勢的潛力很重要。"
他說奧迪對新系統(tǒng)施加了非常嚴(yán)格的測試條件。在系統(tǒng)被集成到生產(chǎn)線之前，通常要求連續(xù)24小時(shí)測試運(yùn)行。試驗(yàn)運(yùn)行期間，必須達(dá)到99%有效。
Vogler先生說基于PC的控制器被證明在每一點(diǎn)都像PLC一樣的可靠。并且通過了甚至更重要的考驗(yàn)：被操作和維護(hù)人員接受。
PC的情況
基于PC的控制，俗稱軟控制或軟邏輯，15多年一直企圖進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。令一些傳統(tǒng)自動(dòng)化供應(yīng)商感到驚慌的是，現(xiàn)今，PC控制已經(jīng)開始在該領(lǐng)域得到應(yīng)用。PC支持者稱他們的系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇。
從長遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本低。SteeplechaseSoftware公司的創(chuàng)建人MikeKleinshuo說"即使免費(fèi)給你PLC，你很難負(fù)擔(dān)起它們的維護(hù)費(fèi)用。"
可編程控制器受PC控制的威脅最大，所以對PC的應(yīng)用很不安。"PC控制市場還沒有啟動(dòng)"，RockwellAutomation公司的MikeMiclot先生稱，"它不是宇宙飛船，而是B-52轟炸機(jī)。"
傳統(tǒng)上堅(jiān)持PC是辦公機(jī)器，不適合工廠灰塵環(huán)境的人也在改變想法，許會(huì)接受新的觀點(diǎn)。在過去幾年里，PLC提供商實(shí)際上已經(jīng)加入到PC控制"浪潮"中---用他們自己的話說，這是必然的。
當(dāng)然，也不應(yīng)忽視PC對企業(yè)計(jì)算市場的沖擊。數(shù)以萬計(jì)的PC機(jī)正進(jìn)入企業(yè)，從讀條碼到作為測試和測量平臺(tái)，應(yīng)用非常廣泛。盡管這些PC不是機(jī)器控制，其使用在新IT時(shí)代是不可缺少的。
PC真的適合控制？
受20世紀(jì)90年代Windows操作系統(tǒng)升級的推動(dòng)，PC機(jī)席卷辦公室。并提高了工作效率。到20世紀(jì)末，成千上萬的打字機(jī)成了昔日遺物。
一些人幻想，PC在制造業(yè)會(huì)有相似的發(fā)展。在一定的程度上，的確是這樣。基于PC的控制成功地進(jìn)入了市場的兩端：機(jī)器工具和過程自動(dòng)化。在CNC(computernumericalcontrol)應(yīng)用中，PC機(jī)幫助組織機(jī)器部件所需高度復(fù)雜和多軸運(yùn)動(dòng)的輪廓。在控制領(lǐng)域的另一端，WindowsNT工作站代替分布式控制系統(tǒng)龐大的控制臺(tái)來監(jiān)視和控制石油提煉、化學(xué)廠、造紙廠。在PC之前，這兩個(gè)市場一直被封閉的、專有的系統(tǒng)統(tǒng)治，不利于用戶。
但這是在工業(yè)的廣闊的中間部分。在生產(chǎn)機(jī)械的控制領(lǐng)域，PC獲得了市場份額最大。畢竟可編程控制器幾乎像電子打字機(jī)一樣古老。特別是在美國，甚至可以追溯到戰(zhàn)前時(shí)代的硬線連接的機(jī)電繼電器電路仍然有使用。遵循EthernetTCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開放式PC比PLC有明顯的優(yōu)勢。這使得90年代后期經(jīng)濟(jì)過熱時(shí)觀察家預(yù)計(jì)工業(yè)PC市場會(huì)有兩位數(shù)的增長。新的時(shí)代就要開始。
革命停滯
"從90年代中期到現(xiàn)在，e-commerce及e-manufacturing中一些長期堅(jiān)持的信念已經(jīng)消亡"，F(xiàn)rost&Sullivan公司的工業(yè)分析家LanceGordon說，"技術(shù)沒有上限"，"工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展有種某種看不見的速度限制。控制技術(shù)也許不必達(dá)到Moore定律"。
實(shí)際上PC控制的性能沒有每18月翻一翻。PC沒有代替PLC,有兩個(gè)基本原因。
在美國，許多PC創(chuàng)新者開辦小公司，他們主要開發(fā)軟件，這就是商業(yè)模式錯(cuò)誤的地方。不管軟邏輯多么重要。它僅占整個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的5%的份額。如同大多數(shù)PLC公司所熟知的，大約50-60%的成本在I/O和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等部分。工業(yè)PC可能占10-20%。即使軟邏輯公司取得了很大成功，也仍然要面臨集成問題；很明顯自動(dòng)化項(xiàng)目40%的開銷是軟件。怎么可能期望賣了5%份額的公司來承擔(dān)項(xiàng)目40%的責(zé)任。
制造業(yè)本身很清楚：他們希望購買整個(gè)系統(tǒng)。而不是分散的各個(gè)部件；這里購買PC，那里購買軟件包，另一個(gè)地方購I/O總線是不可取的。
再者說，WindowsNT也有難題。WindowsNT（以及后來的Windows2000和XP）也許是軟件工作者的最愛，但這對工廠底層控制而言，有很大問題。NT對工廠的計(jì)算機(jī)來說負(fù)擔(dān)太重；計(jì)算機(jī)需要數(shù)百兆的磁盤空間，而在工業(yè)現(xiàn)場，希望沒有任何旋轉(zhuǎn)部件；反應(yīng)速度慢；非確定性等。如果NT用于控制，可能要增加協(xié)處理器板；擴(kuò)展實(shí)時(shí)性能，或者修改內(nèi)核；其它場合NT只是你所看到的窗口，而真正的操作系統(tǒng)在后臺(tái)。更糟的是，軟邏輯公司用各種硬和軟實(shí)時(shí)控制的定義混淆了市場。
"以任何方式修改WindowsNT的控制系統(tǒng)不再被認(rèn)為是開放式結(jié)構(gòu)"，Rockwell公司的MikeMiclot說"這是專有的PC控制系統(tǒng)，有它自己的局限和支持標(biāo)準(zhǔn)。"
PC控制的新希望是WindowsCE操作系統(tǒng)。其占用空間非常小，有實(shí)時(shí)性能。工業(yè)界已經(jīng)看到WinCE的產(chǎn)品。
區(qū)別不同之處
有關(guān)PC控制最著名的成功案例大多來自于底特律的通用汽車Powertrain制造基地。在那里，分布在十幾個(gè)工廠的超過300個(gè)PC每天工作在機(jī)器生產(chǎn)線。梯形邏輯PLC已經(jīng)完全消失，向Powertrain提供新機(jī)器的OEM必須符合PC控制指標(biāo)。
NematronCorp公司的市場部經(jīng)理JohnDunlap解釋說："對于GM，關(guān)鍵的好處是PC所用的流程圖軟件。"1986年由位于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(jī)時(shí)間也大大較少。這個(gè)技術(shù)立即擴(kuò)展到其他工廠。"但是實(shí)際很難準(zhǔn)確得到時(shí)間較少的數(shù)值。因?yàn)镻owertrain把它作為主要的競爭優(yōu)勢而籠罩著神秘氣氛。"Dunlap說。
Nematron在1994從FloPro的發(fā)明人RonLavallee那里得到該軟件，使其運(yùn)行在WindowsNT下，并且增加了自己的HyperKernel程序，可把NT分成250微秒間隔的時(shí)間片斷，以保證實(shí)時(shí)響應(yīng)。"奔騰III在250微秒內(nèi)可以處理4,000個(gè)I/O，"Dunlap說。流程圖軟件與Nematron堅(jiān)固的工業(yè)PC相結(jié)合在Powertrain已經(jīng)被廣泛接受。
另一個(gè)位于AnnArbor---美國流程圖軟件中心的Entivity，是先前的SteeplechaseSoftware公司、ThinkandDo公司合并而來。現(xiàn)在部分由SchneiderElectric公司所有。工業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的KenSpenser先生在TexasInstruments工業(yè)自動(dòng)化部門出售給Siemens之前曾經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)該部門，擔(dān)任總裁兼CEO。雖然Entivity的兩個(gè)軟件產(chǎn)品EntivityStudio和VisualLogicController的由來不同，它們都是基于流程圖，并且進(jìn)入各種行業(yè)的數(shù)百個(gè)不同的應(yīng)用中。Entivity的網(wǎng)站(http://www.entivity.com/)有特別好的內(nèi)容說明流程圖軟件的強(qiáng)大功能和在各種工業(yè)的應(yīng)用。
但Entivity和其他PC控制軟件公司面臨同樣的問題。用戶真正希望購買的是完整系統(tǒng)而不是僅僅一張光盤。Entivity又能從哪兒得到一條工業(yè)PC生產(chǎn)線呢？PhoenixContact，另一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的公司在很大程度歸因于其Interbus總線產(chǎn)品。兩個(gè)公司現(xiàn)在成為合作伙伴。Phoenix提供PC和網(wǎng)絡(luò)硬件，Entivity提供流程圖軟件和編程支持。
PhoenixContact有自己的軟件控制產(chǎn)品生產(chǎn)線，PCWorX軟件包。這主要基于K&WsProCoNosIEC61131-3軟件(Phoenix有部分產(chǎn)權(quán))。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系統(tǒng)。"但是到最后，他們通常從同一個(gè)供應(yīng)商那里購買所有部件。他們真正所需要的是他們希望保證不被一些設(shè)備故障卡住，而在必要時(shí)可以轉(zhuǎn)向另一個(gè)供應(yīng)商。
只需軟件
在歐洲，HansBeckhoff最主張依靠基于PC控制技術(shù)來推動(dòng)自動(dòng)化市場。他創(chuàng)建了最成功的PC控制公司。他的成功有兩點(diǎn)：一、所有工作由一個(gè)平臺(tái)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(fā)了第一個(gè)基于DOS的系統(tǒng)之后，他沒有回頭。
軟件是PC控制系統(tǒng)工作的關(guān)鍵。在Beckhoff哲學(xué)中，增加硬件被認(rèn)為適得其反。"如果你希望充分利用先進(jìn)的技術(shù)和走低的價(jià)格優(yōu)勢，那么必須用標(biāo)準(zhǔn)的PC并且增加盡可能少的硬件。"。Beckhoff先生堅(jiān)持："如果你有智能運(yùn)動(dòng)控制卡，那么，價(jià)格和性能與運(yùn)動(dòng)卡相關(guān)，而不是PC發(fā)展。"
Beckhoff公司的TwinCAT軟件結(jié)合了所有的功能：邏輯和運(yùn)動(dòng)控制、操作界面和控制機(jī)器需要的特殊功能，如電子齒輪、計(jì)算機(jī)輔助制造控制等。TwinCAT仍可發(fā)展，隨著下一代PC的誕生，它可以運(yùn)行的更快更好。
Beckhoff在其上層捆綁了軟件和工業(yè)PC以及其他任何控制系統(tǒng)需要的：現(xiàn)場總線、電纜、終端模塊和I/O系統(tǒng)。沒有其他PC控制公司提供如此完整。
用Beckhoff系統(tǒng)做成的Husky注模系統(tǒng)最能說明PC控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。加拿大制造的機(jī)器，可以覆蓋乒乓球臺(tái)范圍，需要一系列專門的控制器：一個(gè)PLC用于負(fù)責(zé)機(jī)器過程、一個(gè)注射控制器、一個(gè)夾持控制器、一個(gè)機(jī)器人控制器、一個(gè)溫度控制器、在電動(dòng)注模機(jī)還有更進(jìn)一步的控制器用于操作單個(gè)伺服軸。
通過液壓傳動(dòng)操作定位軸的運(yùn)動(dòng)控制不是一件小事。控制輪廓是速度和壓力控制的非線性結(jié)合。因?yàn)橛?00多個(gè)控制加熱點(diǎn)，模子、熱轉(zhuǎn)子與噴嘴各種各樣，即使溫度控制也變得有挑戰(zhàn)性。
用Beckhoff的TwinCAT系統(tǒng)可將所有這些控制結(jié)合在單個(gè)工業(yè)PC中，并且提供操作界面。機(jī)器信號通過Profibus總線和總線端子收集和傳送。取消了分別用于伺服電機(jī)功率器件的電子盒。這些部件現(xiàn)在安裝在中心控制室。Husky每年制造大約600臺(tái)這種機(jī)器，到2004底，每個(gè)機(jī)器都有單獨(dú)的控制PC。
PLC制造者正在做什么
具有數(shù)億元的安裝基礎(chǔ)，PLC制造者必須仔細(xì)考慮下面的新趨勢。購買自動(dòng)化設(shè)備考慮非常長的生命周期。一般10-20年。終端用戶不希望像辦公設(shè)備那樣，為了追求新技術(shù)而三年更換一次。制造業(yè)的根本原則是可以做任何你喜歡的，但不能中斷生產(chǎn)。如果現(xiàn)在的仍在工作，你不敢改變它。
Rockwell在1996年推出SoftLogix，即在PC上模擬PLC的軟件包，以作為嘗試，MikeMiclot說"這是對PLC-5一對一的替換"。由于有典型的PLC，他有10年前最佳典型控制器的所有特點(diǎn)和功能。Rockwell的目標(biāo)是使PC像PLC。因此客戶可以選擇平臺(tái)，選擇自己感到滿意的任何一個(gè)。
這是Rockwell的發(fā)展路線。PC控制不是選擇其一，只是簡單的需要將控制結(jié)合到高水平的信息集成的用戶選擇方案。例如位于Anna,Ohio的Honda發(fā)動(dòng)機(jī)廠最近在3條機(jī)器傳送生產(chǎn)線上安裝了SoftLogix，代替了一條生產(chǎn)線的14個(gè)PLC和其他兩條生產(chǎn)線的23個(gè)PLC。
Honda公司的工程協(xié)調(diào)員NickBalster解釋說"我們需要更新是因?yàn)楝F(xiàn)在生產(chǎn)線的控制技術(shù)是10年前的"。在這一應(yīng)用中，PC控制一個(gè)大的好處是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jī)器異常。
Balster說"我們對基于PC的選擇感到滿意，因?yàn)槲覀冎牢覀兿嗤目刂祈?xiàng)目可以用于軟件和硬件中。"這在一次說明PC系統(tǒng)不適用的場合PLC是個(gè)選擇。
將來會(huì)合
機(jī)器控制的將來很可能存在于PC和PLC之間，這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。
在美國，PC控制的驅(qū)動(dòng)作為控制語言比梯形邏輯更強(qiáng)大和更透明。在過去幾十年里，歐洲工程師已經(jīng)使用諸如功能塊、順序功能圖。美國現(xiàn)在的主流PLC也提供這些。
PC的另一個(gè)好處是它能夠集成大量數(shù)據(jù)，并能傳向高級計(jì)算機(jī)。認(rèn)識(shí)到這點(diǎn)，PLC制造者在其產(chǎn)品中提供廉價(jià)的以太網(wǎng)口，大量增加內(nèi)存和處理能力。事實(shí)上ARC的CraigResnick已經(jīng)建議更改PLC的名稱為ProgrammableAutomationController（可編程自動(dòng)化控制器）以便反映出現(xiàn)的多領(lǐng)域、多學(xué)科開放的和模塊化信息平臺(tái)。
但是多年來，PC軟件公司比PLC有大的技術(shù)優(yōu)勢：數(shù)據(jù)集成和通信。不管他們是否能充分利用它，但優(yōu)勢是存在的。
企業(yè)范圍的數(shù)據(jù)集成是自動(dòng)化公司下一代的發(fā)展前沿。他們已經(jīng)參與和收購manufacturingexecutionsystems(MES)軟件公司來定位他們在未來市場的位置。
這里就是PC控制公司的亮點(diǎn)。Nematron公司的JohnDunlap說"對于數(shù)據(jù)到企業(yè)，工業(yè)是如此之慢"。這一領(lǐng)域有非常堅(jiān)實(shí)的市場增長。我們從HMI或者PC控制的角度作這些事情。
而且，PC有它的技巧：WindowsCE移植向下兼容的軟件版本到WinCE平臺(tái)將在價(jià)格上對microPLC更有競爭力。早期基于WinCE的產(chǎn)品性能不盡人意。但是像Phoenix這樣的公司用協(xié)處理器大大加強(qiáng)tinyCE控制面板，來與中級microPLC競爭，售價(jià)在$2000to$3000范圍。
為什么PLC制造商不很擔(dān)心PC的競爭
在基于PLC自動(dòng)化的早期，控制器體積大而且昂貴。但是隨著技術(shù)進(jìn)步，體積小的小型PLC通過聯(lián)網(wǎng)逐漸取而代之。對于小的獨(dú)立應(yīng)用，更小的微型PLC（可到32I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格大約幾百歐元。由于PLC尺寸減小，利潤也在下降，但銷售量的增加可以部分補(bǔ)償這些損失。
PC與PLC競爭主要在高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。PC不可能與低價(jià)的微型PLC競爭，這是PLC市場增長最快的一部分。PLC市場反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000后大幅度下滑。但是，按照AutomationResearchCorp公司DickSlansky的預(yù)測，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場將會(huì)復(fù)蘇，他估計(jì)PLC市場在2000年為62億美元，并對2005年底回到62億美元，并繼續(xù)略微增長充滿信心。
與PLC相比，PC軟件很便宜。2000年，F(xiàn)rost&Sullivan公司的LanceGordon估計(jì)，全世界PC控制市場大約每年8500萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。如果工業(yè)PC包括在內(nèi)，估計(jì)大約為7億美元，PC市場變得更加可觀。和PLC一樣，PC市場在過去的兩年里，保持平穩(wěn)。Gordon先生說到2007年會(huì)翻一番。
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