PC控制技術：描繪“融合”的技術愿景
http://www.moduwu.com 2014-12-09 11:50 來源：今日自動化
作為世界工業的風向標和櫥窗，2014 年漢諾威工業博覽會用“融合的工業”的主題展現了未來工業的發展趨勢：不同工業領域的融合、信息技術與制造的融合及設備與設備的融合。
在工業融合的背景下，各種工業科技也正在以各自的方式描繪著“融合”的愿景，控制技術亦是如此，隨著技術的進步，滿足用戶需求的控制方式也正在變得多樣化。為了達到效率和穩定性等共同的目標，包括基于PC 控制在內的一系列控制技術正不斷地優勢互補，走在通向同一個“羅馬”的大道上。
日漸受捧的PC控制技術
顧名思義，PC 控制技術即用計算機來實現生產過程自動控制的技術，是自動控制技術和計算機技術相結合的產物，通常由控制計算機本體（包括硬件、軟件和網絡結構）和受控對象兩大部分組成。
早在20世紀90年代初，PC技術就吹響了進軍工業領域的號角，但眾所周知，由于PLC專門為工業控制所設計的特點，使其在很多工業應用場合取得了很大的優勢，一度是主流的工業控制器。
2000 年以后，現代化工業化的進程加速向前推進，企業用戶對生產過程的控制也提出了更高的要求，其對成本的控制也變得日趨嚴格，這就迫使企業管理者、工程師去獲取更多來自工控現場的信息，實現從現場控制到監控、管理、決策、商務等各個層次的信息交換與集成，從而提高生產效率、提高市場競爭能力。
“隨著近年來智能制造的發展，工業控制對控制器的要求逐漸發生變化，尤其是在高效解決生產線的控制、機器人的控制、運動控制、視覺系統，甚至RFID系統等個性化控制方面，傳統PLC的局限性越來越凸顯。”PLCopen中國組織主席彭瑜如是說。
例如，通訊方式的多樣化、設備的互用性、企業的信息化集成等需求與日俱增，而在同一系統中實現多功能、多模塊的集成，也是更加現實的趨勢。要滿足這樣的需求趨勢，PLC則需要增加很多專用硬件及軟件設備來實現這些新需求，這就大大增加了用戶的成本，而且調試也比較困難。從根本上講，PLC相對封閉的架構不得不說是一個重要的原因。
而PC技術在這方面則有比較明顯的優勢。首先，其在軟件功能和開放性上的優勢顯而易見，同時也具有更強運算能力的CPU，其在組網、圖形化顯示等方面也更強。在可靠性與實時性等方面，PC則在不斷完善。“尤其是對于智能制造中復雜的算法，經典的PLC實施起來恐怕勉為其難，PC控制則是好的替代方案。”彭瑜補充說。
與此同時，集成電路產業的繁榮也為PC控制技術提供了良好的發展基礎，采用INTEL的低功耗芯片，可以很好地發揮PC的優勢。彭瑜指出，對于很多特定行業的用戶來說，只要有合適的軟件開發平臺，PC控制技術無疑是更好的選擇，“尤其是智能制造對個性化控制要求較高，對軟件的依賴性增強，要求CPU的處理能力和主鐘頻率足夠高，PC控制更具優越性。”
據了解，在數控機床、工業機器人等需大量軌跡插補運算的運動控制中，基于PC的控制系統由于其豐富的軟件資源而得到越來越廣泛的應用。在這類系統中，坐標變換、軌跡規劃、插補運算等均由計算機完成。“在一些中型自動化企業中，基于PC 的控制技術發展前景良好，能夠把CNC（數控系統）、工業機器人和視覺系統等生產線中的各個環節融合起來，進行統籌控制。”彭瑜強調，“不僅如此，在眾多控制技術中，基于PC 的控制技術所需成本相對更低。”
除集成性高和成本低廉以外，PC 控制技術對生產效率的提升一樣不容小覷。“曾經需要多個環節共同完成的生產流程，通過模塊化的PC 控制技術，采用一個控制器就可以對整條生產線進行控制。”彭瑜繼續介紹道，“以某灌裝生產線為例，這項技術可將每小時的產量從2 萬~3 萬瓶提升至10 余萬瓶。”
會統籌、懂自學的“多面手”
從十八世紀至今，世界經歷的三次工業革命均帶來了生產力的巨大躍升，并突破了到當時技術發展水平的限制，造就了里程碑式的機械時代、電氣時代和信息技術時代。而今天，日漸密集的物聯網和快速發展的智慧技術正昭示著第四次工業革命的到來。當“工業4.0”在2013 年漢諾威工業博覽會被正式提出之時，就隱然成為了一些國家的工業發展戰略。“工業4.0”旨在通過通訊和智能聯網功能使得生產過程更加靈活、高效并具有可持續發展性，從而提高國家工業的競爭力。
該戰略的提出也讓眾多企業看到了自身發展和進階的契機。以德國倍福自動化有限公司（以下簡稱“倍福”）為例，作為最早提出“信息技術和自動化技術融合”理念的先行者之一，倍福早在25 年前就通過基于 PC 的控制技術為此次工業革命奠定了堅實的基礎，這項控制技術為未來的工業自動化解決方案提供了極佳的控制架構。
倍福認為，控制技術作為該方案的主要組成部分，其潛能還遠遠沒有被激發出來，成熟的通訊方法、信息技術和自動化技術的不斷融合將給基于PC 的控制技術帶來極佳的發展契機。隨著PC 成為越來越多用戶使用的技術平臺，倍福的自動化設備規范、EtherCAT 自動化協議和OPC統計架構也結合了起來，為用戶實現工業4.0 提供了各種重要資源。
倍福對踐行工業4.0 的信心來源于其PC 控制技術在各行業的豐富應用。
在工業機器人控制解決方案方面，倍福的“科技自動化”可以將諸如 PLC、HMI、運動控制、安全技術和機器人技術等不同的控制組件，以及高級測量功能和狀態監測功能整合在一臺標準的基于 PC 的控制平臺上，通過充分利用現代處理器的多核技術，倍福使得應用于機器人的復雜數學算法可以在單獨的內核上執行。在此過程中，用戶不僅可以在同步和工藝優化方面獲益，還可以從減少硬件數量、降低工程費用等方面帶來的成本效益中得到諸多好處。
在張力控制解決方案方面，隨著用戶對產品質量要求的不斷提高和智能控制理論的發展，倍福開發了補償控制和自適應PID 控制方法。采用倍福開發的PC 控制技術，可以在系統參數發生變化的時候自動調整控制器參數，從而適應控制對象的特性變化，使被控對象的特性達到最優。由于基于模糊神經網絡的智能張力控制系統并不依賴系統模型，所以該系統具有自學習和自適應能力，能夠使得控制更加智能化和簡單快捷。倍福預測，具備卷取智能張力、自適應控制和模糊神經網絡控制的控制系統將成為張力控制系統的主要發展方向。
除在工業機器人控制和張力控制以外，倍福在CNC 加工控制、包裝設備系統、成型工藝金屬板材加工控制、激光切割控制、溫度控制、木工機械控制，以及風力發電機組控制、PV 和CSP 系統發電場設備、光伏制造領域都有基于PC 控制技術的成熟解決方案和豐富應用案例。這些倍福所擁有的PC 控制技術可為用戶的整合方案提供理想的“工具箱”，用戶把這些控制器集成到各自的生產系統中，讓這些控制器與數據庫進行通訊，并通過互聯網實現包括遠程維護在內的各種基于云計算的服務。
基于PC 的控制技術使得生產系統和軟件模塊無縫集成到同一系統成為了可能。它們不僅可以實現相互間的通訊，還可以與上游生產規劃和控制系統進行通訊。因此，如果在作業計劃或目前的生產運行中出現任何變化，都可以讓生產流程做出即時的相應調整。這些技術已經在實際應用中得到了驗證。然而毋庸置疑的是，要全面實現工業4.0 中對PC 控制的要求，仍然需要在未來幾年里開展更多的研究和開發工作。
大勢所趨的“融合”愿景
不難發現，相比其他控制技術，PC 控制技術的優勢主要體現在硬件和軟件兩個方面。從軟件上看，PC 控制技術的主要作用就是利用計算機的高效運算功能、管理與監控能力以及豐富的軟件資源，實現更加復雜的算法，從而進一步豐富運動控制方法；而從硬件上看，作為通用技術平臺，PC 可以建立具有開放式模塊化結構的伺服運動控制系統，可在高性能的硬件支持下，為進一步研制和開發更高性能的智能型伺服模板打下基礎，還可滿足工廠自動化規模越來越大的要求。
在這種情況下，擁有諸多優勢的PC 控制技術正在以一種潛移默化地進入曾一度屬于其他控制技術的領域。比如，眾多的PLC 生產商已經開始生產基于PC 技術的控制器。“現在市場上銷售的一些控制器，雖然有著傳統PLC 的外形，但其采用的卻是基于PC 的控制技術，我們可以把這類產品稱作‘現代PLC’。”談到工業控制技術的發展，彭瑜感觸頗深，“PC 控制技術和PLC 并不是對立的，而是相互融合的，工控技術的發展是一個揚長避短和博采眾長的過程。”此外，他還表示一個成熟的自動化廠商應該有一個成熟的、工具性的軟件開發平臺，借此縮短開發時間、確保產品質量，并幫助行業逐漸形成規范的技術標準。
盡管目前國際公認的標準尚未建立，但已有很多用戶日益傾向于采用一些通用性較強的產品，相信在不久的將來，PC 控制技術將不斷精進并同其他控制技術一道走向融合，為工業控制用戶帶來更多應用方面的便捷和技術上的驚喜。
編輯精選
