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PC与PLC控制
[正文]:计算机(pc)机用于工业控制 转自控制工程中文版pc机有海量内存，开放的网络连接，闪电式的处理速度，被证明是传统可编程控制器的很好的替代方案。
控制用户在过去几年里已经有充分的理由开始疑惑这样一种现实：业内形成有两个竞争阵线，有些说pc能很好的用于控制。
而有些人说pc永远不适合用于工厂的环境。
今天，这些竞争对手很容易接受pc机用于许多工业生产控制的现状：从机器制造和材料处理到汽车车身喷漆。
一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用pc控制方案。
在德国neckarsulrn的audi（奥迪）车间，汽车喷漆车间施工者dürr想试验两种新的基本概念。
第一个将专门准备好的分布式、智能控制模块直接安装到机器上，而不是安装在被保护的控制室。
同时他希望集成控制系统和安全系统---用诸如profibus的现场总线实现。
不能轻视自动化革新的风险，特别是在一直认为人工技能是不可缺少的领域---没有人比德国汽车制造商对汽车喷漆要求更苛刻。
他们称甚至对被喷漆汽车周围的空气也要严格控制。
实际上，对于每一辆通过工厂的汽车，每次喷漆其温度增减量也不同。
奥迪喷漆车间的控制系统以pc为主机，与安装在现场的智能模块组成的网络及连接，包括相同profibus总线上的全套完整安全系统。
那么，什么是把这些崭新的自动化概念组合在一起，应用到已经高度组织的过程控制中的最好方法？dürr做出了惊人的选择：基于pc的自动化。
最终的控制系统采用pc机作为主控制器，并与由特别加固的et200x模块构成的profibus网络相连，这些模块不是安装在控制盒内，而是直接安装在所控制的功能单元上。
为了保护操作人员，同一个profibus网络上的pc机控制一系列et200s安全集成模块。
通过400v的电源总线向远程电动机模块供电。
dürr的格言也许是"抛弃控制室"。
dürr做法的另一个大的好处是：所建立的模块系统可以很容易地在后续的项目中复制。
事实上，公司希望将基于pc的控制作为其标准的解决方案。
eberhard vogler负责奥迪喷漆车间的控制技术。
他注意到分布式智能控制带来了很大灵活性。
"喷漆工厂的技术必须不断更新。
新油漆和新模型要求对生产线不断修改。
"但是，"试验也有局限，奥迪认为停止生产线是被禁止的。
"然而，使用新系统一年后，他对结果很满意。
"基于pc的控制一直在谈论，但对我们来说，测试这一技术发展趋势的潜力很重要。
"他说奥迪对新系统施加了非常严格的测试条件。
在系统被集成到生产线之前，通常要求连续24小时测试运行。
试验运行期间，必须达到99%有效。
vogler先生说基于pc的控制器被证明在每一点都像plc一样的可靠。
并且通过了甚至更重要的考验：被操作和维护人员接受。
pc的情况基于pc的控制，俗称'软'控制或'软'逻辑，15多年一直企图进入工业控制领域。
令一些传统自动化供应商感到惊慌的是，现今，pc控制已经开始在该领域得到应用。
pc支持者称他们的系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择。
从长远角度看，pc控制系统维护成本低。
steeplechase software公司的创建人mike kleinshuo说"即使免费给你plc，你很难负担起它们的维护费用。
"可编程控制器受pc控制的威胁最大，所以对pc的应用很不安。
"pc控制市场还没有启动"，rockwell automation公司的mike miclot先生称，"它不是宇宙飞船，而是b-52轰炸机。
"传统上坚持pc是办公机器，不适合工厂灰尘环境的人也在改变想法，许会接受新的观点。
在过去几年里，plc提供商实际上已经加入到pc控制"浪潮"中---用他们自己的话说，这是必然的。
当然，也不应忽视pc对企业计算市场的冲击。
数以万计的pc机正进入企业，从读条码到作为测试和测量平台，应用非常广泛。
尽管这些pc不是机器控制，其使用在新it时代是不可缺少的。
pc真的适合控制？受20世纪90年代windows操作系统升级的推动，pc机席卷办公室。
并提高了工作效率。
到20世纪末，成千上万的打字机成了昔日遗物。
一些人幻想，pc在制造业会有相似的发展。
在一定的程度上，的确是这样。
基于pc的控制成功地进入了市场的两端：机器工具和过程自动化。
在cnc (computer numerical control)应用中，pc机帮助组织机器部件所需高度复杂和多轴运动的轮廓。
在控制领域的另一端，windows nt工作站代替分布式控制系统庞大的控制台来监视和控制石油提炼、化学厂、造纸厂。
在pc之前，这两个市场一直被封闭的、专有的系统统治，不利于用户。
但这是在工业的广阔的中间部分。
在生产机械的控制领域，pc获得了市场份额最大。
毕竟可编程控制器几乎像电子打字机一样古老。
特别是在美国，甚至可以追溯到战前时代的硬线连接的机电继电器电路仍然有使用。
遵循ethernet tcp/ip网络协议的开放式pc比plc有明显的优势。
这使得90年代后期经济过热时观察家预计工业pc市场会有两位数的增长。
新的时代就要开始。
革命停滞"从90年代中期到现在，e-commerce及e-manufacturing中一些长期坚持的信念已经消亡"，frost & sullivan公司的工业分析家lance gordon说，"技术没有上限"，"工业自动化的发展有种某种看不见的速度限制。
控制技术也许不必达到moore定律"。
实际上pc控制的性能没有每18月翻一翻。
pc没有代替plc,有两个基本原因。
在美国，许多pc创新者开办小公司，他们主要开发软件，这就是商业模式错误的地方。
不管软逻辑多么重要。
它仅占整个自动化项目的5%的份额。
如同大多数plc公司所熟知的，大约50 - 60%的成本在i/o和电动机驱动等部分。
工业pc可能占10-20%。
即使软逻辑公司取得了很大成功，也仍然要面临集成问题；很明显自动化项目40%的开销是软件。
怎么可能期望卖了5%份额的公司来承担项目40%的责任。
制造业本身很清楚：他们希望购买整个系统。
而不是分散的各个部件；这里购买pc，那里购买软件包，另一个地方购i/o总线是不可取的。
再者说，windows nt也有难题。
windows nt（以及后来的windows 2000和xp）也许是软件工作者的最爱，但这对工厂底层控制而言，有很大问题。
nt对工厂的计算机来说负担太重；计算机需要数百兆的磁盘空间，而在工业现场，希望没有任何旋转部件；反应速度慢；非确定性等。
如果nt用于控制，可能要增加协处理器板；扩展实时性能，或者修改内核；其它场合nt只是你所看到的窗口，而真正的操作系统在后台。
更糟的是，软逻辑公司用各种'硬'和'软'实时控制的定义混淆了市场。
"以任何方式修改windows nt的控制系统不再被认为是开放式结构"，rockwell公司的mike miclot说"这是专有的pc控制系统，有它自己的局限和支持标准。
"pc控制的新希望是windows ce操作系统。
其占用空间非常小，有实时性能。
工业界已经看到wince的产品。
区别不同之处有关pc控制最著名的成功案例大多来自于底特律的通用汽车powertrain制造基地。
在那里，分布在十几个工厂的超过300个pc每天工作在机器生产线。
梯形逻辑plc已经完全消失，向powertrain提供新机器的oem必须符合pc控制指标。
nematron corp公司的市场部经理john dunlap解释说："对于gm，关键的好处是pc所用的流程图软件。
"1986年由位于warren 的hydra-matic工厂首先引入。
工程师对软件的透明性和所提供高级诊断能力感到惊讶，宕机时间也大大较少。
这个技术立即扩展到其他工厂。
"但是实际很难准确得到时间较少的数值。
因为powertrain把它作为主要的竞争优势而笼罩着神秘气氛。
"dunlap说。
nematron在1994从flopro的发明人ron lavallee那里得到该软件，使其运行在windows nt下，并且增加了自己的hyperkernel程序，可把nt分成250微秒间隔的时间片断，以保证实时响应。
"奔腾iii在250微秒内可以处理4,000个i/o，" dunlap说。
流程图软件与nematron坚固的工业pc相结合在powertrain已经被广泛接受。
另一个位于ann arbor---美国流程图软件中心的entivity，是先前的steeplechase software公司、think and do公司合并而来。
现在部分由schneider electric公司所有。
工业经验丰富的ken spenser先生在texas instruments工业自动化部门出售给siemens之前曾经领导该部门，担任总裁兼ceo。
虽然entivity的两个软件产品entivity studio和visual logic controller的由来不同，它们都是基于流程图，并且进入各种行业的数百个不同的应用中。
entivity的网站(http://www.entivity.com/) 有特别好的内容说明流程图软件的强大功能和在各种工业的应用。
但entivity和其他pc控制软件公司面临同样的问题。
用户真正希望购买的是完整系统而不是仅仅一张光盘。
entivity又能从哪儿得到一条工业pc生产线呢？ phoenix contact，另一个工业自动化领域的公司在很大程度归因于其interbus总线产品。
两个公司现在成为合作伙伴。
phoenix提供pc和网络硬件，entivity提供流程图软件和编程支持。
phoenix contact有自己的软件控制产品生产线，pc worx软件包。
这主要基于k&w's proconos iec 61131-3软件(phoenix有部分产权)。
但是entivity的流程图软件开阔了其视野。
phoenix contract公司的larry komarek说："具有讽刺意义的是，顾客说他们需要开放系统。
"但是到最后，他们通常从同一个供应商那里购买所有部件。
他们真正所需要的是他们希望保证不被一些设备故障卡住，而在必要时可以转向另一个供应商。
只需软件在欧洲，hans beckhoff最主张依靠基于pc控制技术来推动自动化市场。
他创建了最成功的pc控制公司。
他的成功有两点：一、所有工作由一个平台上的软件完成。
二、向客户提供所需要的所有东西，客户不必在其它地方购买其他部件。
在1985年他开发了第一个基于dos的系统之后，他没有回头。
软件是pc控制系统工作的关键。
在beckhoff哲学中，增加硬件被认为适得其反。
"如果你希望充分利用先进的技术和走低的价格优势，那么必须用标准的pc并且增加尽可能少的硬件。
"。
beckhoff先生坚持："如果你有智能运动控制卡，那么，价格和性能与运动卡相关，而不是pc发展。
"beckhoff公司的twincat软件结合了所有的功能：逻辑和运动控制、操作界面和控制机器需要的特殊功能，如电子齿轮、计算机辅助制造控制等。
twincat仍可发展，随着下一代pc的诞生，它可以运行的更快更好。
beckhoff在其上层捆绑了软件和工业pc以及其他任何控制系统需要的：现场总线、电缆、终端模块和i/o系统。
没有其他pc控制公司提供如此完整。
用beckhoff系统做成的husky注模系统最能说明pc控制系统的强大功能。
加拿大制造的机器，可以覆盖乒乓球台范围，需要一系列专门的控制器：一个plc用于负责机器过程、一个注射控制器、一个夹持控制器、一个机器人控制器、一个温度控制器、在电动注模机还有更进一步的控制器用于操作单个伺服轴。
通过液压传动操作定位轴的运动控制不是一件小事。
控制轮廓是速度和压力控制的非线性结合。
因为有100多个控制加热点，模子、热转子与喷嘴各种各样，即使温度控制也变得有挑战性。
用beckhoff的twincat系统可将所有这些控制结合在单个工业pc中，并且提供操作界面。
机器信号通过profibus总线和总线端子收集和传送。
取消了分别用于伺服电机功率器件的电子盒。
这些部件现在安装在中心控制室。
husky每年制造大约600台这种机器，到2004底，每个机器都有单独的控制pc。
plc制造者正在做什么具有数亿元的安装基础，plc制造者必须仔细考虑下面的新趋势。
购买自动化设备考虑非常长的生命周期。
一般10 - 20年。
终端用户不希望像办公设备那样，为了追求新技术而三年更换一次。
制造业的根本原则是可以做任何你喜欢的，但不能中断生产。
如果现在的仍在工作，你不敢改变它。
rockwell在1996年推出softlogix，即在pc上模拟plc的软件包，以作为尝试，mike miclot说"这是对plc-5一对一的替换"。
由于有典型的plc，他有10年前最佳典型控制器的所有特点和功能。
rockwell的目标是使pc像plc。
因此客户可以选择平台，选择自己感到满意的任何一个。
这是rockwell的发展路线。
pc控制不是选择其一，只是简单的需要将控制结合到高水平的信息集成的用户选择方案。
例如位于anna, ohio的honda发动机厂最近在3条机器传送生产线上安装了softlogix，代替了一条生产线的14个 plc和其他两条生产线的23个plc。
honda 公司的工程协调员nick balster解释说"我们需要更新是因为现在生产线的控制技术是10年前的"。
在这一应用中，pc控制一个大的好处是数据处理。
信息可以通过软件而不是硬件从一处传送到另一处。
而且数据可以收集到excel中。
以方便分类、求平均。
更好的理解工具的使用和机器异常。
balster说"我们对基于pc的选择感到满意，因为我们知道我们相同的控制项目可以用于软件和硬件中。
"这在一次说明pc系统不适用的场合plc是个选择。
将来会合机器控制的将来很可能存在于pc 和 plc之间，这些融合的迹象已经出现。
在美国，pc控制的驱动作为控制语言比梯形逻辑更强大和更透明。
在过去几十年里，欧洲工程师已经使用诸如功能块、顺序功能图。
美国现在的主流plc也提供这些。
pc的另一个好处是它能够集成大量数据，并能传向高级计算机。
认识到这点，plc制造者在其产品中提供廉价的以太网口，大量增加内存和处理能力。
事实上arc的craig resnick已经建议更改plc的名称为'programmable automation controller'（可编程自动化控制器）以便反映出现的多领域、多学科开放的和模块化信息平台。
但是多年来，pc软件公司比plc有大的技术优势：数据集成和通信。
不管他们是否能充分利用它，但优势是存在的。
企业范围的数据集成是自动化公司下一代的发展前沿。
他们已经参与和收购manufacturing execution systems (mes)软件公司来定位他们在未来市场的位置。
这里就是pc控制公司的亮点。
nematron公司的john dunlap说 "对于数据到企业，工业是如此之慢"。
这一领域有非常坚实的市场增长。
我们从hmi或者pc控制的角度作这些事情。
而且，pc有它的技巧：windows ce移植向下兼容的软件版本到wince平台将在价格上对microplc更有竞争力。
早期基于wince的产品性能不尽人意。
但是像phoenix这样的公司用协处理器大大加强tiny ce控制面板，来与中级microplc竞争，售价在36;2000 to 36;3000范围。
为什么plc制造商不很担心pc的竞争在基于plc自动化的早期，控制器体积大而且昂贵。
但是随着技术进步，体积小的小型plc通过联网逐渐取而代之。
对于小的独立应用，更小的微型plc（可到32 i/o）已经出现，价格大约几百欧元。
由于plc尺寸减小，利润也在下降，但销售量的增加可以部分补偿这些损失。
pc与plc竞争主要在高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。
pc不可能与低价的微型plc竞争，这是plc市场增长最快的一部分。
plc市场反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。
但是，按照automation research corp公司dick slansky的预测，尽管全球经济下滑，plc市场将会复苏，他估计plc市场在2000年为62亿美元，并对2005年底回到62亿美元，并继续略微增长充满信心。
与plc相比，pc软件很便宜。
2000年，frost & sullivan公司的lance gordon估计，全世界pc控制市场大约每年8500万美元为控制软件，一亿美元为操作系统。
如果工业pc包括在内，估计大约为7亿美元，pc市场变得更加可观。
和plc一样，pc市场在过去的两年里，保持平稳。
gordon先生说到2007年会翻一番。
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