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放眼未来 PLC仍将成为自动化控制主流

  PLC是自动化控制系统的核心技术,过去发展曾一度停滞,在半导体技术的加持下,效能再次提升,另一方面PLC与PC Based也从原本的单纯竞争,转为既竞且合态势,放眼未来,PLC的优势仍在,仍将成为自动化控制主流。
  PLC近半世纪的历史,在硬件发展上已相当成熟,尤其在半导体技术的进步,同时让PLC的效能全面升级;在此同时,PC Based控制器则对PLC带来威胁,市场普遍相信PC Based控制器与PLC将会共存而各司其职,使自动化系统效能更全面。
  PLC是目前自动化技术主流,虽然PC Based都开始跨入控制领域,不过对其威胁并不大,原因在于PLC本身技术也有所提升,且PC Based仍有稳定性疑虑。
  内部技术方面,PLC在1969年问世后即快速取代继电器,庞大的市场与极具为来的前景,让各自动化厂商投入大量资源,技术发展一度相当快,但发展至一定程度后,一来因其技术已为当时系统够用,二来外围技术仍未跟上,在此状况下PLC的架构开始停滞,没有大幅变动。
  PLC 第2个成长期出现在半导体技术成熟之后,半导体技术带动CPU的快速发展,PLC因此再次升级,成为现在的主流架构,半导体技术在1990年代突飞猛进, 摩尔定律年年被印证,CPU的运算速度也年年倍增,其运算速度加快与价格不断下跌的加持下,PLC厂商得以导入价格比以往更低,且运算速度快上数倍的核 心,其控制效能大增。
  半导体技术让PLC脱胎换骨
  半导体技术的提升也带动了PLC架 构中其它元件的效能,由于PLC中的CPU在扫描后,会撷取所有输入点的讯号,再将之缓存在存储器中,随后执行程序逻辑运算时,直接取用输入讯号缓存区内 的资料做判断,而不是实时从现场撷取讯号,同样的,要输出的控制讯号也不是产生一个就输出一个,而是先存放在存储器中的输出讯号缓存区,扫描周期结束时再 将讯号集中输出,因此除了CPU外,存储器对PLC而言也相当重要,以往PLC多采用EPROM或EEPROM作为可程序存储器,在快闪存储器 (Flash)大量普及后,PLC的元件价格不但更低廉,而且也进一步强化效能。
  除了运算功能的强化,在控制方面也因CPU效能提升,让 PLC的功能更多元,过去PLC受限于效能,多只能负责单纯的控制,其它功能象是闭环控制、类比讯号处理、网络通讯或高速I/O等,都必须内建特殊功能模 块,CPU效能提升后,这些功能都可由其CPU直接包办,不但简化了PLC的内部架构,也大幅降低元件成本。
  架构简化与效能提升,让PLC产生极大改变的改变,尤其在因架构精简使外部体积缩小与扩充性提升其通讯能力也随之增强的2项要因下,让PLC的应用不再局限于传统工厂自动化环境,开始广泛应用于更先进制程控制;PLC已经成为各种复杂的分散式控制系统的重要组成部分。
  不过也有厂商指出, PLC等自动化元件多必须与整体自动化系统搭配,部份零配件效能的大幅提升,未必是整体系统的同等提升,必须有其它外围零配件的支持才会有效果,因此使用者必须从整体系统面来评估,才不会陷入见树不见林的盲点。
但 尽管如此,半导体技术还是让PLC效能提升了一个层次,只是这类强大效能CPU多只应用于大型PLC上,中小型PLC由于应用领域不需复杂控制,对运算速 度的要求也不高,高效运算核心并不见得实用,因此部分厂商将高效CPU的技术转型研发功能完整的SoC,将CPU及硬件处理电路(HLS)、存储器、外围 电路等整个系统集成到一个BGA包装之芯片,让一颗IC就是整套系统,不但使体积大为缩小,可靠度也大幅提高。
  相较于以现有商用CPU组合其它元件所制成之PLC,其稳定度、处理速度及精度自然大幅提升;但这类研发SoC的模式,时间与金钱的大幅度损耗,除非是专业PLC以长期眼光规画,此类设计模式仍有其困难度。
  稳定度仍是PC Based致命伤
  至于PC Based的挑战,PLC厂商直言,尽管PC Based跨入控制领域已接近10年,但仍未动摇PLC的地位。
PC Based虽也由半导体技术带动成长,不过过去多以消费性产品为主,其效能追求远高于稳定性,技术成熟后稳定性虽以提升,不过一来既定印象已产生,二来其提升的稳定性仍比不过PLC,因此业界对PC Based控制器的疑虑一直未能全面清除。
  目前PC Based控制器在制造系统的应用,主要为集成与管理制造现场信息,此外如视觉检测、高速撷取资料、资料统计分析及快速定位等,这些软硬件均为PC架构,PC Based控制器在这些领域可与之充分集成,这也是其异于PLC的优势。
P  C Based控制器的其它优势还包括效能强、周边技术支持多、兼容性佳,与管理层的管理软件可以轻松互连,不过PLC厂商则指出,这些优势虽使PC Based控制器在工业环境占有一席之地,不过核心控制部份,其稳定度仍是致命伤。
  当然PC Based厂商一再宣称,已针对PC Based控制器的不稳定问题进行改善,不过这仍未能说服既定印象已深的制造业者,至少就目前来看,PC Based控制器在制造业,并未获致厂商当初号称的成果。
  PLC与PC Based并存于市场
  PC Based控制器将计算机强大的资料处理和网络能力、使用者接口及程序设计环境,集成传统PLC的高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、故障查找方便等特点,透过软件使其拥有传统PLC的PID控制、离散控制和模拟控制等功能。
发展至今,PC Based控制器虽未能全面攻占PLC地盘,不过也已切割出另一领域,尤其是在单纯的加工环境,如实验室、半导体前段制程、替代某一部分CNC工具机、中央监控系统等。
  过去PLC和PC Based两种控制系统孰优孰劣的市场意见相当两极,除了PC技术跨入控制器发展外,问世近半世纪的PLC也已发展储包含类比I/O、网络通讯,以及如 IEC61131-3的程序标准,其工程师也利用数码与类比I/O点、程序设计技术,创造出大量工业应用程序,由此来看,一定程度上PLC与PC Based控制器的界线,已开始模糊。
  不论PLC或是PC Based控制器,其选择仍应依最适化原则来进行规划,并不是只选其一就能胜任,现在工厂自动化环境中,PLC和PC Based控制器均有其特点;在部份情况下,自动化控制过程甚至会同时包含离散和程序控制,这种状况就会需要PLC与PC Based控制器并肩合作。
  因此就现况来看,PC Based控制器与PLC已共存于市场,一套自动化系统中,不太可能像以往只选择使用PLC作为控制核心,而是两者均用,在单纯控制以PLC为主,若有分 析资料、网络、统计等需求,则由PC Based控制器负责,业者指出,目前PLC与PC Based控制器在大型系统中并存已是常态,业者也建议,系统集成商不应受限于PLC与PC Based的区分迷思,而应将其还原至效能需求角度,如此才能打造出最适化系统。

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