控制器的PLC、PC-Based和PAC之争
2019年10月26日 来源：高工机器人 浏览 1326 次 评论（0）
从初的单板机到PLC、PC再到结合了PLC和PC优势的PAC综合控制产品的诞生，工业控制器在历史的更迭中，其产品形态越来越丰富，但不同的控制器之间，也因为不同的特点，存在着一定替代关系：PC对PLC带来的挑战，新的PAC的冲击。“长期来看，基于PLC/open，基于PC-base的编程以及基于PAC的三种控制产品将会长期共存。”雷赛智能应用技术总监杨力说。1969年，美国数字设备公司研制出了台可编程逻辑控制器--PDP14。并在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，取代生产线上的继电器控制系统，开创了工业控制的新纪元。早期的可编程控制器是为取代继电器-接触器控制系统而设计的，用于开关量控制，具有逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，故称之为可编程逻辑控制器PLC 。1971年，日本开始生产可编程控制器，德、英、法等各国相继开发了适于本国的可编程控制器，并推广使用。1973年，德国西门子研制出欧洲台可编程逻辑控制器，型号为SIMA TICS4。在20世纪70年代初，出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器中，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处置等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器是微机技术和继电器惯例控制概念相结合的产物。PLC进入了实用化发展阶段。计算机技术已引入PLC中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能以及极高的性价比，都奠定了其在现代工业中的地位。在20世纪80年代初，PLC在先进工业中已获得广泛应用。上生产PLC的日益增多，产量日益上升。这标志着PLC已经步入了成熟阶段。在20世纪80年代90年代中期，是PLC发展快的时期，年增长率一直保持在30~40%，到80年代末，PLC技术已经很成熟，并从开关量逻辑控制扩展到计算机数字控制 (CNC) 等领域，开始逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了过程控制领域中处于统治地位的DCS系统。彼时，PLC在处理速度、控制功能、通信能力等方面均有新的突破，并向电气控制、仪表控制、计算机控制一体化方向发展，性价比不断提高，成为了工业自动化的支柱之一。这时候的可编程控制器的功能已不限于逻辑运算，具有了连续模拟量处理、高速计数、远程输入和输出和网络通信等功能。在20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是需要更加适应于现代工业。这个时期发明了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。作为早研发PLC的企业之一，西门子PLC在中国市场的占有率*高，这家将“创新”奉为圭臬的企业在过去几十年的历程里，一直对PLC产品进行迭代，从初的SIMATIC S3到SIMATIC S5、S5- U系列PLC，再到S7系列、PCS7系列。如今S3、S5系列PLC已逐步退出市场，停止生产，而S7系列PLC发展成为了西门子自动化系统的控制核心，而TDC系统沿用SIMADYN D技术内核，是对S7系列产品的进一步升级，它是西门子自动化系统尖端，功能强的可编程控制器。PLC凭借着高稳定和高可靠性成为自动化领域集聚竞争力的控制工具，目前也还是主流的控制工具之一，但因为PLC体系结构封闭，各PLC厂家的硬件的体系互不兼容，编程语言以及指令系统也各异，开放性不高。PLC阵营除了西门子之外，国外还有罗克韦尔和ABB，而国内做的比较好的厂家包括无锡信捷、北京和利时集团、台达、浙大中控集团、合信自动化、科威等。随着市场的快速变化和智能制造的发展要求，客户对控制系统提出了越来越多的需求，包括对数字化、信息化的要求。除了关注高性价比以外，对系统灵活性和开放性的关注也越来越多。此外，控制系统需要将更多的功能集成在一个平台上，以成本，提高效率，比如集成图像处理、状态监控、机器学习、机器人控制等功能。控制系统还需要兼容不同的传感器和执行器，以更好地适应客户对性能、价格和服务的不同要求。1986年，倍福推出首款基于PC的设备控制器；1988年推出基于PC的软PLC/NC（DOS），开创了新的运动控制时代。2019年是倍福推出基于PC的控制技术的第33周年，同时也是倍福进入中国的第18年。PC控制器、持续发展的EtherCAT实时以太网通信技术和TwinCAT软件平台构成倍福PC控制系统的“三原色”。2018年，虽然自动化市场增长*放缓，但倍福中国依然取得了令人满意的成绩，总体业务实现了8%的增长，销售额达到历史新高10.3亿元人民币。据悉，倍福中国在金属加工、光伏、半导体和电子制造等领域实际增长率达到32%。倍福在业绩上的表现充分证明了基于PC控制技术的强大生力。PC-Based控制器应用于运动控制领域中的很多行业，例如机器人、半导体、包装机械、EMS等。随着汽车、半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴行业对工业机器人的使用，刺激了PC-Based运动控制器在机器人领域的快速发展。此外，直角坐标机器人和国产品牌的多关节机器人功能简单、价格便宜，越来越多的厂商会选择性价比较高的PC-Based运动控制器。近年来，半导体制程和封装测试厂商在中国迅速建厂，国产半导体设备销售收入保持15~20%的调整增长，这些设备使用的运动控制器中50%为PC-Based运动控制器。此外，包装机械行业逐渐加入机器视觉功能，对PC-Based运动控制需求也逐步增加。有业内人士指出，未来PC-Based运动控制器的应用领域将会进一步扩大，部分PLC市场会向PC-Based市场转移。为此，倍福董事总经理梁力强表示，倍福中国会继续宣传和推广基于PC的开放式控制系统，着力开拓战略性新兴产业，包括锂电设备、电子制造和半导体、仓储和物流行业以及发展的高端装备制造业。PC-Based的发展，对于PLC无疑是挑战，此前有人预言PLC将逐步退出工业自动化的历史舞台，不过过去10年内，超小型和小型PLC的性能获得了极大地提高，产量也大幅增长。PC-Based控制器阵营中，除研华、华北工控、研祥等工控机生产厂商外，目前PC-based运动控制产品市场中，国产厂商固高、众为兴、雷赛等在运动控制卡这一细分领域占据主导地位。而在嵌入式控制器及软PLC这两个细分市场上，以倍福、贝加莱、CODESYS为代表的外资厂商仍然占据着主要的市场份额。当然，国内也有一些基于PC技术的控制器企业，其中包括华成工控、纳博特、人通智能等。目前很多现代化的工业应用需要更多的功能要求，如网络连接、设备互用、企业数据集成等，这些都远远超过了传统的、基于离散逻辑控制的PLC所能提供的功能，想要基于PLC的系统实现这些功能，必须用单独的处理器、网关获转换器，运行于独立的PC软件中间件以及企业系统级的专用软件进行系统集成。PC-Based在自动化应用初期被PLC阵营高度质疑，今市场上仍有相关疑虑，主要问题有稳定性、可靠性和程式设计环境不稳定三点，因此也有工程师将PLC配合PC使用，不过这在系统整合上比较麻烦。为了解决PLC和PC-Based的整合问题，美国研究机构ARC提出了PAC架构的控制器（可编程自动化控制器），PAC融合了PLC和PC-Based两种技术，在PC层面，会大量应用嵌入式技术，拥有使用软体来定义硬体的能力就是其一。拥护者认为，PAC的价值在于所有部件均按照软件和硬件集成灵活、方便、成本为出发点，从而使得用户设备的生周期成本较低，资产的投资回报率提高，资产所有者总成本下降。当然，也有观点认为，PAC仍属于PC-Based产品，只是换了另外一种包装。但就市场整体面来看，PAC的确已经逐渐成形，包括西门子在内的大厂，均已纷纷推出产品，国内像研华也推出了全新一代的PAC控制器APAX-5000 系列。他们认为，未来嵌入式技术将会被广泛应用于PAC，成为自动化系统的重要技术之一。在用户和系统集成商之间，对于PAC的质疑同样存在：PAC相对于PLC来说价格高、可靠性低、可拓展能力差，还有人认为，PAC并没有真正针对某种迫切的或者潜在的市场需求，因此不免曲高和寡。有部分反对者则认为，PAC技术发展趋向，如统一的多开发平台、通信技术等也会对PLC的技术发展施加有益的影响。值得一提的是，除了上述提到的PLC、PC-Based和PAC之外，针对行业应用，机器人专用控制器成为国内多数厂商布局的，特别是像埃斯顿、华中数控、配天机器人等这样以机器人本体研发为主的企业。
