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实现针对工业4.0的下一代紧凑型PLC

2018-07-12 09:26 次阅读

工业物联网旨在重新设计机器,重组流程,并利用大数据力量来提升生产率和盈利能力。有些人认为,我们熟悉的架构和器件可能会被淘汰,例如可编程逻辑控制器 (PLC)。另一种观点认为,数据收集的爆炸式增长将促使我们使用数量更多、体积更小的器件,例如可以部署在工厂任何地方的微型或 nano PLC。

大数据;新概念?

工业物联网的基础是收集大量的流程和设备数据,并在云中进入深度分析。目标是增强流程的再优化和重组,以实现持续改进,例如减少浪费和更快地响应客户需求。第四次工业革命(工业 4.0)工厂将在整个设备和工作区部署成千上万的传感器,用于报告各类数据,例如电机电流和振动、周边温度和湿度、最终产品测试和检测结果、序列号、批次号和时间戳。

工业 4.0 的成功需要通过成千上万的数据通道高效地将数据收集到云中,进行存储、优先级排序、分组和分析,最终转换为传递到机器的改进指令和驱动智能业务决策的信息。迄今为止,在传统自动化领域,诸如可编程逻辑控制器 (PLC) 之前类现有器件主导着数据的收集、处理和控制,但机器、控制系统、工厂通信网络的设计预计将发生重大变化,这可能会对这些现有器件构成威胁。

用户希望收集更多数据,来提高制造产出率以及协助业务决策,这种愿望在工业 4.0 之前便已存在。远在云技术问世之前,企业就希望从设备收集更多数据,在工厂车间与后台分析系统之间实现自动数据交换。工业 PC (IPC) 就是旨在实现“基于 PC 的自动化”而涌现出来的概念之一,其优点在于支持决策者在企业局域网中实现无缝的数据发送和接收。但是,PLC 仍然保留着长生命周期和高可靠性等几大优点,它还在不断演进,通过增加处理能力、提供额外功能和采用基于 PC 的标准来满足市场需求。

对立

在下一个工业时代的工厂中,随着传感器和其他数据收集活动的迅猛增长,现有 PLC 的功能可能无法满足需求。有人建议使用轻量级协议,例如 MQTT(消息排队遥测传输),将传感器数据直接收集到云。在当今存在大量数据的制造环境中,这种做法的主要优点在于 MQTT 能够绕过大量不会发生更改的数据,而在使用传统的轮询/响应协议时,大量的此类数据可能会阻塞网络。使用 MQTT 协议的发布/订阅模式,智能传感器仅向已配置用来接收数据的设备发布新数据。已知一些重要的消费类物联网平台和社交平台正在利用该协议的低带宽需求、低延迟和低功耗优势。MQTT 非常适合在控制系统中使用,MQTT 模块能够提供一条将工业物联网数据直接发送至云的路线。这是一种切实可行的数据处理方式,能够处理分布在整个互联工厂中的大量传感器生成的数据。

共存

另一方面,传统的集中式 PLC 可以被多个小型 PLC 取代,这些小型 PLC 放置在距离它们要监控的传感器和要控制的机构更近的位置。完成此类任务的微型或 nano PLC 正不断出现,它们设计成作为工业物联网的一部分来进行通信,能够以小型封装提供 I/O 通道并具有模块化扩展选择。

Crouzet 正是因应这一机会而推出其 em4 系列 nano PLC(如 em4 Ethernet)。em4 的尺寸为 124.6 x 90 mm,提供模拟和数字 IO 以及继电器输出选择。它们还提供数字和模拟 I/O 扩展模块,能够灵活地适应大型或小型安装需要。该系列产品可从本地网络上的任何位置进行编程或调试,还可按需求连接到互联网,而无需其他模块(图 1)。作为从传感器收集数据的一种便利方式,em4 可通过电子邮件或 FTP 发送简单的定时数据日志,或在应用的控制下发送电子邮件报警。它可与网络上最多 16 个其他设备通信,自动检测最多 8 个互连 em4 装置。18 x 4 黑白显示屏和 6 按钮键盘提供了从前面板直接管理 PLC 的选择。

em4 Ethernet nano PLC 示意图

图 1:em4 Ethernet nano PLC 可以轻松连接到局域网或互联网上的其他设备。

Panasonic 推出了一款高空间利用率的超紧凑型 PLC,适合用于分布式监视和控制,或者实现设备小型化。FP0R 系列高 90 mm,宽 25 mm,提供 I/O,包括实现多轴电机控制的脉冲输出。可以添加最多 3 个扩展模块。内置 FeRAM 提供自动化无电池数据备份,让设备能够在断电时不会丢失数据。该 PLC 能够通过连接到以太网的 PLC-Link 与最多 16 个类似器件共享信息,而 PLC-Link 又通过 FP Web Server 2 模块与以太网连接。其他电机控制功能包括计数器和 PWM 输出。可使用常见协议进行连接的 CC_LINK 和 IO/LINK 模块为联网和传感器监视带来了额外灵活性。Crouzet em4 和 Panasonic FPOR 使用制造商的标准编程软件进行编程。

Maxim Integrated 也拥有一个微型 PLC 平台,在比传统 PLC 更小的空间中实现了更高的性能(图 2)。像 MAXREFDES60 0 - 10 伏特模拟输出模块这样的微型 PLC 数字和模拟 IO 模块,可以放置到信用卡大小的空间中。由于此类产品外形小巧,因此开发人员能够在仅为标准 PLC 的 10% 的空间内,以一半的功耗,提供相同的连接。另外还有一些其他可用的微型 PLC 模块,包括 4 通道模拟输入模块、8 通道数字输入和输出模块和 RS-485 通信卡。所有这些模块都带有 C 示例源代码和测试数据,以帮助加快实现针对工业 4.0 的下一代紧凑型 PLC。

Maxim Integrated 微型 PLC 紧凑型模块化平台图片

图 2:Maxim Integrated Micro PLC 是一款紧凑型模块化平台,为用户提供了一系列信用卡大小的 I/O 板选择。

总结

在工业自动化的整个发展历程中,PLC 一直在不断演进,为流程和设备的监视与控制提供了可靠而稳健的方式。通过对市场需求及新型连接和通信标准的适应,PLC 在工业设备和工厂设计人员中得到了广泛运用。最新的微型和 nano PLC 将会巩固 PLC 在工业物联网领域和作为工业 4.0 核心的地位。

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