菲尼克斯電氣耗資近千萬(wàn)歐元，動(dòng)用了幾百號(hào)研發(fā)人員，花費(fèi)了五年多時(shí)間開(kāi)發(fā)出全新的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)PLCnext，在2017年SPS紐倫堡自動(dòng)化展首次正式亮相，成為展會(huì)最大亮點(diǎn)。
杜品圣 博士
菲尼克斯電氣中國(guó)公司 工業(yè)4.0大使
想了解菲尼克斯電氣為什么要大力開(kāi)發(fā)PLC新一代工業(yè)系統(tǒng)，就必須要了解工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展和科技發(fā)展的關(guān)系。17世紀(jì)英國(guó)哲學(xué)家弗朗西斯·培根說(shuō)過(guò)“讀史使人明智”。PLC技術(shù)的發(fā)展至今也有幾十年的歷史了，既然我們?cè)谡務(wù)揚(yáng)LCnext，不妨也回顧一下PLC技術(shù)發(fā)展的歷史，從而更好地理解PLCnext存在的必然性。今天，我想從科技發(fā)展的角度結(jié)合自己的從業(yè)經(jīng)歷，跟大家聊一聊為什么說(shuō)科技的發(fā)展是PLCnext技術(shù)發(fā)展的源泉。
上世紀(jì)70年代，我參加了安徽拖拉機(jī)廠的數(shù)控機(jī)床車(chē)間的調(diào)試，那是我第一次接觸到控制器。當(dāng)時(shí)采用的是由繼電器組成的順序控制系統(tǒng)，通過(guò)繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)、延時(shí)斷開(kāi)、延時(shí)閉合觸點(diǎn)、接觸器等功能的組合，形成系統(tǒng)所需要的邏輯功能，所有操作和邏輯關(guān)系都是由硬件完成的，我們的任務(wù)就是按照梯形圖所示的控制系統(tǒng)連接導(dǎo)線(xiàn)。但在實(shí)際整機(jī)調(diào)試時(shí)卻總是困難重重。接線(xiàn)是正確的，邏輯是合理的，但是受繼電器機(jī)械接觸點(diǎn)的壽命和可靠性的限制，控制系統(tǒng)常常會(huì)出錯(cuò)。70年代中期，由于半導(dǎo)體的發(fā)展，這種順序控制器就被所謂的矩陣式順序控制器淘汰了。
后來(lái)，我被分配到了上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所。在老工程師們的帶領(lǐng)下，參加了當(dāng)時(shí)很流行的矩陣式順序控制器的研發(fā)工作。當(dāng)時(shí)我們主要采用分立元件和晶體管、晶閘管等半導(dǎo)體元件代替繼電器，形成無(wú)觸點(diǎn)順序邏輯控制電路，順序控制信號(hào)的變換主要依靠二極管矩陣來(lái)完成，程序設(shè)計(jì)通過(guò)在矩陣板上插焊(或插接)二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。矩陣有程序存儲(chǔ)的作用和一定的邏輯運(yùn)算能力。工藝改變時(shí)，可以變換矩陣板上二極管的插焊位置，因此矩陣式順序控制器具有通用性和更改程序的靈活性。當(dāng)時(shí)的控制方法有邏輯組合式、時(shí)序式(計(jì)數(shù)單元)和步進(jìn)式(觸發(fā)器、移位寄存器等組成環(huán)行計(jì)數(shù)器)三種。邏輯控制系統(tǒng)的功能大大增強(qiáng)，使用壽命也大大提高。
可惜的是由于邏輯組合式控制器對(duì)時(shí)間順序有嚴(yán)格的要求，但是半導(dǎo)體尤其是二極管的導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)間不一致，溫度的變化也會(huì)影響二極管的導(dǎo)通時(shí)間。我們當(dāng)時(shí)采用了DTL，TTL，MOS技術(shù)的二極管，而導(dǎo)通與關(guān)閉時(shí)間的不一致常常產(chǎn)生邏輯上的誤動(dòng)作，造成控制設(shè)備的誤動(dòng)作，其可靠性和一致性都非常差。
好在80年代小型民用計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，人們開(kāi)始試圖直接用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制，但由于價(jià)格昂貴，沒(méi)有足夠的輸入、輸出電路，編程技術(shù)又相當(dāng)復(fù)雜，因而也沒(méi)能得到推廣和應(yīng)用。但是如何開(kāi)發(fā)一種將計(jì)算機(jī)與繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，并且設(shè)計(jì)周期短、更改容易、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉、編程方便，同時(shí)系統(tǒng)通用性強(qiáng)的新型可編順序控制器，則成為當(dāng)時(shí)控制工程師們的主要任務(wù)。
在上世紀(jì)80-90年代，中國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域偏重于過(guò)程控制，引進(jìn)了許多過(guò)程控制的DCS系統(tǒng)和軟件。國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化控制專(zhuān)家們?nèi)缧氯A、中控、和利時(shí)等公司，通過(guò)研究學(xué)習(xí)這些系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了屬于自己的小型DCS系統(tǒng)，為自主開(kāi)發(fā)的DCS控制系統(tǒng)在中國(guó)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。然而在開(kāi)發(fā)可編順序控制器方面，我們的投入?yún)s相當(dāng)少。在80年代中期，我國(guó)基本上還處于采用繼電器或矩陣式順序控制器的狀態(tài)。因此，我國(guó)的PLC控制系統(tǒng)80%以上仍然采用國(guó)外的系統(tǒng)。
1984年，我出國(guó)攻讀自動(dòng)化控制博士學(xué)位，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，與德國(guó)的工業(yè)、企業(yè)界進(jìn)行了廣泛而深入的交流，對(duì)當(dāng)時(shí)德國(guó)技術(shù)的先進(jìn)性感到非常詫異。當(dāng)時(shí)德國(guó)工廠的自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，PLC(Programmable Logic Controller)可編程序控制器已得到了廣泛應(yīng)用。可編邏輯程序控制器采用了計(jì)算機(jī)功能，不僅用邏輯編程取代硬接線(xiàn)邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，實(shí)際上是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置。同時(shí)，為了達(dá)到小型化以及工業(yè)化，小型計(jì)算機(jī)的功能做了很大的簡(jiǎn)化，強(qiáng)化了邏輯控制、順序控制和輸入輸出模式的功能，故稱(chēng)為可編程序控制器。當(dāng)時(shí)，80-90%的單機(jī)自動(dòng)化、自動(dòng)化流水線(xiàn)、工廠自動(dòng)化都采用了PLC控制系統(tǒng)。
之后，隨著通訊技術(shù)以及PC技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC控制器也不斷發(fā)生新的變革。值得一提的是，在這場(chǎng)PLC技術(shù)變革的戰(zhàn)役中，菲尼克斯電氣大膽創(chuàng)新，作為時(shí)代的弄潮兒，在國(guó)際上首創(chuàng)了INTERBUS總線(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品，菲尼克斯電氣也從一個(gè)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)連接器的公司成功升級(jí)為自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品的提供商，真正實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的變革和升級(jí)，為企業(yè)的發(fā)展樹(shù)立了新的里程碑。無(wú)獨(dú)有偶，當(dāng)前在工業(yè)4.0的旗幟下，菲尼克斯電氣集團(tuán)再次抓住機(jī)遇，制定了數(shù)字化企業(yè)的升級(jí)戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的新變革。這決不是巧合，而是菲尼克斯企業(yè)文化的根本體現(xiàn)。
PLC經(jīng)歷了多次變革，如現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、基于PC的PLC控制器、工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)。這些技術(shù)被PLC系統(tǒng)融合并采用，形成了“現(xiàn)場(chǎng)層、控制層到管理層”完整的金字塔PLC自動(dòng)化控制體系。講到這里，我們可以回歸本源了，即“讀史明智”。通過(guò)回顧以上的歷史，我們能夠得出什么樣的結(jié)論呢?主要是以下三點(diǎn)：PLC的變革與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是分不開(kāi)的;這種變革是持續(xù)性、積累性和繼承性的;PLC的創(chuàng)新性還在于消化、吸收和跨界應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。下一期，我將就此內(nèi)容與大家進(jìn)行深入具體的探討，敬請(qǐng)期待。
