包装设备业PLC与PC-based控制应用市场分析
长期以来，PLC始终活跃于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因在于，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化应用的需求。 随着PC及因特网时代的到来，工业PC或PC-based由于可以完全融入到网络时代的信息系统中，具有网络系统的基本特性，即具有高性能、低价格、系统开放、丰富的人才基础等优势，因此PC-based一经出现就具有很强的生命力，发展极为迅猛。有观点说，PC-BASED将取代传统PLC，当然首先必须解决可靠性及编程问题。近几年来，这些问题已基本得到解决，PC-based从外观到可靠性也都开始可以与PLC相近。在编程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的推出和广泛采用，为PC-based的高速发展铺平了道路。这样，PC-based不仅具有PC的优势，也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到网络时代的信息系统中。 那么，PC-based一定会取代PLC吗?二者应用于包装生产线时，它们各自发挥着何种不同的作用? 在自动控制领域，PLC技术和PC-based技术是当前比较具有代表性的控制技术，两者的技术起源和发展有较大的差异。 PLC(ProgrammableLogicController)产生于上世纪70年代初。最早的PLC是以替换继电器系统的角色出现，其主要实现的功能仅仅是逻辑简单的顺序控制功能。PLC一经出现，就以其高可靠性、小体积和直观的编程模式而显示出强大的生命力，成为自动控制领域的“明星”。 PC-based是一种基于PC技术的控制系统。最早的PC-based控制系统是以工控机为核心，通过扩展带PCI接口的专用板卡组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。 从以上的阐述可知，PLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别。PLC具有体积小、功耗低、抗干扰能力强;具有很高的可靠性，其平均无故障率时间间隔(MTBF)可达50万、甚至100万个小时;具有简单直观的编程模式(如梯形图);具有内部实时时钟。而PC-based具有大运算能力;具有开放标准的系统平台和PCI接口;精美且低成本的显示技术;丰富的组网能力。但系统的可靠性略差，如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时。此外，PC-based虽然具有很强的CPU，但其多任务操作系统是非实时的，所以程序的循环周期反而没有高性能的PLC快。 这些差异决定了PLC和PC-based两者在包装机械上发挥不同的作用。PLC通常处于设备底层，为设备提供可靠的、实时的控制，包括IO和Motion方面的控制。而PC-based通常处于设备的操作层，用于数据的采集、存储和人机界面显示等。就目前国内的包装机械的发展水平来说，与国际领导厂商相比还存在较大差距，拥有高度自动化和大型化的成套包装机械设计、生产能力的厂商不多。控制简单、自动化程度较低的单机设备占绝对主流，所以基本都采用PLC作为。 随着中国包装技术的飞速发展，未来包装设备的应该能够融合PLC和PC-base两者的技术优势。事实上现代控制技术发展的确呈现出这种趋势，如贝加莱公司的BR2005系列PCC就是这种发展趋势的杰出代表。下图是CP382(BR2005系列中较具代表性的CPU)系统结构图，我们很难界定它到底是PLC，还是PC-based，也许说CP382是一款PC-based的PLC更恰当。 在运算能力方面，CP382采用了中央处理器IntelPIII500的处理器，具有超强的运算能力，包括浮点运算能力;在组网通讯方面;CP382具有3个aPCI插槽，具有非常强大的组网能力，兼容目前行业内流行的现场总线技术，同时标配了Ethernet、USB、RS232接口;在存储方面，采用CompactFlash卡，如今4G的CompactFlash卡已经很流行，在包装机械行业的应用已绰绰有余;在操作系统方面，贝加莱采用的Runtime定性分时多任务操作系统，兼有了多任务特点和实时性特点;在控制软件编程方面，可以采用六种语言编程，包括ANSIC和Basic两种高级语言。 这种融合了PLC和PC-based的，其技术优势是非常明显的，势必成为未来包装机械自动化的主流。 尽管PLC和PC-based均可用于包装设备自动化，但二者的侧重点有所不同。PLC更适合于设备控制，而PC-based更多地用于设备运行状态的监视。相对于PC-based而言，PLC具有配置灵活、体积小、适应恶劣环境、抗干扰性强、可靠性高等优点，但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差。当然，随着计算机技术和控制技术的不断发展，PLC和PC-based都在吸收对方的优点，以适应更多的应用现场。就我所了解的情况而言，PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用。 凭借十几年工业控制产品的开发经验和雄厚的技术积累，和利时公司研制出新一代小型一体化PLC产品HOLLiAS-LECG3。该产品已在各类包装设备中成功应用，应用案例包括DXD自动包装机、挂面包装机等。应用G3PLC控制的DXD全自动包装机集送料、制袋、填充、封切等包装工序于一体，具有电眼跟踪、PLC控制、无级变速纠偏等功能，计量精确，符合行业标准，具有性能稳定、操作方便、运行效率高等优点。DXD全自动包装机的电气控制部分由人机界面操作系统(HMI)、拉袋控制系统、制袋控制系统、送纸控制系统、电眼控制系统和送料计量控制系统组成，该系统具有先进、经济、实用、可靠、灵活的显著特点，不仅提高了包装设备的安全性和经济性，而且大大提高了系统的灵活性，为不同客户的不同需求提供了灵活的解决方案。 随着包装设备自动化需求的不断增多，越来越多的包装设备厂商考虑在其设备中配备先进的自动化产品，以提高产品的技术含量，提升市场竞争力。个人认为，在通用设备中，用户更倾向于采用PLC加HMI的方式对包装设备进行控制。在部分具有特殊需求的设备中，一部分用户也可能会采用PC-based作为自动化解决方案，或者用PLC加PC-based的解决方案。总之，就产品的可靠性、稳定性、灵活性、性价比等方面考虑，PLC在包装设备自动化领域比PC-based具有更广阔的应用前景。 1.PLC与PC-based，二者最大的区别是什么?各自的优势是什么? PLC又叫做可编程。从传统意义上讲，它主要应用在逻辑控制，顺序控制及时序控制等相对比较简单的工业控制场合。它具有体积小，编程简单实用，安装方便灵活等优点。缺点是处理速度慢、扩展不够灵活，各个厂商的编程语言不同等。 随着PC-BASED的工业计算机(简称工业PC，与普通的计算机相比，它具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温等优点)的发展，以工业PC、I/O及监控装置、控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式。PC-BASED自动化系统源于PC，可完全融入到网络时代的信息系统中，具有高性能、低价格、系统开放、丰富的人才和应用基础等优势。 2.在包装设备的应用中，他们所起的作用有哪些? 对于一般的包装设备，如袋成型/填充/封口机、饮料灌装机等等，主要用到的是逻辑，顺序及时序等控制。西门子公司 的S7-200和S7-300系列PLC广泛地应用于这一类包装机。 如某个场合不仅要有逻辑、顺序及时序等控制，还要有强大的计算、数据处理和过程控制，PLC则很难胜任。如一条可生产上百种产品的食品加工和包装生产线，需要大量的配方存贮与调用。普通的PLC受内存的影响，很难完成此任务。在类似这种场合，SIEMENS基于PC的工业自动化控制系统WinAC是非常合适的产品。通过适当的二次开发，还可实现设备运行状态动态显示;电气参数、工艺参数、实时显示;实时曲线显示、历史曲线显示、大型动态标准数据库，提供年报表、月报表、日报表和随机打印报表的功能。 3.目前，PLC与PC-based在国内包装设备的应用状况如何? 当前基于PLC的控制系统仍占主导地位，这和包装机械的整体水平有关。目前国内包装机械的状况是单机的自动化应用多，整条包装线联网的少，全厂或全公司联网控制的更少。随着经济的发展，MES和ERP的普及，PC-BASED控制系统会越来越多地被采用。 4.就包装设备而言，请就PLC与PC-based的未来发展前景发表观点。 PLC目前较多地应用于工业控制，因为它有较高的稳定性和可靠性。兼有PLC和PC的优势，在网络化和信息时代，它更符合时代的潮流。这样看来，在工业控制和信息管理要求日益提高的情况下，PLC确实将逐渐失去部分市场;但我们还应看到，PLC生产商早已经开始利用IT业的一些最新的软硬件成果不断完善和扩充PLC的功能。PLC上现场总线、通讯和网络接口的出现，使得一个个PLC不再是孤立的。PLC将继续向开放式控制系统方向发展，使现代意义上的PLC具有新的内涵。实际应用中常常是PLC和IPC结合在一起，PLC在下位，IPC在上位。从技术上看，PLC在逐渐采用一些IT技术，IPC也在向PLC的某些特性靠拢。PLC和PC-BASED控制系统将呈现融合和竞争并存的状况。
