可编程控制器(PLC)是一种广泛应用于工业自动化控制领域的电子系统,其主要功能是接收输入信号,并根据用户编程的逻辑对这些信号进行处理,最终输出控制信号到相应的执行机构上。近年来,PLC技术不断进步,融入了运动控制、网络通信、安全保护以及智能算法等新概念,进入了一个崭新的技术时代。
在运动控制方面,PLC从传统的逻辑控制(logic)向运动控制(motion)转变,与机器人技术紧密结合。如杭州电子科技大学团队采用倍福CX1200 PLC完成了六轴机器人的控制程序开发,这表明PLC在机器人控制中的应用已经非常成熟。随着工业领域对运动控制需求的增加,PLC不再是仅仅进行逻辑运算的设备,而是能够处理更复杂、更精确运动控制任务的控制器。
在硬件结构方面,PLC的外形和内部功能都得到了革新。传统的箱式PLC逐渐向体积更小、I/O密度更高、运算速度更快的嵌入式板式结构转变。这使得PLC能够更方便地嵌入到各种设备中,满足不同行业的特定需求。同时,随着工业实时以太网接口的普及,PLC可以更有效地连接工业视觉传感器、变频驱动器、安全控制以及远程I/O等设备,实现一网到底的新结构。
在工业实时以太网方面,半导体企业如NXP、Renesas、Ti、ST等已经推出了支持工业实时以太网协议的芯片。由于实时以太网具有较高的性价比,基于此的分布式可编程网络控制系统发展前景广阔。
人工智能(AI)与PLC的结合是另一个重要趋势。PLC编程语言国际标准IEC61131-3第三版引入了面向对象技术和开放结构,为PLC与智能算法的结合提供了基础。目前,大多数基于IEC61131-3标准的PLC都支持与MATLAB等软件的接口,可以通过这些接口直接生成PLC可执行代码。智能算法如深度学习、遗传算法、BP网络、支持向量机、蚁群算法等可以被应用于实际的智能控制系统中,促进生产过程的智能优化。
随着工业互联网和工业物联网(IIoT)概念的提出,PLC与互联网服务的连接变得便捷。OPC UA(OLE for Process Control Unified Architecture)的引入,进一步简化了PLC与互联网服务器之间的通信。高端PLC产品如霍尼韦尔、西门子、倍福、欧姆龙等已经开始标配支持OPC UA。云计算技术的发展使得PLC的编程和管理更加高效,云可编程技术、云服务管理系统等成为现实,这将改变工业自动化系统的管理和维护方式。
边缘计算与PLC的结合,产生了边缘PLC这类新产品。这类PLC集成了PC、OPC服务器、边缘网管等多重功能,可实现监测、控制、数据采集、可视化设备管理、过程控制以及云服务等功能。这表明,PLC在工业物联网(IIoT)结构中的角色正在发生变化,成为连接物理世界与数字世界的重要桥梁。
在安全方面,随着PLC技术的发展,其安全性能也得到了显著提升。PLC不仅需要提供稳定可靠的控制功能,还必须具备抵御外部威胁和保证生产安全的能力。
PLC技术正在不断发展,它在控制领域的重要性愈发凸显。PLC的多功能集成能力,使其在工业自动化领域中扮演越来越重要的角色。随着新概念、新技术的不断融入,PLC正朝着更高效、更智能、更安全的方向发展,成为推动工业自动化和智能化转型的关键技术之一。