菲尼克斯電氣耗資近千萬歐元，動用了幾百號研發(fā)人員，花費了五年多時間開發(fā)出全新的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)PLCnext，在2017年SPS紐倫堡自動化展首次正式亮相，成為展會最大亮點。
杜品圣 博士
菲尼克斯電氣中國公司 工業(yè)4.0大使
想了解菲尼克斯電氣為什么要大力開發(fā)PLC新一代工業(yè)系統(tǒng)，就必須要了解工業(yè)自動控制系統(tǒng)的發(fā)展和科技發(fā)展的關系。17世紀英國哲學家弗朗西斯·培根說過“讀史使人明智”。PLC技術的發(fā)展至今也有幾十年的歷史了，既然我們在談論PLCnext，不妨也回顧一下PLC技術發(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)展的角度結合自己的從業(yè)經(jīng)歷，跟大家聊一聊為什么說科技的發(fā)展是PLCnext技術發(fā)展的源泉。
上世紀70年代，我參加了安徽拖拉機廠的數(shù)控機床車間的調(diào)試，那是我第一次接觸到控制器。當時采用的是由繼電器組成的順序控制系統(tǒng)，通過繼電器的常開觸點和常閉觸點、延時斷開、延時閉合觸點、接觸器等功能的組合，形成系統(tǒng)所需要的邏輯功能，所有操作和邏輯關系都是由硬件完成的，我們的任務就是按照梯形圖所示的控制系統(tǒng)連接導線。但在實際整機調(diào)試時卻總是困難重重。接線是正確的，邏輯是合理的，但是受繼電器機械接觸點的壽命和可靠性的限制，控制系統(tǒng)常常會出錯。70年代中期，由于半導體的發(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，我被分配到了上海工業(yè)自動化儀表研究所。在老工程師們的帶領下，參加了當時很流行的矩陣式順序控制器的研發(fā)工作。當時我們主要采用分立元件和晶體管、晶閘管等半導體元件代替繼電器，形成無觸點順序邏輯控制電路，順序控制信號的變換主要依靠二極管矩陣來完成，程序設計通過在矩陣板上插焊(或插接)二極管來實現(xiàn)。矩陣有程序存儲的作用和一定的邏輯運算能力。工藝改變時，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。當時的控制方法有邏輯組合式、時序式(計數(shù)單元)和步進式(觸發(fā)器、移位寄存器等組成環(huán)行計數(shù)器)三種。邏輯控制系統(tǒng)的功能大大增強，使用壽命也大大提高。
可惜的是由于邏輯組合式控制器對時間順序有嚴格的要求，但是半導體尤其是二極管的導通和關閉時間不一致，溫度的變化也會影響二極管的導通時間。我們當時采用了DTL，TTL，MOS技術的二極管，而導通與關閉時間的不一致常常產(chǎn)生邏輯上的誤動作，造成控制設備的誤動作，其可靠性和一致性都非常差。
好在80年代小型民用計算機出現(xiàn)，人們開始試圖直接用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制，但由于價格昂貴，沒有足夠的輸入、輸出電路，編程技術又相當復雜，因而也沒能得到推廣和應用。但是如何開發(fā)一種將計算機與繼電器控制系統(tǒng)結合起來，并且設計周期短、更改容易、接線簡單、成本低廉、編程方便，同時系統(tǒng)通用性強的新型可編順序控制器，則成為當時控制工程師們的主要任務。
在上世紀80-90年代，中國工業(yè)控制領域偏重于過程控制，引進了許多過程控制的DCS系統(tǒng)和軟件。國內(nèi)的自動化控制專家們?nèi)缧氯A、中控、和利時等公司，通過研究學習這些系統(tǒng)，開發(fā)了屬于自己的小型DCS系統(tǒng)，為自主開發(fā)的DCS控制系統(tǒng)在中國的發(fā)展打下了基礎。然而在開發(fā)可編順序控制器方面，我們的投入?yún)s相當少。在80年代中期，我國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，我國的PLC控制系統(tǒng)80%以上仍然采用國外的系統(tǒng)。
1984年，我出國攻讀自動化控制博士學位，在導師的指導下，與德國的工業(yè)、企業(yè)界進行了廣泛而深入的交流，對當時德國技術的先進性感到非常詫異。當時德國工廠的自動化技術已經(jīng)達到了很高的水平，PLC(Programmable Logic Controller)可編程序控制器已得到了廣泛應用。可編邏輯程序控制器采用了計算機功能，不僅用邏輯編程取代硬接線邏輯，還增加了運算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，實際上是一個小型計算機工業(yè)控制裝置。同時，為了達到小型化以及工業(yè)化，小型計算機的功能做了很大的簡化，強化了邏輯控制、順序控制和輸入輸出模式的功能，故稱為可編程序控制器。當時，80-90%的單機自動化、自動化流水線、工廠自動化都采用了PLC控制系統(tǒng)。
之后，隨著通訊技術以及PC技術的不斷發(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PLC技術變革的戰(zhàn)役中，菲尼克斯電氣大膽創(chuàng)新，作為時代的弄潮兒，在國際上首創(chuàng)了INTERBUS總線技術和產(chǎn)品，菲尼克斯電氣也從一個專業(yè)生產(chǎn)連接器的公司成功升級為自動化技術和產(chǎn)品的提供商，真正實現(xiàn)了企業(yè)的變革和升級，為企業(yè)的發(fā)展樹立了新的里程碑。無獨有偶，當前在工業(yè)4.0的旗幟下，菲尼克斯電氣集團再次抓住機遇，制定了數(shù)字化企業(yè)的升級戰(zhàn)略，實現(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)場總線、基于PC的PLC控制器、工業(yè)實時以太網(wǎng)。這些技術被PLC系統(tǒng)融合并采用，形成了“現(xiàn)場層、控制層到管理層”完整的金字塔PLC自動化控制體系。講到這里，我們可以回歸本源了，即“讀史明智”。通過回顧以上的歷史，我們能夠得出什么樣的結論呢?主要是以下三點：PLC的變革與科學技術的發(fā)展是分不開的;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、吸收和跨界應用技術的發(fā)展。下一期，我將就此內(nèi)容與大家進行深入具體的探討，敬請期待。
