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   作為世界工業(yè)的風(fēng)向標(biāo)和櫥窗，2014 年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)用“融合的工業(yè)”的主題展現(xiàn)了未來(lái)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)：不同工業(yè)領(lǐng)域的融合、信息技術(shù)與制造的融合及設(shè)備與設(shè)備的融合。

　　在工業(yè)融合的背景下，各種工業(yè)科技也正在以各自的方式描繪著“融合”的愿景，控制技術(shù)亦是如此，隨著技術(shù)的進(jìn)步，滿足用戶需求的控制方式也正在變得多樣化。為了達(dá)到效率和穩(wěn)定性等共同的目標(biāo)，包括基于PC 控制在內(nèi)的一系列控制技術(shù)正不斷地優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，走在通向同一個(gè)“羅馬”的大道上。

　　日漸受捧的PC控制技術(shù)

　　顧名思義，PC 控制技術(shù)即用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的技術(shù)，是自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通常由控制計(jì)算機(jī)本體（包括硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）和受控對(duì)象兩大部分組成。

　　早在20世紀(jì)90年代初，PC技術(shù)就吹響了進(jìn)軍工業(yè)領(lǐng)域的號(hào)角，但眾所周知，由于PLC專門(mén)為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，使其在很多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合取得了很大的優(yōu)勢(shì)，一度是主流的工業(yè)控制器。

　　2000 年以后，現(xiàn)代化工業(yè)化的進(jìn)程加速向前推進(jìn)，企業(yè)用戶對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制也提出了更高的要求，其對(duì)成本的控制也變得日趨嚴(yán)格，這就迫使企業(yè)管理者、工程師去獲取更多來(lái)自工控現(xiàn)場(chǎng)的信息，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)控制到監(jiān)控、管理、決策、商務(wù)等各個(gè)層次的信息交換與集成，從而提高生產(chǎn)效率、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

　　“隨著近年來(lái)智能制造的發(fā)展，工業(yè)控制對(duì)控制器的要求逐漸發(fā)生變化，尤其是在高效解決生產(chǎn)線的控制、機(jī)器人的控制、運(yùn)動(dòng)控制、視覺(jué)系統(tǒng)，甚至RFID系統(tǒng)等個(gè)性化控制方面，傳統(tǒng)PLC的局限性越來(lái)越凸顯。”PLCopen中國(guó)組織主席彭瑜如是說(shuō)。

　　例如，通訊方式的多樣化、設(shè)備的互用性、企業(yè)的信息化集成等需求與日俱增，而在同一系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多功能、多模塊的集成，也是更加現(xiàn)實(shí)的趨勢(shì)。要滿足這樣的需求趨勢(shì)，PLC則需要增加很多專用硬件及軟件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)這些新需求，這就大大增加了用戶的成本，而且調(diào)試也比較困難。從根本上講，PLC相對(duì)封閉的架構(gòu)不得不說(shuō)是一個(gè)重要的原因。

　　而PC技術(shù)在這方面則有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，其在軟件功能和開(kāi)放性上的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，同時(shí)也具有更強(qiáng)運(yùn)算能力的CPU，其在組網(wǎng)、圖形化顯示等方面也更強(qiáng)。在可靠性與實(shí)時(shí)性等方面，PC則在不斷完善。“尤其是對(duì)于智能制造中復(fù)雜的算法，經(jīng)典的PLC實(shí)施起來(lái)恐怕勉為其難，PC控制則是好的替代方案。”彭瑜補(bǔ)充說(shuō)。

　　與此同時(shí)，集成電路產(chǎn)業(yè)的繁榮也為PC控制技術(shù)提供了良好的發(fā)展基礎(chǔ)，采用INTEL的低功耗芯片，可以很好地發(fā)揮PC的優(yōu)勢(shì)。彭瑜指出，對(duì)于很多特定行業(yè)的用戶來(lái)說(shuō)，只要有合適的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，PC控制技術(shù)無(wú)疑是更好的選擇，“尤其是智能制造對(duì)個(gè)性化控制要求較高，對(duì)軟件的依賴性增強(qiáng)，要求CPU的處理能力和主鐘頻率足夠高，PC控制更具優(yōu)越性。”

　　據(jù)了解，在數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等需大量軌跡插補(bǔ)運(yùn)算的運(yùn)動(dòng)控制中，基于PC的控制系統(tǒng)由于其豐富的軟件資源而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在這類系統(tǒng)中，坐標(biāo)變換、軌跡規(guī)劃、插補(bǔ)運(yùn)算等均由計(jì)算機(jī)完成。“在一些中型自動(dòng)化企業(yè)中，基于PC 的控制技術(shù)發(fā)展前景良好，能夠把CNC（數(shù)控系統(tǒng)）、工業(yè)機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)等生產(chǎn)線中的各個(gè)環(huán)節(jié)融合起來(lái)，進(jìn)行統(tǒng)籌控制。”彭瑜強(qiáng)調(diào)，“不僅如此，在眾多控制技術(shù)中，基于PC 的控制技術(shù)所需成本相對(duì)更低。”

　　除集成性高和成本低廉以外，PC 控制技術(shù)對(duì)生產(chǎn)效率的提升一樣不容小覷。“曾經(jīng)需要多個(gè)環(huán)節(jié)共同完成的生產(chǎn)流程，通過(guò)模塊化的PC 控制技術(shù)，采用一個(gè)控制器就可以對(duì)整條生產(chǎn)線進(jìn)行控制。”彭瑜繼續(xù)介紹道，“以某灌裝生產(chǎn)線為例，這項(xiàng)技術(shù)可將每小時(shí)的產(chǎn)量從2 萬(wàn)~3 萬(wàn)瓶提升至10 余萬(wàn)瓶。”

　　會(huì)統(tǒng)籌、懂自學(xué)的“多面手”

　　從十八世紀(jì)至今，世界經(jīng)歷的三次工業(yè)革命均帶來(lái)了生產(chǎn)力的巨大躍升，并突破了到當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展水平的限制，造就了里程碑式的機(jī)械時(shí)代、電氣時(shí)代和信息技術(shù)時(shí)代。而今天，日漸密集的物聯(lián)網(wǎng)和快速發(fā)展的智慧技術(shù)正昭示著第四次工業(yè)革命的到來(lái)。當(dāng)“工業(yè)4.0”在2013 年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)被正式提出之時(shí)，就隱然成為了一些國(guó)家的工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。“工業(yè)4.0”旨在通過(guò)通訊和智能聯(lián)網(wǎng)功能使得生產(chǎn)過(guò)程更加靈活、高效并具有可持續(xù)發(fā)展性，從而提高國(guó)家工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　該戰(zhàn)略的提出也讓眾多企業(yè)看到了自身發(fā)展和進(jìn)階的契機(jī)。以德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司（以下簡(jiǎn)稱“倍福”）為例，作為最早提出“信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)融合”理念的先行者之一，倍福早在25 年前就通過(guò)基于 PC 的控制技術(shù)為此次工業(yè)革命奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這項(xiàng)控制技術(shù)為未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)化解決方案提供了極佳的控制架構(gòu)。

　　倍福認(rèn)為，控制技術(shù)作為該方案的主要組成部分，其潛能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有被激發(fā)出來(lái)，成熟的通訊方法、信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷融合將給基于PC 的控制技術(shù)帶來(lái)極佳的發(fā)展契機(jī)。隨著PC 成為越來(lái)越多用戶使用的技術(shù)平臺(tái)，倍福的自動(dòng)化設(shè)備規(guī)范、EtherCAT 自動(dòng)化協(xié)議和OPC統(tǒng)計(jì)架構(gòu)也結(jié)合了起來(lái)，為用戶實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0 提供了各種重要資源。

　　倍福對(duì)踐行工業(yè)4.0 的信心來(lái)源于其PC 控制技術(shù)在各行業(yè)的豐富應(yīng)用。

　　在工業(yè)機(jī)器人控制解決方案方面，倍福的“科技自動(dòng)化”可以將諸如 PLC、HMI、運(yùn)動(dòng)控制、安全技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)等不同的控制組件，以及高級(jí)測(cè)量功能和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能整合在一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的基于 PC 的控制平臺(tái)上，通過(guò)充分利用現(xiàn)代處理器的多核技術(shù)，倍福使得應(yīng)用于機(jī)器人的復(fù)雜數(shù)學(xué)算法可以在單獨(dú)的內(nèi)核上執(zhí)行。在此過(guò)程中，用戶不僅可以在同步和工藝優(yōu)化方面獲益，還可以從減少硬件數(shù)量、降低工程費(fèi)用等方面帶來(lái)的成本效益中得到諸多好處。

　　在張力控制解決方案方面，隨著用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高和智能控制理論的發(fā)展，倍福開(kāi)發(fā)了補(bǔ)償控制和自適應(yīng)PID 控制方法。采用倍福開(kāi)發(fā)的PC 控制技術(shù)，可以在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化的時(shí)候自動(dòng)調(diào)整控制器參數(shù)，從而適應(yīng)控制對(duì)象的特性變化，使被控對(duì)象的特性達(dá)到最優(yōu)。由于基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能張力控制系統(tǒng)并不依賴系統(tǒng)模型，所以該系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，能夠使得控制更加智能化和簡(jiǎn)單快捷。倍福預(yù)測(cè)，具備卷取智能張力、自適應(yīng)控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的控制系統(tǒng)將成為張力控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

　　除在工業(yè)機(jī)器人控制和張力控制以外，倍福在CNC 加工控制、包裝設(shè)備系統(tǒng)、成型工藝金屬板材加工控制、激光切割控制、溫度控制、木工機(jī)械控制，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制、PV 和CSP 系統(tǒng)發(fā)電場(chǎng)設(shè)備、光伏制造領(lǐng)域都有基于PC 控制技術(shù)的成熟解決方案和豐富應(yīng)用案例。這些倍福所擁有的PC 控制技術(shù)可為用戶的整合方案提供理想的“工具箱”，用戶把這些控制器集成到各自的生產(chǎn)系統(tǒng)中，讓這些控制器與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)包括遠(yuǎn)程維護(hù)在內(nèi)的各種基于云計(jì)算的服務(wù)。

　　基于PC 的控制技術(shù)使得生產(chǎn)系統(tǒng)和軟件模塊無(wú)縫集成到同一系統(tǒng)成為了可能。它們不僅可以實(shí)現(xiàn)相互間的通訊，還可以與上游生產(chǎn)規(guī)劃和控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。因此，如果在作業(yè)計(jì)劃或目前的生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)任何變化，都可以讓生產(chǎn)流程做出即時(shí)的相應(yīng)調(diào)整。這些技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。然而毋庸置疑的是，要全面實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0 中對(duì)PC 控制的要求，仍然需要在未來(lái)幾年里開(kāi)展更多的研究和開(kāi)發(fā)工作。

　　大勢(shì)所趨的“融合”愿景

　　不難發(fā)現(xiàn)，相比其他控制技術(shù)，PC 控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在硬件和軟件兩個(gè)方面。從軟件上看，PC 控制技術(shù)的主要作用就是利用計(jì)算機(jī)的高效運(yùn)算功能、管理與監(jiān)控能力以及豐富的軟件資源，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的算法，從而進(jìn)一步豐富運(yùn)動(dòng)控制方法；而從硬件上看，作為通用技術(shù)平臺(tái)，PC 可以建立具有開(kāi)放式模塊化結(jié)構(gòu)的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可在高性能的硬件支持下，為進(jìn)一步研制和開(kāi)發(fā)更高性能的智能型伺服模板打下基礎(chǔ)，還可滿足工廠自動(dòng)化規(guī)模越來(lái)越大的要求。

　　在這種情況下，擁有諸多優(yōu)勢(shì)的PC 控制技術(shù)正在以一種潛移默化地進(jìn)入曾一度屬于其他控制技術(shù)的領(lǐng)域。比如，眾多的PLC 生產(chǎn)商已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)基于PC 技術(shù)的控制器。“現(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的一些控制器，雖然有著傳統(tǒng)PLC 的外形，但其采用的卻是基于PC 的控制技術(shù)，我們可以把這類產(chǎn)品稱作‘現(xiàn)代PLC’。”談到工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展，彭瑜感觸頗深，“PC 控制技術(shù)和PLC 并不是對(duì)立的，而是相互融合的，工控技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)揚(yáng)長(zhǎng)避短和博采眾長(zhǎng)的過(guò)程。”此外，他還表示一個(gè)成熟的自動(dòng)化廠商應(yīng)該有一個(gè)成熟的、工具性的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，借此縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、確保產(chǎn)品質(zhì)量，并幫助行業(yè)逐漸形成規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　盡管目前國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，但已有很多用戶日益傾向于采用一些通用性較強(qiáng)的產(chǎn)品，相信在不久的將來(lái)，PC 控制技術(shù)將不斷精進(jìn)并同其他控制技術(shù)一道走向融合，為工業(yè)控制用戶帶來(lái)更多應(yīng)用方面的便捷和技術(shù)上的驚喜。