La tendencia de desarrollo de los controladores en treinta años y los próximos diez años

2020-08-28 15:08:07 hongling

La tendencia de desarrollo de los controladores en treinta años y los próximos diez años


1. Historia:


1.1 PLC y DCS


      Los controladores comenzaron a derivar productos DCS y PLC de dos campos de aplicación diferentes correspondientes a los instrumentos y grupos de relés usados tradicionalmente en la década de 1970. Estos dos tipos de productos son bastante diferentes en la etapa inicial: DCS presta más atención al control de lazo, mientras que PLC presta más atención al control lógico discreto. En ese momento, DCS usaba CPU de propósito general y usaba interpretación suave para procesar programas, mientras que los PLC usaban procesadores de bloques de bits similares a AMD2910 para procesar la lógica. En términos relativos, en términos de estructura del sistema, DCS estaba más orientado al software, mientras que los PLC eran más como relés de hardware tradicionales. grupo.


       Después de décadas de desarrollo, de repente todo el mundo es vago sobre el concepto de DCS y PLC, porque el PLC también agrega una CPU de uso general al sistema, especialmente el PLC de lógica suave no es diferente del DCS en términos de principios de procesamiento de instrucciones. , Pero las instrucciones para el usuario del software de la computadora superior son diferentes. Sin embargo, DCS no se ha detenido, DCS ha avanzado considerablemente en términos de red, trabajo colaborativo multi-DPU y redundancia, la mayoría de ellos adoptan la arquitectura X86 y aprovechan al máximo los logros tecnológicos de la PC.


       La diferencia entre el DCS y el PLC actuales es bastante pequeña. En términos de tecnología específica, DCS tiene una base de datos distribuida en tiempo real basada en una red de tokens, que puede garantizar que los datos de imagen en cada DPU estén actualizados a través de una comunicación completa. En esta área, el PLC presta más atención al trabajo autónomo. Incluso si está en red, se supone que solo se requiere una pequeña cantidad de intercambio de datos entre los dos PLC, por lo que se adopta la estructura maestro-esclavo de comunicación de respuesta a solicitud.


       En el proceso de desarrollo, tanto el PLC como el DCS están profundamente influenciados por el desarrollo de la tecnología de PC, especialmente DCS. La mayoría de los DCS actuales adoptan la estructura PC_BASE, y la absorción de la tecnología de PC es bastante completa, mientras que PLC es un PLC suave a finales de los 80 y 90 En la ola de desarrollo, se ha absorbido una gran cantidad de tecnologías DCS y PC. Especialmente después de que se formuló el estándar IEC61131-3, surgieron una serie de empresas que desarrollan software PLC suave. La mayoría de estas empresas son empresas europeas, que están en línea con el software abierto de las empresas europeas. La madurez de la organización tiene cierta relación. Al mismo tiempo, IEC61131-3 básicamente excluye la programación japonesa de PLC. Por lo tanto, muchas empresas europeas están interesadas en ingresar a esta industria. En este sentido, KW, Yifang Echelon, ISAGRAF, 3S, etc. son particularmente prominentes. La empresa ha jugado un papel muy importante en la softwareización y estandarización del control industrial, en la actualidad, las principales empresas de control industrial realizarán investigaciones en profundidad sobre los productos de estas empresas a la hora de desarrollar nuevo software.


       Inicialmente, el desarrollo de Soft PLC se basó principalmente en PC_BASE. Solo más tarde se agregó lentamente soporte para ARM, 51, AVR y otras CPU, y se enfatizó la estructura modular de desarrollo para facilitar el trasplante.


       La situación actual es que el PLC se divide en varios grados diferentes según los puntos y el precio. Al mismo tiempo, se divide en tres tipos: PLC duro, PLC compilado suave y PLC interpretado suave según la realización. Según la estructura, se divide en tipo de backplane, tipo modular, Varios distribuidos. Entre ellos, los PLC grandes y medianos han agregado muchas funciones de DCS y PC a sus funciones, de modo que pueden absorber algunos mercados de DCS. Por ejemplo, muchas plantas de energía autoabastecidas e industrias químicas ya no usan DCS sino que usan PLC para completarlo. En términos de PLC, se han desarrollado muchos PLC dedicados, incluidos CNC dedicados, automotrices y equipos dedicados.


       Al mismo tiempo, DCS también ha desarrollado muchos productos personalizados, que pueden reemplazar parte de los productos PLC. Por ejemplo, algunas series de productos de Xida Central Control y Xidazhongzi son relativamente pequeñas, con solo unos pocos bucles y pantallas de visualización. , Puede satisfacer las necesidades de algunas industrias.




1.2 Fieldbus y FCS


       Poco después de la aparición de soft PLC, una nueva ola de tecnología se precipitó en el mercado de control industrial. Este es el bus de campo. Al mismo tiempo, el bus de campo deriva el concepto de FCS. Al principio, también fui partidario y desarrollador de FCS. Cada vez más potente, con precios cada vez más bajos FCS es el sistema de control del futuro. Sin embargo, en el proceso de desarrollo y aplicación real, descubrimos que no solo aumentó el costo después de la descentralización completa, sino que también el mantenimiento se volvió más difícil, porque todos los nodos dependen de la red y la plasticidad de la red se convierte en un cuello de botella. Con un cable de red tan largo, cualquier cortocircuito o circuito abierto provocará daños fatales. Si se utilizan una red y un sistema redundantes, el costo aumentará considerablemente. Y la lógica descentralizada provocará errores importantes en todo el sistema debido a la falla de un nodo intermedio. Por supuesto, si el usuario tiene un conocimiento profundo del concepto de control distribuido, por supuesto, no hay gran problema, pero de hecho, es tan complicado de entender para el ingeniero del usuario. La estructura topológica y la consideración de una estructura de sitio tan compleja no son realistas.


       A menos que haya nuevos desarrollos en la investigación y el desarrollo de chips de redes de neuronas en el futuro, puede ser reemplazado automáticamente por otro nodo lógico después de que se dañe un cierto nodo de operación lógica. Al mismo tiempo, se requiere un mejor software de programación lógica basado en la red. Este software puede usarse para distribución. El controlador realiza una segmentación lógica razonable y puede lidiar con la situación que ocurre después de que cualquier nodo está dañado, ya sea que esté protegido o ignorado. El punto ideal para el desarrollo de FCS es que solo existen sensores y actuadores sin controladores separados. Todos los sensores pasan sus propios parámetros a los actuadores requeridos. Cada actuador calcula y controla según los parámetros obtenidos por la red, y al mismo tiempo obtiene los resultados El valor intermedio de se pasa a otros actuadores. Debido al problema del valor intermedio, toda la red de control se volverá bastante complicada. Cada punto con valor intermedio debe tener una estrategia de procesamiento razonable. Idealmente, cuando hay un problema con el punto lógico intermedio, puede Un punto lógico para la sustitución o una estrategia de protección razonable. En el tiempo previsible, veremos la aparición de un nuevo FCS que puede cumplir con todos los requisitos y será más flexible y confiable en términos de comunicación.


       En la actualidad, después de varios años de investigación, todos se han formado un consenso temporal, es decir: elegir la distribución o la concentración según la situación real del escenario, en muchos casos un método de dispersión global y concentración parcial es el más adecuado. Por ejemplo, en la industria metalúrgica, muchos sitios utilizan S7-400 como estación principal y S7-300 como subestaciones. Las subestaciones se distribuyen en el sitio. Cada subestación es responsable de una tarea específica, pero se puede usar una sección. De esta manera, cuando ocurre un problema de red, cada subestación puede manejar bien sus propias tareas, y la distancia entre cada subestación y el dispositivo se reduce a menos de 100 metros, lo que hace que el cableado y el mantenimiento sean relativamente simples.


       Hay una situación muy interesante en la ola técnica de fieldbus, es decir, el proceso de elaboración de IEC61158. Este proceso refleja plenamente los conflictos de los principales grupos de interés. Para proteger sus propios intereses, todos no han logrado proteger sus propios intereses durante 15 años. Se llegó a un acuerdo realmente significativo, y el resultado final fue la coexistencia de 8 estándares, que luego se ampliaron a 13 (había 14 estándares, pero uno se retiró), y el alcance del estándar también cambió desde el proceso de cobertura inicial, construyendo , Electricidad, etc. se retiraron para incluir solo el control de procesos. El resultado de esta disputa fue que la persona a cargo del comité que entonces estableció anunció su renuncia el día en que se aprobó la norma. Dijo: "Demasiadas normas significan que no hay normas". De hecho, personalmente creo que no es realista hacer un estándar unificado para incluir todas las industrias en la actualidad, y el enfoque de cada industria también es diferente. Para el control general de procesos, puede elegir PROFIBUS, etc. Para el control de edificios, puede elegir LONWORKS, adquisición de datos y comunicación entre un solo dispositivo. Puede elegir MODBUS, etc. Pero debería haber un estándar unificado en la misma industria, y a menudo me molesta el cerebro para conectarse con el sistema de control de Siemens o AB.


        Personalmente, tengo sentimientos sobre PROFIBUS, porque en los últimos años, se necesitaron dos personas para construir un chip maestro PROFIBUS, que se hizo con FPGA, y toda la máquina de estado de la capa de enlace de datos PROFIBUS-DP se realizó por completo. Se puede decir que PROFIBUS es un muy buen protocolo de comunicación de bloques. Es bastante completo en términos de confiabilidad. Es completamente la forma de pensar alemana. Es bastante riguroso, como diagnóstico, parametrización, configuración, diagnóstico e intercambio de datos. La mayor ventaja de PROFIBUS es la estructura de búfer múltiple entre la máquina de estado y el procesador de propósito general, que protege el tiempo real y la confiabilidad de la comunicación.


1.3 PC_BASE


       Cuando apareció por primera vez PC_BASE, también causó grandes repercusiones en la industria del control industrial. Los controladores de esa época eran bastante caros. Recuerdo que un disco duro de 250M del sistema de control Westinghouse WDPF se vendió por 50.000, y el bajo costo del hardware de PC Es bastante atractivo para todos. Los ingenieros en ese momento se dividieron en dos grupos. Un grupo creía que las PC se desarrollaron para uso comercial y la comunidad de control solo podía absorber su tecnología útil, mientras que el otro grupo creía que la tecnología de PC se usaba ampliamente y había muchos recursos de software y hardware disponibles. Tiene grandes beneficios para la estandarización del controlador y la reducción de costos.


       En este proceso, los fabricantes nacionales de controles industriales, incluidos DCS, PLC y varios controladores especiales, han adoptado ampliamente la estructura PC_BASE para desarrollar nuevos productos. En ese momento, la mayoría de ellos usaba 386 y 486. Entre ellos, el 386X_M6117D de ICOP era el mejor grado industrial 386. CPU, desafortunadamente, solo puedo comprar M6117C y tengo que cambiar a 486DX4-100M de MAPLE.


       PC_BASE ha encontrado un gran problema en el desarrollo de los últimos años. Al principio, todos eligieron PC_BASE debido a la conveniencia del desarrollo, especialmente en la era DOS y la era WIN98. Puede escribir una clase de control muy compleja en una semana. El programa, cuando se estableció Internet por primera vez, todos intercambiaban información a través de BBS, en ese momento sentí que todo estaba bajo control.


       Ahora que cada vez hay menos usuarios de DOS, muchos fabricantes están guiando a los ingenieros para que utilicen la plataforma WIN, y el blindaje de WIN de la capa inferior hace que la mayoría de los ingenieros de desarrollo de software de bajo nivel se sientan deprimidos, porque el desarrollo del controlador WDM del sistema WINNT requiere herramientas DDK. Incluso si usa herramientas de desarrollo simples como XTOOLS, le hace sentir como si se estuviera rascando los zapatos, lo que contrarresta en gran medida la apertura y conveniencia de PC_BASE. Al mismo tiempo, la baja fiabilidad del sistema WINNT hace que la mayoría de los ingenieros se detengan.


        WINCE antes de 2.0 también es un software enloquecedor, no solo tiene poca confiabilidad, sino que también tiene un rendimiento deficiente en tiempo real. Se sospecha que esto solo se puede usar como una pantalla de visualización. Más tarde, después de que salió wince2.0, era mejor, pero personalmente, WINCE Todavía hay conflictos. Puede ser que haya sufrido mucho al principio. Siempre pienso que un producto de control industrial no es adecuado para usar WINCE como sistema operativo, porque las ventajas de la estructura del sistema WINCE, incluida la compatibilidad, la apertura y los gráficos, están todas dirigidas a productos de consumo portátiles. Como PDA, por el alto tiempo real y la alta confiabilidad que requiere el control industrial, es un poco fallido.


        En este sentido, Linux es peor, porque Linux está desarrollado para computadoras comerciales Muchas empresas están reduciendo el peso de Linux y agregando por la fuerza mecanismos de programación preventiva a Linux, de modo que Linux embebido se pueda usar en entornos embebidos. Pero WINCE también tiene sus carencias, y al mismo tiempo es más grave, por lo que no es una buena elección.


       En términos de sistemas operativos, de hecho, VXWORKS y NECLUES pueden ser una buena opción, porque la mayoría de los usuarios son industriales y la capacidad de control del sistema es relativamente fuerte. Si es un desarrollador de alta demanda, también puede comprar el código fuente. De esta forma, si hay algún problema en el sistema operativo, puedes depurarlo tú mismo. Encontramos que el controlador 8019 del sistema operativo NECLUES tiene problemas, principalmente porque se bloqueará la comunicación de alta velocidad en tiempo real. Posteriormente, descubrimos que esta parte del código fue copiada del código fuente de Linux. Entonces Linux tiene problemas similares.


        Lo que es aún peor para PC_BASE es que los chips de soporte X86 de gama baja se han descontinuado, incluida la DRAM, etc., lo que hace que sea imposible para todos seguir usando 386, 486 y 586. (Siempre me ha gustado el M6117 de ICOP. Desafortunadamente, DRAM realmente no está disponible ahora Nuevos productos, todos en stock), a menos que usemos chips antiguos, pasamos más de tres años probando una variedad de diferentes tipos de CPU de gama alta para elegir un procesador ideal que no está disponible, en ese momento en términos de productos civiles. Todos los ingenieros centraron su atención en ARM, porque en la mayoría de los casos, la dificultad de desarrollar software y hardware X86 en WINCE y Linux no es muy diferente a la de programas similares en procesadores ARM o AVR, y el costo de ARM es mucho menor que el de X86. Después de probar varios tipos de ARM (el ARM industrial de la compañía AD aún no había salido), sentimos que ARM no era ideal para uso industrial. Muchas funciones como pantalla, audio, VGA y Ethernet MAC están todas en la plataforma de control industrial convencional. No funciona, y la compatibilidad electromagnética de ARM también es un dolor de cabeza. Puede cumplir con el requisito general de pulso rápido de 2000 V, pero es difícil hacerlo más hacia arriba.


       Durante el desarrollo de PC_BASE, la mayoría de los fabricantes se han encontrado con los problemas del alto costo de PC_BASE y la necesidad de que los usuarios tengan fuertes capacidades de desarrollo, lo que dificulta aumentar la cantidad de C_BASE y tiene altas capacidades de soporte técnico y requisitos para la empresa. Por esta razón, muchos fabricantes de computadoras industriales han encontrado desarrolladores de lógica blanda como KW, infoteam, ISAGRAF y 3S. Usan computadoras industriales o tarjetas PC104 + IO para formar una plataforma de control. La mayor ventaja de esta plataforma de control es que puede soportar Los diversos recursos de la PC existente permiten integrar el monitoreo y el control. La principal desventaja es que el costo es demasiado alto para los PLC pequeños y los puntos son muy pocos para los PLC medianos y grandes. Al mismo tiempo, hay muchas características arquitectónicas en antiinterferencias y antivibraciones. problema.


1.4 La intersección de PLC, DCS y PC:


        En el proceso de desarrollo de varias tecnologías existentes, debido al rápido desarrollo de la tecnología IC, tecnología de comunicación y tecnología de software. PLC, DCS e IPC han experimentado una gran superposición y repetición en los últimos años. Básicamente, algunos PLC se parecen más a DCS, y algunos IPC no son diferentes de la mayoría de los PLC de software. Adopta una estructura modular y también utiliza los cinco lenguajes de IEC61131-3, que es más fácil y está más orientado al software que la mayoría de los PLC.


        A lo largo de los años, a menudo he visto a algunos amigos preguntando cuál es la diferencia entre DCS y PLC, ¿es PLC después de IPC + lógica blanda?


        Esta pregunta es realmente una pregunta muy vaga, porque la diferencia es realmente demasiado pequeña. Yo solía desarrollar