最近新闻中常常会提及无人工厂的概念,大家对于无人工厂,首先想到的可能就是一大堆机器手臂,外加一台超级大的计算机来控制。
就山姆哥在工作中接触到的实际情况而言,有些地方可能跟大家想的不一样。
首先,任何自动化工厂都是要根据生产工艺步骤不同,应该会分成几部分单独控制的。设备除了机器手臂,还会有吊车,传送带,运输车等运送装置和加工设备等等。
工厂里所有的机械运动,动力来源无不是来自于
  1. 电能驱动的电机
  2. 压缩空气或者油推动的活塞
若能控制电机和活塞,就能控制机器的运转。
协调好所有电机活塞的运动顺序,整个工厂就可以变得“自动”了。如果机器之间能够自己对话,就是“智能”了。
电机的控制主要是控制电流电压来实现正转反转,速度,角度等等。
活塞的运动主要靠电磁阀,通过电产生的磁力,来控制阀门随着电信号有无来实现开和关。
而这些电机和活塞,谁先动,谁后动,什么时候动?
首先各种传感器,将各种生物量或者物理量转化成电信号。来告诉有逻辑思考的控制单元条件是否达成,然后输出电信号来指挥电机和电磁阀。
对其控制原理,我们简要回顾一下计算机的发展历程也许有帮助。
(下文部分来自网络)
按计算机专家的原始定义,计算机系统由五大部分--即控制单元(CU)、算术运算单元(ALU)、存储器(Memory)、输入设备(Input)、输出设备(Output)组成。
早期计算机(晶体管的或集成电路的,不包括电子管的)的CU或ALU由一块甚至多块电路板组成,CU和ALU是分离的,随着集成度的提高,CU和ALU合在一块就组成了中央处理单元(CPU), 接着将CPU集成到单块集成电路中就产生MPU。
此后,MPU的发展产生了两条分支,
一支往高性能、高速度、大容量方向发展,典型芯片如:Intel80186、286、386、486、586、P2、P3、P4等,速度从4.7MHz到现在的3.2GHz。
另一支则往多功能方向发展,将存储器(ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH ROM、SRAM等)、输入/出接口(Timer/Counter、PWM、ADC/DAC、UART、IIC、SPI、RTC、PCA、FPGA等)全部集成在一块集成电路中而成为SOC(System On a Chip)。这就是当今广泛应用的单片计算机,简称单片机
单片机这一分支可谓品种繁多,位宽从8位到32位,引脚数从6个到几百个,工作频率从几十KHz到几百MHz,体系结构既有CISC也有RISC,数不胜数。常用的有MCS-51系列、MCS-96系列、PIC系列、AVR系列、ARM7/9系列、TMS320系列、MSP430系列、MOTOROLA众多的单片机等等。
至此,我们可以将计算机核心处理器的发展划分为三个阶段:
板级的CPU、芯片级的MPU和单片机的SOC。
PLC是什幺呢?
PLC的全称是Programmable Logic Controller(可编过程控制器),刚引入国内时,曾简称为PC。后来,IBM-PC获得广泛应用,PC成了个人电脑的代名词,才改为PLC。
PLC是一种产品,但这种产品有点特别,在没有下载控制程序之前,它不具备任何控制功能,也就是说,没有应用程序的PLC是毫无用处的。
PLC实际上是专为工业环境使用的通用控制平台,它必须进行二次开发才能完成最终控制目的,因此,它还需程序编辑/调试软件的配合。
PLC是智能产品,它的核心控制器采用什幺方案呢?
板级的CPU肯定是不能考虑的,MPU也要好几块集成电路构成,以Z80 MPU为例,需要Z80MPU、PIO、CTC、SIO、EPROM、SRAM等,把这些集成电路安装在一块电路板上,这就是早期的单板计算机。这种方案体积太大,不适合现代要求。
由此可见,PLC的核心控制器采用单片机是最合适的
PLC其实就是一套已经做好的单片机系统.
PLC的梯形图你可以理解成是与汇编等计算器语言一样是一种编程语言
而且通常做法是由PLC软件把你的梯形图转换成C或汇编语言(由PLC所使用的CPU决定),然后利用汇编或C编译系统编译成机器码!PLC运行的只是几器码而已.梯形图只是让使用者更加容易使用而已.
当然也可以用单片机直接开发控制系统,但是对开发者要求相当高(不是一般水平可以胜任的),开发周期长,成本高(对于一些大型一点的体统你需要做实验,印刷电路板就需要一笔相当的费用,你可以说你用仿真器,用实验板来开发,但是我要告诉你,那样做你只是验证了硬件与软件的可行性,并不代表可以用在工业控制系统,因为工业控制系统对抗干扰的要求非常高,稳定第一,而不是性能第一,所以你的电路板设计必须不断实验,改进).当你解决了上述问题,你就发现你已经做了一台PLC了。
PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序,梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC的性能,通讯程序决定了PLC与外界交换信息的难易。对于简单的应用,通常以独立控制器的方式运作,不需与外界交换信息,只需内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。实际上,设计PLC的主要工作就是开发解释梯形图语言的程序。
笼统来说,构建一座无人工厂,需要凝聚了各领域工程人员对其专业知识的创造和应用。比如,建筑和土木工程师做好厂房和设备基础的建设。电气工程师设计能源线路,然后通过PLC,来实现电机或者活塞的运动顺序。机械工程师来实现机器的定位和安装,并通过设计涡轮、齿轮、蜗杆、皮带等等,将电机转动转变成机器的各种动作。IT工程师来实现机器之间的通讯和数据收集分析等等。
理论上讲,所有存在固定逻辑的工作,在技术上都早已可以实现无人化。更多的阻碍来自于经济上的考量。人工成本的上升、产品质量稳定的高要求、自动化技术的模块化和成本降低等等都让无人工厂变得越来越近。
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