【PLC和CNC在未來(lái)工廠中的角色】隨著工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)越來(lái)越流行，自動(dòng)化概念正在悄然發(fā)生變化。自動(dòng)化涵蓋了高精度、高速度、高效率和預(yù)測(cè)性維護(hù)等概念。這是由數(shù)字化、可編程系統(tǒng)推動(dòng)的，已經(jīng)開(kāi)發(fā)和完善了幾十年了。

例如，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）通過(guò)執(zhí)行預(yù)編程序列的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的自動(dòng)化。CNC是20世紀(jì)50年左右也從計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)發(fā)展起來(lái)的。隨著計(jì)算機(jī)和伺服系統(tǒng)的發(fā)展，它可以幫助制造商滿足它們對(duì)可重復(fù)、高精度生產(chǎn)的日益增長(zhǎng)的要求。CNC已成為精確度和控制的代名詞，它主要由5個(gè)部件組成——排序器、插補(bǔ)器、伺服控制器、邏輯控制器和操作員控制接口。數(shù)控系統(tǒng)的概念提出20年后，一個(gè)價(jià)格更低，形式更簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)輔助控制出現(xiàn)了，那就是可編程邏輯控制器(PLC)。

PLC是在20世紀(jì)70年代左右開(kāi)發(fā)出來(lái)的，旨在取代繼電器邏輯控制系統(tǒng)。這些繼電器系統(tǒng)由于依賴硬件來(lái)執(zhí)行關(guān)鍵功能，因此往往不經(jīng)濟(jì)性、缺乏靈活、不易使用。PLC具有輸入和輸出功能，可編程執(zhí)行順序操作、數(shù)據(jù)處理或簡(jiǎn)單的軸控制。

但是，PLC的使命并不是替代CNC。“兩種控制器服務(wù)于不同的目的和市場(chǎng)，各有自己的優(yōu)勢(shì)。因此，沒(méi)有任何業(yè)內(nèi)人士會(huì)說(shuō)，‘我已經(jīng)投資了CNC，這里已經(jīng)沒(méi)有PLC的用武之地了’，正是因?yàn)樗鼈兪莾煞N完全不同的控制?！卑l(fā)那科工廠自動(dòng)化部門的CNC應(yīng)用經(jīng)理IanBaird說(shuō)。

CNC和PLC將在未來(lái)的工廠中扮演不同的角色，幫助制造業(yè)提升自動(dòng)化程度，并專注于最大限度地減少停機(jī)時(shí)間。圖片來(lái)源:發(fā)那科

由于它的使用，超出了簡(jiǎn)單的輸入/輸出(I/O)算法，因此CNC與自動(dòng)化的關(guān)系比較多?，F(xiàn)代CNC是一個(gè)靈活的，數(shù)字控制的系統(tǒng)，旨在無(wú)需為整個(gè)系統(tǒng)重新編程的情況下滿足制造商的需求。大多數(shù)現(xiàn)代CNC，還包括配置了內(nèi)置運(yùn)行、維護(hù)和診斷屏幕的用戶界面。“由于這個(gè)原因，CNC很受那些想要完全控制機(jī)器的人的歡迎，因?yàn)樗墓δ?，能讓你在接受?jiǎn)單的培訓(xùn)之后就可以獨(dú)擋一面。”Braid說(shuō)道。

由于具有較大的靈活性，因此CNC適用于任何行業(yè)的復(fù)雜、多軸加工。任何需要精確運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用都可以通過(guò)CNC實(shí)現(xiàn)，無(wú)論是手表零件和醫(yī)療設(shè)備的制造，還是反應(yīng)性原子、等離子的蝕刻等。

簡(jiǎn)單與復(fù)雜控制任務(wù)

Baird認(rèn)為對(duì)簡(jiǎn)單控制任務(wù)而言PLC更擅長(zhǎng)。如果你有一個(gè)應(yīng)用，不需要較高的精度或靈活的運(yùn)動(dòng)控制，比如：交流電動(dòng)傳輸帶，那么PLC往往是最好的選擇，而且它比CNC便宜。因此，有人認(rèn)為CNC更適合應(yīng)用于復(fù)雜的應(yīng)用。

然而，PLC雖然簡(jiǎn)單，但也有一些缺點(diǎn)。Baird說(shuō)，“PLC沒(méi)有CNC的靈活性高。如果你需要稍微改變程序，必須完全重新編程。它也不具備CNC的高精度，因此最好將其作為低成本的基本任務(wù)解決方案。盡管PLC成本低，但許多制造商仍然選CNC，部分原因是其全生命周期成本較低?！?/p>

很有趣的是，許多設(shè)計(jì)師在安裝PLC之后又轉(zhuǎn)向了CNC，主要原因就是靈活性、可靠性和成本。數(shù)控系統(tǒng)的初始成本高于PLC，但由于數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和控制能力的提高，長(zhǎng)期投資回報(bào)率可能會(huì)更高。它還使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠靈活地決定：他們希望用戶在其機(jī)器上擁有多少控制權(quán)。

數(shù)控系統(tǒng)的長(zhǎng)期成本效益，得益于其先進(jìn)的用戶可編程特性，可以最大限度地減少停機(jī)時(shí)間，控制機(jī)器的能源利用效率或機(jī)器產(chǎn)出。

許多CNC都配備了人工智能輪廓控制。這意味著機(jī)器可以被控制在一定的工作負(fù)荷內(nèi)運(yùn)行，或自適應(yīng)地控制機(jī)器完成夜班工作。例如，通過(guò)編寫程序，讓其工作在80%負(fù)載處，使公司能夠更經(jīng)濟(jì)的利用能源。CNC還配備了能源效率功能，如充電模塊。

CNC也具有安全功能，為與人類協(xié)作行動(dòng)提供良好的保障?！癈NC配備了一個(gè)可以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制的數(shù)字算法來(lái),”Baird說(shuō)，“這個(gè)數(shù)字系統(tǒng)由兩部分組成，一個(gè)真實(shí)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)和一個(gè)目標(biāo)數(shù)字系統(tǒng)。目標(biāo)系統(tǒng)是‘理想'的期望值，為機(jī)器提供目標(biāo)工作參數(shù)。真實(shí)的系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)都由同一命令驅(qū)動(dòng)，所以它們應(yīng)該以完全相同的方式工作?！?/p>

如果真實(shí)系統(tǒng)遇到中斷，比如意外負(fù)載，則會(huì)導(dǎo)致實(shí)際數(shù)據(jù)偏離目標(biāo)數(shù)據(jù)。機(jī)器將把它轉(zhuǎn)換成沖突，并以兩種方式之一作出反應(yīng)。如果移動(dòng)緩慢，就會(huì)停止，如果快速移動(dòng)，將執(zhí)行一個(gè)“向量后退”，它將撤回任何移動(dòng)機(jī)械，以避免設(shè)備損壞。對(duì)于高端機(jī)器，還可以融合3D技術(shù)，阻止五軸機(jī)械在其預(yù)先確定的工作區(qū)域外移動(dòng)。

對(duì)于希望實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化的制造商而言，零停機(jī)時(shí)間也是一個(gè)重要考慮因素。計(jì)劃外停機(jī)成本很高，可以造成幾天、幾周甚至幾個(gè)月停止生產(chǎn)。未檢測(cè)到的故障，可能會(huì)對(duì)機(jī)器造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞，甚至可能傷害到工人。

最小化停機(jī)時(shí)間

“盡管期望工廠能夠7x24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)有點(diǎn)不切實(shí)際，但我們還是可以盡量減少由于小故障或錯(cuò)誤造成的停機(jī)時(shí)間，這也正是預(yù)測(cè)性維護(hù)的概念所在?！盉aird說(shuō)，“CNC技術(shù)推動(dòng)了預(yù)測(cè)性維護(hù)的發(fā)展。預(yù)測(cè)性維護(hù)允許我們?cè)跐撛趩?wèn)題出現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)它們，并在變得嚴(yán)重之前采取相應(yīng)行動(dòng)。我們通過(guò)將控制機(jī)器的自動(dòng)化技術(shù)作為守護(hù)人，來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)?！?/p>

這是否意味著CNC注定要成為未來(lái)工廠的唯一工具？Baird并不這么認(rèn)為，“PLC仍然扮演著至關(guān)重要的角色。最好的例子就是生產(chǎn)線。CNC可以控制機(jī)器人的手臂、工裝、銑削和研磨，而PLC可以控制皮帶的傳輸，將產(chǎn)品或材料從生產(chǎn)線的一個(gè)工序輸送到下一個(gè)工序。由于CNC的復(fù)雜性，使其并不能很好地完成這些任務(wù)，而且有點(diǎn)大材小用。作為工廠車間的一部分，簡(jiǎn)單和復(fù)雜的任務(wù)要同時(shí)完成，CNC和PLC可以完美地結(jié)合在一起工作?！?/p>

在制造工具包中CNC和PLC都占有一席之地，未來(lái)它們將會(huì)如何發(fā)展？“工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)會(huì)持續(xù)發(fā)展，并將以適合特定行業(yè)的專業(yè)化形式出現(xiàn)?！盉aird說(shuō)。第三方還將利用開(kāi)放接口的概念，將工廠與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)。隨之而來(lái)的是大規(guī)模的智能機(jī)器、數(shù)據(jù)收集和分析，這將有助于實(shí)現(xiàn)更大的過(guò)程改進(jìn)。

雖然不清楚CNC和PLC在未來(lái)的工廠中扮演什么角色，但它們都將成為其中的一部分，即使它們并不總是在一起合作。