PLC在物流装备智能化发展中的应用及发展

文 / 本刊记者 喜崇彬

PLC作为电气自动化控制的核心元件，对系统的自动化和智能化发展起着越来越重要的作用。随着我国智能制造的推进和发展，工业生产中自动化控制系统的智能化发展成为技术革新的重要内容。物流装备行业是工业制造的一个细分行业。在自动化物流装备中，PLC的应用可以说是无处不在，不可或缺。因此，了解PLC的技术发展趋势及在物流装备行业中的应用情况，对于物流装备智能化提升，对于物流装备企业的运作和发展，都有极为重要的意义。

什么是PLC

PLC是可编程序控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。

研发PLC的产业背景是，传统的继电控制系统在工业生产应用中暴露出了多项缺点，包括：继电器控制系统体积大、耗电多，可靠性低，接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成第一台可编程序控制器。随着这项技术的诞生，其在工业生产领域的应用日益广泛。这项技术促进了机械领域的自动化和智能化进程，很多工业自动化设备运用它替代继电器设备控制方式，使得系统的控制更加准确和灵活。

汇川技术股份有限公司行业总工任宪金

1987年，国际电工委员会（IEC）颁布了可编程控制器标准草案第三稿，在草案中对可编程控制器（PLC）定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

PLC的分类及技术特点

PLC的硬件组成包括：中央处理器、存储器、输入输出单元（I/O）、电源、编程设备。按结构形式分类，PLC分为整体式、模块式和叠装式。整体式PLC：又称单元式或箱体式。整体式PLC将电源、CPU、I/O部件集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。叠装式：结合了整体式和模块式的特点，叠装式 PLC 的 CPU 、电源、 I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆连接，使得系统不仅配置灵活 而且体积小巧。

PLC有诸多的优点：

汇川控制层产品

1.可靠性强。现如今，PLC技术经过多年的发展，在工作性能上体现出超强的稳定性，平均无故障时间3-5万小时。PLC技术对错误信息的识别能力很强，并且对其进行故障检测和修复等作用，自我诊断能力强大，稳定性极好，在复杂多变的工业环境中的适用性和应用性极高。这种工作状态是促进机械自动化发展的重要因素。稳定的性能降低了故障的出现频率，同时还能够有效保证设备运行的高效性。

2.抗干扰能力强。PLC设备和技术还能在比较恶劣的环境中应用，可以抵抗辐射强度大，噪声大以及灰尘大等方面的限制。因此，PLC为现代的机械领域的使用提供了良好的适应能力。

3.PLC具有非常强大的适应能力。对于工业控制系统中改变控制程序、管理程序的简化具有很好的融合作用和扩展作用。

4.PLC的技术操作相对简便。经过简单培训，懂得计算机技术的普通工作人员均可以顺利操作。

PLC在物流装备行业的市场格局和发展机遇

在工控制造领域，深圳市汇川技术股份有限公司是非常知名的一家企业，聚焦工业领域的自动化、数字化、智能化，专注于“信息层、控制层、驱动层、执行层、传感层”核心技术，以及工业自动化控制产品的研发、生产和销售，占据较大的市场份额。据该公司负责物流行业的总工任宪金介绍：在物流装备领域的应用，如堆垛机、分拣、输送、AGV等设备，都有对设备的运动控制和状态监控的需求，而这些功能都可以通过PLC实现。

PLC在物流装备市场的应用，主要还是被以西门子为代表的欧系传统大厂控制，由于这些厂商进入市场非常早，已经在行业中沉淀了丰富的技术解决方案，搭建了比较完整的技术框架，每年仅PLC产品在物流行业的销售额就能达到数亿元，而汇川公司去年PLC产品在物流行业的销售额仅仅2000万元左右。在这个领域，汇川市场空间很大，是追赶者和学习者。

任宪金进一步谈到，工控行业本身就是技术密集型的产业，对公司的研发能力要求非常高。再加上汇川公司分行业运作的发展模式，更是非常消耗研发资源。因此，汇川公司目前20000多名员工中有将近1/3的人员是研发人员。对于PLC在物流装备行业的应用，任宪金非常看好。他认为：随着智能制造的来临，物流装备行业最大的发展趋势就是智能化，而PLC是在相关系统中起到承上启下作用的关键元件。在智能物流系统中，PLC向上对接各种信息系统，如与WCS系统，以及其他工业软件进行交互；向下对接设备，PLC要提供对单体设备运动控制，甚至整条产线的流程控制。

智能堆垛机解决方案

任宪金认为，在物流行业，对于PLC的市场，尽管格局已经固化而且控制市场的企业实力强大，但是新入局者并非完全没有机会。原本的大厂形成非常强的品牌影响力，使得客户在选择和采购的时候形成惯性，但这也带来了传统大厂的创新内驱力不足。而疫情导致的供应危机，也给了新品牌机会。近些年，物流行业的发展很快，对运行效率的要求越来越高，应用的技术变化也比较快，行业中应用了一些新品类的物流自动化设备。这些都给原来在PLC、伺服等领域占据市场份额比较低的企业带来了机遇。任宪金说：“我们在这个细分市场也是刚刚起步，但是已经有客户能够认可汇川的技术和服务，这让我们对未来的发展充满憧憬。我们强调不仅仅给客户提供交付价值，而且能够提供真正的技术价值。从‘人有我有’，到‘人有我优’，甚至会针对一些行业需求，开发‘人无我有’的专机产品。”

汇川PLC系列产品及配置

PLC在物流装备中的应用和技术发展分析

对于PLC的技术发展，任宪金谈了几点他的看法。

第一，总线技术：PLC将成为智能化系统的数字处理节点。如今的单体设备里面的数据，包括运行参数，甚至轴端的信息，都可以被PLC即时获取并存储。在搭建一个大的数字化网络架构系统里，相关软件就可以到PLC里面去读取这些数据。由此，PLC就成为数据处理的一个重要节点。PLC数据的读取和传输涉及总线技术，汇川目前主要采用的是Ethercat总线技术。谈到这方面，任宪金介绍到，目前很多物流输送系统的运营场景中，在PLC对下控制方面，很多厂家的产品还是用原来的I/O的技术方式来控制，其传输的信息是比较有限的，相当于两个人之间的交流只是打手势。其实在技术上，完全可以通过更先进的通讯方式去实现，实现信息传输从PLC到驱动器甚至整个执行层面的统一，由此形成数据的一网到底，提升系统整体的运作效率。

第二，软件能力：PLC的技术发展将越来越突出软件方面的功能，而PLC软件的关键能力之一是运动控制算法的提升。以汇川为例，通过算法提升，提升和加强PLC对设备的运动控制能力，为客户制定了全新的电气和机械的耦合系统方案，使得设备的稳定性和效率得到很大提高。这样的技术应用到立库堆垛机的运行控制中，相对于原来的控制方式，解决了超高堆垛机的定位摇摆问题，使得堆垛机的立柱可以做得更高，由此提高了设备的运动能力和载货能力。除此之外，汇川的PLC在连接相关设备时，如输送皮带机，可以在PLC当中自动获取和生成设备的相关工艺参数，这样就可以把调节设备（如输送线皮带机）工艺参数的功能整合到PLC当中。在需要调节设备参数的时候，可以直接在PLC当中调控，而不用再去每个设备中调节。任宪金继续解释到，汇川会把相关的解决方案形成标准、模块化的功能，封装在PLC软件功能中，客户遇到相应的场景需求，就可以调出这些功能使用，极大地便捷了客户对设备的调试、维护等。

第三，边缘计算：PLC在控制功能方面愈发强调智能化控制，保证设备不停机。例如有的输送设备在突然遇到一个非常重的包裹时，为了保证运行速度会瞬间提高用电电流，导致设备报警甚至停机。而汇川PLC通过边缘计算，会把设备运行稳定性作为最优先选项，遇到突然加大负载的包裹，会智能调节设备降低运行速度，由此保证设备尽量不报警、不停机。而对于后期的设备维护，也可以通过对轴端数据的采集读取，达到对轴端设备的预维护和预诊断，从而做到设备的精准维护，减少故障停机。总体来说，汇川希望通过自身的产品和技术，让客户物流系统的智能操作，在软件层面上做加法，在机械层面上做减法，先从设备端去实现智能化。这是他认为的智能化、数字化升级的一个技术发展思路。

最后，任宪金总结到：在软件上，PLC的功能必然要向智能化方向延伸；在硬件上，为了解决供应链的供应危机，包括汇川在内的很多中国公司都在推动提升国产化率，目前汇川已经有部分产品实现了百分百的国产化，而在未来的两到三年，在汇川的一些中大型的PLC中对算力要求比较高的芯片，汇川也要实现国产化替代。此外，汇川还要与行业内的其他厂家共同推动更开放的技术框架体系的发展。汇川作为物流行业PLC领域新的厂商，历史包袱更小，更愿意为客户而改变，提供新的、不同的解决方案。由此，PLC从技术到市场格局上，都有可能迎来全新的局面。