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可編程邏輯控制器(PLC)可作為集成自動化系統的控制級和現場級設備

發布時間:2023-03-03  來源:立鼎產業研究網  點擊量: 961 

可編程邏輯控制器(PLC)是第三次工業革命的典型代表之一。它采用可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令,并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC最核心的優勢為可靠性和穩定性高,可以在復雜的工業環境中穩定運行。從因此,從1969年問世以來一直在各自動化行業廣泛使用。

PLC由硬件(芯片、PCB和接線端子等結構件,構成PLC60%-70%的成本)是和嵌入式軟件構成。嵌入式軟件是PLC的核心,包括底層軟件和編程環境。具備各類型PLC的底層開發平臺鑄就了PLC巨頭們穩固的護城河。

國內和海外大部分自動化廠商,在研發中大型 PLCI/O 點數在 256-2048 點為中型 PLC,I/O 點數在 2048 以上為大型 PLC)產品時,通常會選擇使用德國 3S-smart公司的 Codesys 工業自動化底層開發軟件。對于專注于小型 PLCI/O 點數在 256 點以下)的廠商,通常有自主研發的底層編程平臺。

Codesys可以視為PLC制造商的OEM工具。3S提供軟件(IEC61131編輯器)和運行時C代碼,各自動化廠商在其基礎上進行二次開發以更快速地將產品推向市場。國內自動化廠商信捷電氣、匯川技術、禾川技術等均有部分產品使用Codesys軟件進行產品開發,而西門子、羅克韋爾、施耐德等業務布局涵蓋OEM和大型FA市場的國際巨頭有自己的軟件開發公司或合作公司,不使用Codesys軟件。

信捷電氣PLC產品圖譜涵蓋小型、中型、薄型PLC


資料來源:信捷電氣公司官網

PLC是一個二次編程的產品。以鋰電自動化設備為例,用 PLC實現鋰電池設備的自動化操作動作,需要鋰電池生產設備廠商根據鋰電池設備的工藝要求,在 PLC底層編程軟件(PLC 廠商完全自主開發,或是在 Codesys 編程環境基礎上二次開發的軟件)的基礎上用梯形圖再次開發出面向用戶的程序。編程軟件的易用性和客使用時的熟悉程度是帶來用戶粘性的重要因素。已經具備一定軟件開發能力的臺達電用 子仍然使用 CODESYS  對其未來的運動控制設備進行編程從而迎合歐洲市場的客戶需求。

最終用戶使用的PLC是二次開發的產品


資料來源:公開資料

根據全集成自動化的思想,可以將一個控制系統分為管理級、控制級和現場級。管理級提供人機接口,是整個控制系統與外部信息交換的界面;控制級是實現系統功能的核心和關鍵,也是管理級與現場級之間的樞紐層。其主要功能是接受管理層設置的參數或命令,對生產過程進行控制,同時將現場狀態輸送到管理層;現場級是實現系統功能的基礎?,F場級主要由一次儀表、控制設備等組成。其功能主要是對系統設備的狀態、傳感器參數進行監測,并把監測到的數據上傳,接受控制級的指令對執行機構進行控制。

從整體架構上看,上位機是指可以直接發出操控命令的計算機,從而控制相關設備元件和驅動裝置,下位機是直接控制設備獲取設備狀況的計算機。下位機不時讀取設備狀態數據(一般為模擬量),轉換成數字信號反饋給上位機。兩機如何通訊,一般取決于下位機,因為下位機一般具有更可靠的獨有通訊協議。通常工控機、工作站,HMI作為上位機。PLC,單片機等作為下位機。

PLC作為集成化工控系統的控制級,是HMI和驅動系統、設備之間的樞紐


注:圖中單臺PLC控制的伺服驅動數量僅作為參考

對于下游設備廠商而言,PLC本身成本較低并且切換成本高。因此,PLC的毛利率可維持較高水平。具體原因有以下兩點:

第一,PLC在整個自動化設備里的成本占比低。仍以鋰電設備為例,一臺鋰電設備售價幾百萬,而一臺PLC售價1-2萬,占設備總成本3%以內的比例。假設由于芯片漲價導致PLC漲價20%,對整體設備成本來講只是不到1%的成本增長。

第二,切換PLC的機會成本很高。對于設備廠商來說,切換PLC需要重新編寫程序,驗證穩定性、驗證性能。由于PLC是保證工業生產安全的重要零部件,一旦因切換PLC使得設備出現問題,會嚴重阻礙工業生產的順利進行。因此,切換成本比PLC漲價帶來的成本大很多,PLC廠商對下游客戶的議價權較強,芯片等原材料漲價給PLC廠商帶來的成本增長可以順利傳導給下游客戶,從而維持毛利率穩定。


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