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菲家讲台 | PLCNext谈古道今系列之PLC诞生记(一)

供稿:菲尼克斯(中国)投资有限公司 2019/11/28 15:38:55

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  • 关键词: 菲尼克斯 PLCNext
  • 摘要:双11余温未消,又一次被购物车里的商品掏空了工资卡。近几年网购平台以难以置信的速度蓬勃发展,其背后都是信息技术和物流技术的日新月异。在工业4.0和智能制造浪潮汹涌澎湃的时代,谁又会在技术爆炸式的发展中成为下一个弄潮儿?制造业无疑会是这次的主战场。

双11余温未消,又一次被购物车里的商品掏空了工资卡。近几年网购平台以难以置信的速度蓬勃发展,其背后都是信息技术和物流技术的日新月异。在工业4.0和智能制造浪潮汹涌澎湃的时代,谁又会在技术爆炸式的发展中成为下一个弄潮儿?制造业无疑会是这次的主战场。

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如今的自动化领域,已经不再保守和固执,逐渐融入新兴技术。基于TSN的网络实时通讯技术、基于OPC UA的通讯接口技术,以及基于开放式平台的控制技术是目前自动化领域三大发展方向。2019年也比较特殊,距离1969年世界上第一台PLC诞生,正好整整40年。然而第一台PLC的诞生不同于第一台个人电脑的诞生,由一群有志青年在自家的车库里捣腾出来,PLC是一个企业研究性项目,是一次真正的激烈竞争促成了它的诞生。

穿越到上个世纪60年代

故事发生在上个世纪60年代的美国,有个非常知名的公司叫通用汽车,汽车已经开始在生产线上进行流水化制造,到1967年已经下线1亿辆汽车。从现代的角度看,汽车生产线可以布满整个车厂,而且几个月就能制造出一条产线。但是限于当时的技术,大多数人都不知道何为电脑,更不用说各种控制器和机器人了,当时通过由继电器和密密麻麻的导线搭建出来的整排继电器逻辑控制柜控制生产流水线。

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很牛的公司一般都会有一个很牛的部门。位于美国密歇根州Ypsilanti的通用汽车公司有一个名为Hydra-Matic的部门,该部门作为通用汽车公司最主要的生产技术部门,也是当时闻名全国的技术领导部门,该部门每年生产超过200万个变速器。他们设计了长而复杂的传输线用于加工和组装零件。例如一条将生铸件变为成品变速箱的生产线长420英尺,设有58个工作站和329个切削工具。

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与大多数汽车行业一样,通用汽车在机械和设备升级方面进行了大量投资,以提高质量和生产率。为了更好地进行生产监控和制造数据处理,该部门安装了两台早期的IBM1800系列电脑:IBM1801。第一个用于监控24台测功机的测试台,第二个用于监控变速箱装配线。(当时IBM只关注大型计算机系统,与此同时还有一家DEC的公司,专门做小型计算机系统)。IBM1800数据采集和控制系统专为实时数据采集、分析和控制而设计,采用模块化结构,针对个人用户进行量身定制。它具有灵活的过程输入/输出前端,并支持内存循环偷窃。磁芯最大内存为65,538,十六位字加上奇偶校验和存储保护位。通过逐字存储保护,机器可以长时间运行,而无需重新启动系统。且具有大量的实时设备和功能,包括模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出和24级优先级中断。据说IBM1800自诞生起一直到现在50多年了,还能够稳定运行。

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这么昂贵的设备虽然能够在Hydra-Matic部门配备起来,但是想用在产线上却有很多问题。当时该部门计算机小组的工程师Ed O'Connell认为通用汽车公司并没有从IBM公司获得足够技术支持。由于计算机的原因,经常导致整条测试生产线停工。(幸好IBM没有给通用太多的支持,不然也没有后面的事情了,PLC的出现会更晚一些。)既然又贵、又大,还不好用,总是有人会出来说话了。

1968年4月,Hydra-Matic部门一个年轻的工程师Dave Emmett,建议开发一套他称之为“标准机器控制器”的设备。他设想了一种控制器,能够替代当时用于控制机器运行的继电器系统。Emmett负责电路系统小组,整个控制柜内都是继电器,如果他们想修改一下机器控制序列的话,首先需要准备相关的连接线路图纸,进而从一堆导线中找到需要的线路进行设计和修改,这可能需要花费几个小时才能完成。他设想某种机器能够明显降低改变机器控制序列所花费的时间,减少维护费用,改善机器诊断,缩小盘台所需空间。

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与此同时,Hydra-Matic计算机部门的另一个团队,也正在计划为通用汽车公司开发一种不同的机器控制系统。计算机部门已经聘请长期合作的电子接口设备商信息仪表公司(3-I)来开发一种由计算机控制的装配机器,用于控制前离合器生产线。

一个部门,两个小组,各自都非常清楚自己开发的东西会引领自动化的未来,其中的竞争可想而知。一个来自于电路系统小组,熟悉现场线路,整天跟逻辑图打交道。一个来自计算机部门,每天都在IBM的大型机前敲打着指令代码。由于两组人专业不一样,因此在定义项目需求上势必会有偏差。电路系统部门希望复制现有逻辑图,而计算机部门则希望使用非顺序的编程,提供一种更具有鲁棒性的指令集,从而可以降低处理时间。两种方案的优点和局限性随着项目的进展而变得日渐清晰。

在平衡之后,通用汽车公司在1968年6月发布招标书,包括仅有4页纸的设计规范书,其中主要的需求如下:

1、该单元将采用模块化结构,并在工厂环境中受附近高压和振动的影响下正常运行。内置隔离将接受120 VAC的数字信号,并至少提供16个120 VAC,4 A的输出。

2、使用固态组件,32个输入可以扩展到256个,而16个输出可扩展到128个。存储的信息或程序不会由于长达12小时的系统电源故障而改变或丢失。

3、它很容易编程和重新编程。它将至少有1K的内存可扩展到4K。

4、它能够处理8个同时计时的功能,其计时范围可在0.1到10秒之间调节。

招标书一出,比武擂台一摆,各路豪杰纷至沓来。当时首先获得标书的是:Allen-Bradley, DEC, 3-I和Century Detroit。后来,Cutler-Hammer, Cincinnati Milling Machine, 和Bedford Associates获得了副本。在这七个小组中,只有DEC,3-I和Bedford Associates三个小组提供了用于评估的原型控制器,从而获得实际项目测试的机会。

然而谁是第一个提供原型机用于现场测试的?谁又在计算和性能上处于绝对优势?最后谁又出乎意料的赢得了整个合同?敬请期待下回分解……

审核编辑(王静)
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