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自动化浪潮来袭,未来工厂是否还有CNC和PLC的一席之地?

日期: 2020-09-22
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自动化浪潮来袭,未来工厂是否还有CNC和PLC的一席之地?



如今,“工业4.0”和“物联网”正渗透到各行各业,自动化的概念也随之产生变化。除了前几年追求的自动采摘、包装、码垛、运输外,现在的自动化还包括零停机时间、提升作业精度、高速高效、预防性维护等概念。这些都能由发展了数十年的可编程数字系统提供支持。


计算机数字控制(CNC),是通过执行预设序列对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。FANUC工厂自动化部门CNC应用经理伊恩·贝尔德(Ian Baird)说:“从上世纪50至60年代,CNC由计算机辅助制造(CAM)与基于示踪器的自动化发展演变而来。与计算机和伺服系统组合后,它能满足制造商重复、高精度的生产要求。如今,CNC主要由五部分组成:一个序列器、插补器、伺服控制器、逻辑控制器和操作员控制接口。”


在CNC面世20年后,人们又开发了一种便宜又简单的计算机辅助控制器——可编程逻辑控制器(PLC)。

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PLC与CNC孰优孰劣


贝尔德继续说道:“上世纪80年代,人们开发了PLC以取代继电器逻辑控制系统。由于继电器控制系统依靠硬件来执行其关键功能,它们的成本较PLC来说更高,并且灵活性不足,使用起来不方便。反之,PLC具有输入和输出功能,它们可以通过编程执行程序化操作、数据处理或简单的轴控制。”


但是,PLC并不会取代CNC。贝尔德表示:“二者都有自己的优缺点,服务的目的和市场也不相同。若行业内有人说‘我已投资了CNC,以后不会有PLC的生存空间’,这是非常狭隘的观点,因为它们是两种不同的控制系统。”


CNC更多地与自动化概念相近,因为它的使用范围不仅仅是简单的输入-输出计算。现代CNC是一种灵活的数字控制系统,可以根据制造商的需求进行定制,无需重新编辑系统。


“现代大多数CNC还具有用户界面,支持内置操作、维护和诊断等功能。因此,许多想要完全控制机器人的使用者非常喜欢CNC,因为你只需对其加以训练,就能完全独自操作。”贝尔德说道。CNC的灵活性使其在几乎任何行业都能应用于复杂的多轴加工。“只有你想不到的,没有CNC做不到的。无论是手表零件的加工还是医疗设备的制造,甚至是进行反应性等离子体的蚀刻,任何需要精密运动控制的应用都要用到CNC。”


PLC更适用于简单的控制任务


然而,PLC却是针对简单控制任务的良好解决方案。贝尔德认为:“如果是不需要高精度或灵活运动控制的应用,例如在交流电机输送机中,PLC通常是最佳选择。它比CNC便宜,更适合在复杂的应用中使用。”


不过,贝尔德提到PLC的简单性也有些缺点:“PLC没有CNC那么灵活。如果使用者需要稍微改动程序,就必须重新编程。另外,PLC的精度也没有CNC那么高,所以最适合用作低成本的基本操作。”可是,尽管PLC成本低,但是许多制造商正转向选择CNC,其中一部分原因是他们认为CNC的总成本要更低。“这是一个很有趣的现象,许多商家在投资了PLC之后转而选择CNC,主要就是看中了其灵活性、可靠性和总成本低的因素。CNC的初始成本虽然高于PLC,但由于CNC的可靠性和控制性更强,长期投资的回报率可能更高。并且使用者自己能够决定对机器作出多大程度的控制。”贝尔德说。




CNC的长期成本之所以低,正是归功于其先进的用户可编程功能,这可以最大限度地减少停机时间,并控制机器的能源消耗或输出。


目前,许多CNC还配备了人工智能系统,这意味着使用者可以设定机器人的工作量,或者让机器自动在夜间工作。例如,用户可以对其编程,让机器仅在80%的负载下工作,达到节能的目的。一些CNC还配备了例如能量充电模块的高效节能功能。


除此之外,CNC附加的安全功能也令其适合与人类协作。贝尔德说:“CNC配备了一个基于运动控制的数字算法,该数字系统有两部分组成:实际的数据系统和观测数字系统。观测系统的行为是最理想的动作,为机器提供了应该如何工作的准确参数。实际和观测系统都是由相同的命令驱动的,所以他们应该以完全相同的方式工作。”


如果实际系统突然中断,例如超负载,这会导致实际数据与观测数据不一致,机器会将其理解为冲突。如果它此刻移动较缓慢,机器将会停止。如果移动速度较快,它将执行“向导后退”,停止所以移动的机器,以避免损坏。


除了安全性,零停机时间是厂商们对自动化的重要诉求。意外的停机时间将付出高昂的成本:工厂可能会停止生产好几天,甚至数月。未检测到的故障可能会对机器造成不可逆的损害,甚至伤到操作人员。


减少停机时间助节能


贝尔德表示,尽管让工厂全天候不停地工作是不现实的,但我们的目标是尽可能减少故障或错误导致的停机。这正是预防性维护的重要性。“预防性维护使我们能够在发生问题之前找出问题,并在其进一步恶化之前采取行动。控制机器的自动化技术就像监测者。”


那么,CNC是否注定成为未来工厂唯一的工具呢?“尽管PLC有些地方不如CNC,但在自动化的浪潮中,它的位置无可取代。最好的例子就是在生产线中,CNC也许可以控制机械臂、完成开模、打磨等工作,但是PLC却可以为运输材料和产品的传送带供电。若用CNC做这些事,则有点大材小用了。所以在工厂车间内,当同时有简单和复杂的任务时,CNC可以与PLC完美结合。


随着CNC和PLC在制造业中保持领先地位,现在重要的是看他们将来会如何发展。贝尔德总结说:”工业控制系统将不断发展,并且朝着更加专业的特定方向发展。第三方还将利用开放式界面的概念,将工厂与物联网结合。将来会有更智能的机器和海量的数据分析。”


也许只有时间会告诉我们CNC和PLC会如何应对未来工厂的发展,但毫无疑问,即使这两种技术不结合,也必定是工厂不可或缺的一部分。

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