【PLC和CNC在未來工廠中的角色】隨著工業4.0和工業物聯網(IIoT)越來越流行，自動化概念正在悄然發生變化。自動化涵蓋了高精度、高速度、高效率和預測性維護等概念。這是由數字化、可編程系統推動的，已經開發和完善了幾十年了。

例如，計算機數字控制（CNC）通過執行預編程序列的計算機，實現了機床的自動化。CNC是20世紀50年左右也從計算機輔助制造(CAM)發展起來的。隨著計算機和伺服系統的發展，它可以幫助制造商滿足它們對可重復、高精度生產的日益增長的要求。CNC已成為精確度和控制的代名詞，它主要由5個部件組成——排序器、插補器、伺服控制器、邏輯控制器和操作員控制接口。數控系統的概念提出20年后，一個價格更低，形式更簡單的計算機輔助控制出現了，那就是可編程邏輯控制器(PLC)。

PLC是在20世紀70年代左右開發出來的，旨在取代繼電器邏輯控制系統。這些繼電器系統由于依賴硬件來執行關鍵功能，因此往往不經濟性、缺乏靈活、不易使用。PLC具有輸入和輸出功能，可編程執行順序操作、數據處理或簡單的軸控制。

但是，PLC的使命并不是替代CNC。“兩種控制器服務于不同的目的和市場，各有自己的優勢。因此，沒有任何業內人士會說，‘我已經投資了CNC，這里已經沒有PLC的用武之地了’，正是因為它們是兩種完全不同的控制。”發那科工廠自動化部門的CNC應用經理IanBaird說。

CNC和PLC將在未來的工廠中扮演不同的角色，幫助制造業提升自動化程度，并專注于最大限度地減少停機時間。圖片來源:發那科

由于它的使用，超出了簡單的輸入/輸出(I/O)算法，因此CNC與自動化的關系比較多。現代CNC是一個靈活的，數字控制的系統，旨在無需為整個系統重新編程的情況下滿足制造商的需求。大多數現代CNC，還包括配置了內置運行、維護和診斷屏幕的用戶界面。“由于這個原因，CNC很受那些想要完全控制機器的人的歡迎，因為它的功能，能讓你在接受簡單的培訓之后就可以獨擋一面。”Braid說道。

由于具有較大的靈活性，因此CNC適用于任何行業的復雜、多軸加工。任何需要精確運動控制的應用都可以通過CNC實現，無論是手表零件和醫療設備的制造，還是反應性原子、等離子的蝕刻等。

簡單與復雜控制任務

Baird認為對簡單控制任務而言PLC更擅長。如果你有一個應用，不需要較高的精度或靈活的運動控制，比如：交流電動傳輸帶，那么PLC往往是最好的選擇，而且它比CNC便宜。因此，有人認為CNC更適合應用于復雜的應用。

然而，PLC雖然簡單，但也有一些缺點。Baird說，“PLC沒有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。”

很有趣的是，許多設計師在安裝PLC之后又轉向了CNC，主要原因就是靈活性、可靠性和成本。數控系統的初始成本高于PLC，但由于數控系統的可靠性和控制能力的提高，長期投資回報率可能會更高。它還使系統設計者能夠靈活地決定：他們希望用戶在其機器上擁有多少控制權。

數控系統的長期成本效益，得益于其先進的用戶可編程特性，可以最大限度地減少停機時間，控制機器的能源利用效率或機器產出。

許多CNC都配備了人工智能輪廓控制。這意味著機器可以被控制在一定的工作負荷內運行，或自適應地控制機器完成夜班工作。例如，通過編寫程序，讓其工作在80%負載處，使公司能夠更經濟的利用能源。CNC還配備了能源效率功能，如充電模塊。

CNC也具有安全功能，為與人類協作行動提供良好的保障。“CNC配備了一個可以執行運動控制的數字算法來,”Baird說，“這個數字系統由兩部分組成，一個真實的數字數據系統和一個目標數字系統。目標系統是‘理想'的期望值，為機器提供目標工作參數。真實的系統和目標系統都由同一命令驅動，所以它們應該以完全相同的方式工作。”

如果真實系統遇到中斷，比如意外負載，則會導致實際數據偏離目標數據。機器將把它轉換成沖突，并以兩種方式之一作出反應。如果移動緩慢，就會停止，如果快速移動，將執行一個“向量后退”，它將撤回任何移動機械，以避免設備損壞。對于高端機器，還可以融合3D技術，阻止五軸機械在其預先確定的工作區域外移動。

對于希望實現流程自動化的制造商而言，零停機時間也是一個重要考慮因素。計劃外停機成本很高，可以造成幾天、幾周甚至幾個月停止生產。未檢測到的故障，可能會對機器造成不可逆轉的損壞，甚至可能傷害到工人。

最小化停機時間

“盡管期望工廠能夠7x24小時連續運轉有點不切實際，但我們還是可以盡量減少由于小故障或錯誤造成的停機時間，這也正是預測性維護的概念所在。”Baird說，“CNC技術推動了預測性維護的發展。預測性維護允許我們在潛在問題出現之前發現它們，并在變得嚴重之前采取相應行動。我們通過將控制機器的自動化技術作為守護人，來實現預測性維護。”

這是否意味著CNC注定要成為未來工廠的唯一工具？Baird并不這么認為，“PLC仍然扮演著至關重要的角色。最好的例子就是生產線。CNC可以控制機器人的手臂、工裝、銑削和研磨，而PLC可以控制皮帶的傳輸，將產品或材料從生產線的一個工序輸送到下一個工序。由于CNC的復雜性，使其并不能很好地完成這些任務，而且有點大材小用。作為工廠車間的一部分，簡單和復雜的任務要同時完成，CNC和PLC可以完美地結合在一起工作。”

在制造工具包中CNC和PLC都占有一席之地，未來它們將會如何發展？“工業控制系統(ICS)會持續發展，并將以適合特定行業的專業化形式出現。”Baird說。第三方還將利用開放接口的概念，將工廠與物聯網結合起來。隨之而來的是大規模的智能機器、數據收集和分析，這將有助于實現更大的過程改進。

雖然不清楚CNC和PLC在未來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。