為何會產(chǎn)生專用系統(tǒng)?

　　必須承認，術(shù)業(yè)有專攻，專用的系統(tǒng)主要通過其工藝價值而存在，如印刷的套色、棉紡中的自調(diào)勻整、配料與稱重系統(tǒng)、糾偏、燃氣輪機的點火控制、工程機械中防傾翻，乃至CNC和機器人系統(tǒng)，都屬于專用系統(tǒng)。

　　機器通常采用嵌入式系統(tǒng)，如PLC，采用硬件電路處理邏輯為主的任務(wù)，而隨著機器的速度不斷提升，需要機器能夠處理高速采樣及回路調(diào)節(jié)(如溫度、速度、壓力閉環(huán)類)，并通過物理或數(shù)據(jù)方式對工藝進行建模，以增強機器材料工藝適配性。物理建模的函數(shù)復雜性，數(shù)據(jù)建模對于數(shù)據(jù)存儲、顯示的需求，使得傳統(tǒng)的PLC無法勝任，因此，基于專用的高速硬件(DSP/FPGA)或PC運行復雜工藝的專用系統(tǒng)應運而生。

　　專用系統(tǒng)的核心仍然在“知識”的積累，即以軟件形式存在的工藝Know-How，但由于處于較為細分的市場，因此硬件成本批量小而因此往往成本較高，也迫不得已選擇封閉的架構(gòu)來保護工藝Konow-How。

　　PLC早已不是那個PLC

　　不過，對于傳統(tǒng)PLC干不了的復雜算法與高速任務(wù)而產(chǎn)生專用系統(tǒng)這個問題，并非所有PLC都干不了。例如，貝加萊早在90年代2000系列PLC，其控制器即采用MC68K及后Intel X86架構(gòu)的處理器，其芯片組包含了用于浮點運算的協(xié)處理器，并支持定性分時多任務(wù)的操作系統(tǒng)，這個架構(gòu)使得PLC支持復雜函數(shù)計算和高級語言編程能力，還配置有Power Panel集成PLC和HMI一體的控制器、Windows+RTOS的工業(yè)PC控制器，而自2004年推出的X20系列目前發(fā)展到更強的Core i，Appollo Lake級處理器。

　　緊隨IT技術(shù)的發(fā)展，這使得貝加萊的PLC能夠通過一個通用的控制器架構(gòu)來解決傳統(tǒng)需要專用系統(tǒng)或PLC+PC才能執(zhí)行的任務(wù)。

　　通用系統(tǒng)代替專用系統(tǒng)

　　貝加萊的PLC融合了傳統(tǒng)PLC的穩(wěn)定可靠性及實時任務(wù)處理能力，以及PC的算法與算力，進而獲得替代專用系統(tǒng)的潛質(zhì)，通過幾個案例，我們即可看到其如何實現(xiàn)“通用替代專用”。

　　圖1 凹版印刷機組結(jié)構(gòu)

　　案例1：集成套色系統(tǒng)代替專用套色

　　套色問題是凹版印刷的關(guān)鍵問題，在紙張張力不同、印刷速度、加速度等變化下，紙張經(jīng)過壓印力、烘干造成了變形，帶來顏色套準的精度難題。傳統(tǒng)的PLC的確無法解決這個問題，才有了價格昂貴的第三方套色系統(tǒng)，其單色價格高達數(shù)千美元。早在2003年，貝加萊即用PLC來替代專用的套色系統(tǒng)。其2005系列PLC采用了Intel Pentium III 500MHz處理器，運行支持多線程的RTOS，可以通過C編程來實現(xiàn)套色算法的集成。

　　在印刷過程中，由于壓印力使得整個卷筒紙/薄膜被隔斷為不同的張力區(qū)間，并且，在印刷后每色經(jīng)過烘干，以及環(huán)境溫度變化等，都會引發(fā)顏色的套色偏差。而套色控制是一種多變量耦合解耦算法，針對多個變量的輸入(溫度、紙張張力、速度/加速度等)并進行耦合其關(guān)聯(lián)關(guān)系，再解耦為獨立的版輥相位調(diào)整，進而實現(xiàn)顏色的套準。

　　當然，對于印刷機而言，除了套色，色標本身的檢測、收放卷的張力控制也是核心問題，通過這樣的系統(tǒng)創(chuàng)新，使得印刷機可以無需專用套色系統(tǒng)即可實現(xiàn)高速、高精度的套色控制。這一套色控制算法在PLC上運行，省去了專用套色，為每臺機器節(jié)省數(shù)十萬元的成本。

　　圖2 印刷套色過程

　　案例2：集吹瓶和壁厚控制為一體的吹瓶機解決方案

　　另一個典型例子就是壁厚控制問題，在吹瓶機控制中，需要針對瓶胚壁厚控制中用到三階貝塞爾曲線或B樣條曲線的算法控制，而這就要求控制器具有高級算法設(shè)計能力，[ZC1] 能夠處理這些復雜算法能力的控制器，并且，需要大的存儲能力來保存各種配方。

　　圖3 中空吹塑成型

　　圖4 壁厚控制技術(shù)

　　貝加萊的控制器本身具有高級語言支持能力，也具有較大的存儲空間(可以多達數(shù)個GB的存儲能力)，因此，對于壁厚，采用通用控制器來實現(xiàn)。而原來市場所需要的專用控制器本身一套就是這個系統(tǒng)的數(shù)倍價格，因此，目前這些專用控制器在市場上也逐漸消失。

　　通過貝加萊的通用控制器而實現(xiàn)的壁厚控制算法，較之市場上的壁厚節(jié)省約10%的材料消耗，以家用飲水機5加侖塑料桶為例，在單機生產(chǎn)8小時/天，每周僅工作5天情況下，按照其速度，每年可以節(jié)省約9.8噸的塑料顆粒。

　　案例3：單一的CNC系統(tǒng)缺乏競爭力

　　在玻璃纖維、碳纖維的經(jīng)編中，包括雙軸向/多軸向經(jīng)編機的生產(chǎn)中，其鋪緯過程包含了多個角度的纖維鋪設(shè)，而這里包含了+20゜/-20゜，-45゜/45゜,-90゜/90゜多種角度的電機運動協(xié)同，如圖5所示為45度鋪緯，這些運動控制的會牽扯到CNC插補運算，而傳統(tǒng)的PLC則無法實現(xiàn)這個任務(wù)，因此，有些系統(tǒng)廠商即配置一套CNC系統(tǒng)來與PLC配合，而這個CNC系統(tǒng)僅發(fā)揮了其功能的非常小部分，因此，顯得不值。而貝加萊則采用了通用的PLC來實現(xiàn)了CNC+PLC運動控制的集成，通過配置CNC插補軟件庫來實現(xiàn)這些插補運算，并與定位同步控制在同一硬件和軟件架構(gòu)中完成，因此，無需額外的CNC系統(tǒng)。

　　圖5多軸向經(jīng)編機的45度鋪緯示意圖

　　類似這樣的應用對于貝加萊而言非常多，包括采用通用PLC實現(xiàn)自調(diào)勻整算法、稱重算法、燙金跳步算法等。貝加萊控制器強大的運算能力、儲存能力、開放性，使得PLC具有專有系統(tǒng)的能力，在一些場合實現(xiàn)了通用系統(tǒng)集成專有系統(tǒng)的功能，從而省去了“專用系統(tǒng)“，提高了客戶產(chǎn)品的競爭力。