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揭秘第一台PLC之争

作者:Randall Brodzik2015.03.24阅读 11562

  1970年,位于美国密歇根州Ypsilanti的通用汽车公司内,Hydra-Matic传动部门正进行着一场开发第一套可编程逻辑控制器的竞赛。最重要的是获胜者将会成为第一套可编程逻辑控制器(PLC)程序的所有者,而且其成果不仅会影响第一台PLC的设计,而且还将对未来自动控制领域的发展产生革命性的影响。


图1 1968年4月, 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。 文章所有图片来源:RedViking

  PLC孵化器
  作为通用汽车公司最主要的生产技术部门,Hydra-Matic部门能够成为PLC的孵化器,并非偶然。Hydra-Matic部门当时已是闻名全国的技术领导者,它已经安装了一台早期的IBM1800系列电脑:IBM1801。
  第一批PLC的供应商Richard Lundy为我们讲述了一个有趣的故事。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。 “由于那台计算机的原因,导致整条测试生产线停掉了,” Richard Lundy说,“这使得它特别脆弱,Ed对他所获得的技术支持不满意。所以他就打电话给Watson。”这位Watson就是IBM创始人的儿子、IBM公司的CEO Thomas Watson,Jr.。这样,Hydra-Matic部门拥有的IBM系统就获得了更多的技术支持。
  竞争是创新的动力
  1968年4月,Hydra-Matic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当时负责电路系统小组,他设想某种机器能够减少维护费用,改善机器诊断,降低盘台所需空间。
  据后来为Emmett 工作的Randy Brodzik回忆,Emmett非常清楚他所需要的东西:“Dave说,他的目的就是开发一种技术,能够明显的降低改变机器控制序列所花费的时间。如果使用继电器,首先你得准备所有文件CONTROL ENGINEERING China版权所有,然后改变接线。这将需要花费数小时的时间。”
  几乎在同一时间,Hydra-Matic的另外一个小组,也正在设想着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,用于控制正离合器生产线。在这个新的控制系统中,对梯形图逻辑的元素数量没有限制,包括并行处理,而且可以加入复杂的布尔方程运算。
  Richard Lundy是3-I公司时任项目经理,他回忆说,“Hydra-Matic两个小组之间的竞争相当激动人心。”他这样描述: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,和目前正在使用的生产线末端测试系统有点类似,提供一种更具有鲁棒性的指令集,从而可以降低处理时间。每一种方案的优点和局限性随着项目的进展而变得日益清晰。


图2 1968年6月,招标书发布CONTROL ENGINEERING China版权所有,定义了第一台PLC是什么,招标书包括仅有四页纸的设计规范书,其中有一条要求是“内存字的长度至少是8位”。


图3 在探索如何响应通用汽车公司 Hydra-Matic的设计需求——什么是PLC时,三个供应商以及Hydra-Matic的支持者之间的竞争非常激烈。在对三个控制器进行为时两年的评估后, 终于在1970年6月3日,完成对设计要素比较文件的定稿。

  3 个方案  不同的架构
  1968年4月和5月,完成了招标书的编制。按照今天的标准,这个招标书无疑是非常简单的。1968年6月,招标书发布CONTROL ENGINEERING China版权所有,包括仅有4页纸的设计规范书,其中有一条要求是“内存字的长度至少是8位。” Douglas Brant当时负责Hydra-Matic部门设备采购的规范书。他说,在制定规范书的过程中,电路系统部门和计算机部门之间的竞争非常激烈。“我想这应归结为人们的管辖权之争。”
  在众多收到招标书的公司中,三个公司最终入围进入评标阶段:美国数字设备公司(DEC),3-I, 和一家咨询公司Bedford Associates(Modicon公司的前身)。它们的产品分别为:DEC 公司的PDP-14, 3-I 公司的PDQ-II, 以及Bedford公司的Modicon 084(Modicon名字源于Modular (模块的)Digital(数字的) Control(控制)三个单词的组合)。
  1969年6月,DEC公司的PDP-14被安装实施CONTROL ENGINEERING China版权所有,用于控制齿轮研磨机。Richard Lundy说,尽管通用汽车公司和DEC公司的关系非常好,但是DEC公司由于对内存故障问题的担心所采取的相应措施控制工程网版权所有,大大影响了PDP-14的竞争力。为了修改DEC程序,“你必须将客户应用程序发给他们,然后他们再将硬接线连接的内存板发还给你。” Lundy说。为了做某些修改,必须将控制器内存从工厂拿走,这一处理方法,最终证明是DEC公司落选的主要原因。
  强强联合
  3-I公司和Hydra-Matic的计算机小组组成了联合体。Lundy透露,在评标阶段,计算机和电路系统小组的竞争进一步升级。对于计算机小组来讲,更高级逻辑运算功能的优势非常明显,因此选择PDQ-II也就自然而然。3-I公司将其方案以及复杂的编程,用于正离合器生产线的控制www.cechina.cn,运行的非常完美。Lundy说,PDQ-II很快就在计算部门内部出名了,因为它“实在是太快了”。
  Emmett及电路系统小组则力挺Modicon 084。计算机小组认为是优势的编程能力, Emmett的团队则认为是缺点。因为Modicon的编程语言与电路系统部门内非常熟悉的继电器梯形图逻辑类似,这样就可以预想,转变过程就会非常顺利,而且培训和支持的费用也比较低。Randy Brodzik回忆道,Emmett持有一种实用的观点,“他认为,为了使新技术获得更广泛的接受,PLC应采用实际中正在应用的设备和功能。”
  Modicon 084的另外一个优势是,它是唯一一个安装在硬质外壳内的控制器,提供了其它两个选项所没有的电厂车间层面的保护。


图4 Dave  Emmett及电路系统小组则力挺Modicon 084。因为Modicon的编程语言与电路系统小组内非常熟悉的继电器梯形图逻辑类似,这样新产品的推广过程就会非常顺利,而且培训和支持的费用也比较低。


图5 对于计算机小组来讲,更高级逻辑运算功能的优势非常明显,因此选择PDQ-II也就自然而然。3-I公司将其方案以及复杂的编程,用于正离合器生产线的控制www.cechina.cn,运行的非常完美。

  PLC的设计比较
  在随后两年中,Hydra-Matic对3个控制器进行了评价。1970年6月3日,设计要素比较文件完成最终版本。不出所料,3个供应商及其支持者之间的竞争非常激烈。
  Douglas Brant回忆说,并不难想象,PLC将成为一个非常有前景的产品。
  “人们认为那是可行的,他们所需要做的就是走进工厂,数数有多少机器,然后统计一个数字,就像国债一样。” Brant说。
  Hydra- Matic对设计需求进行比较之后,最终导致DEC公司的PDP-14落败的局限性逐渐暴露出来了。针对有关存储数据的需求,相关文档中指出:“PDP-14不能满足要求,因为它是只读的。” DEC公司也是三个厂家当中唯一一个不提供布线表的程序列表的公司。通过比较,凸显了3-I和Modicon公司的优势:“布线表的程序列表可以加速安装和检修。还可以减少错误。”文件中说。
  尽管DEC公司的计算能力比较强,但是它维持闭环控制的方法被证明具有太多的局限性,而且费用较高。
  尽管所有三个公司都将其“标准机器控制器”置于工业环境下,但Modicon公司和3-I公司被证明具有更有效的实施。3-I公司在1971年被Allen-Bradley收购。直到今天,Modicon公司采用的继电器梯形图的编程语言,还被PLC生产商广泛使用。

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