为何会产生专用系统？

必须承认，术业有专攻，专用的系统主要通过其工艺价值而存在，如印刷的套色、棉纺中的自调匀整、配料与称重系统、纠偏、燃气轮机的点火控制、工程机械中防倾翻，乃至CNC和机器人系统，都属于专用系统。

机器通常采用嵌入式系统，如PLC，采用硬件电路处理逻辑为主的任务，而随着机器的速度不断提升，需要机器能够处理高速采样及回路调节（如温度、速度、压力闭环类），并通过物理或数据方式对工艺进行建模，以增强机器材料工艺适配性。物理建模的函数复杂性，数据建模对于数据存储，显示的需求，使得传统的PLC无法胜任，因此，基于专用的高速硬件（DSP/FPGA）或PC运行复杂工艺的专用系统应运而生。

专用系统的核心仍然在“知识”的积累，以软件形式存在的工艺Know-How，但由于处于较为细分市场，因此硬件成本批量小而因此往往成本较高，也迫不得已选择封闭的架构来保护工艺Konow-How。

PLC早已不是那个PLC

不过，对于传统PLC干不了的复杂算法与高速任务而产生专用系统这个问题，并非所有PLC干不了。例如，贝加莱，早在90年代2000系列PLC，其控制器即采用MC68K及后Intel X86架构的处理器，其芯片组包含了用于浮点运算的协处理器，并支持定性分时多任务的操作系统，这个架构使得PLC支持复杂函数计算和高级语言编程能力。并有Power Panel集成PLC和HMI一体的控制器、Windows+RTOS的工业PC控制器，而自2004年推出的X20系列目前发展到更强Core i，Appollo Lake级处理器，如图1所示。

图1-贝加莱控制系统架发展

紧随IT技术的发展，这使得贝加莱的PLC能够通过一个通用的控制器架构来解决传统需要专用系统或PLC+PC才能架构的任务。

案例：通用系统代替专用系统

贝加莱的PLC融合了传统PLC的稳定可靠及实时任务处理，以及PC的算法与算力，进而获得替代专用系统的潜质，通过几个案例，我们即可看到其如何实现“通用替代专用”。

套色问题是凹版印刷的关键问题，在纸张张力不同、印刷速度、加速度等变化下，纸张经过压印力、烘干造成了变形，带来颜色套准的精度难题。传统的PLC的确无法解决这个问题，才有了价格昂贵的第三方套色系统，其单色价格高达数千美元。早在2003年，贝加莱即用PLC来替代专用的套色系统。其2005系列PLC采用了Intel Pentium III 500MHz处理器，运行支持多线程的RTOS，可以通过C编程来实现套色算法的集成。

图2-凹版印刷机组结构

在印刷过程中，由于压印力使得整个卷筒纸/薄膜被隔断为不同的张力区间，并且，在印刷后每色经过烘干，以及环境温度变化等，都会引发颜色的套色偏差。而套色控制是一种多变量耦合解耦算法，针对多个变量的输入（温度、纸张张力、速度/加速度等）并进行耦合其关联关系，并解耦为独立的版辊相位调整，进而实现颜色的套准。

图3-印刷套色过程

当然，对于印刷机而言，除了套色，色标本身的检测、收放卷的张力控制也是核心问题，通过这样的系统创新，使得印刷机可以无需专用套色系统即可实现高速、高精度的套色控制。这一套色控制算法在PLC上运行，省了专用套色，为每台机器节省数十万的成本。

另一个典型例子就是壁厚控制问题，在吹瓶机控制中，需要针对瓶胚壁厚控制中需要用到三阶贝塞尔曲线或B样条曲线的算法控制，而这就需要控制器具有高级算法设计能力，[ZC1] 能够处理这些复杂算法能力的控制器，并且，需要大的存储能力来保存各种配方。

贝加莱的控制器本身具有高级语言支持能力，也具有大的存储（可以多达数个GB的存储能力），因此，对于壁厚，采用通用控制器来实现。而原来市场所需要的专用控制器本身一套就是这个系统的数倍价格，也因此，目前这些专用控制器在市场上也逐渐消失。

图4-中空吹塑成型

图5-壁厚控制技术

通过贝加莱的通用控制器而实现的壁厚控制算法，较之市场上的壁厚节省约10%的材料消耗，以家用饮水机5加仑塑料桶为例，在单机生产8小时/天，每周仅工作5天情况下，按照其速度，每年可以节省约9.8吨的塑料颗粒。

在玻璃纤维、碳纤维的经编中，包括双轴向/多轴向经编机的生产中，其铺纬过程包含了多个角度的纤维铺设，而这里包含了+20゜/-20゜，-45゜/45゜,-90゜/90゜多种角度的电机运动协同，如图6所示为45度铺纬，这些运动控制的会牵扯到CNC插补运算，而传统的PLC则无法实现这个任务，因此，有些系统厂商即配置一套CNC系统来与PLC配合，而这个CNC系统仅发挥了其功能的非常小部分，因此，显得不值。而贝加莱则采用了通用的PLC来实现了CNC+PLC运动控制的集成，通过配置CNC插补软件库来实现这些插补运算，并与定位同步控制在同一硬件和软件架构中完成，因此，无需额外的CNC系统。

图6-多轴向经编机的45度铺纬示意图