制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)也變得越來越重要。其中，F(xiàn)PGA（Field Programmable Gate Array）控制系統(tǒng)因其高效性和靈活性而備受關(guān)注。本文將介紹如何利用基于工業(yè)FPGA的高效控制系統(tǒng)提高制造生產(chǎn)的效率，并與傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行比較。同時，還將探討如何利用工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)線上的智能化控制，以及優(yōu)勢和局限性和未來應(yīng)用前景。
一、如何提高制造生產(chǎn)效率？
提高制造生產(chǎn)效率是制造企業(yè)一直追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)線大多采用PLC（Programmable Logic Controller）控制系統(tǒng)。然而，PLC系統(tǒng)具有以下缺點：硬件預(yù)設(shè)的壽命短、單一的運算處理、布線困難等。這些缺點限制了生產(chǎn)效率的提高。而基于工業(yè)FPGA的控制系統(tǒng)則憑借著其高速運算能力、靈活性、可再編程性以及低功耗等諸多優(yōu)點得到了制造企業(yè)的廣泛青睞。
基于工業(yè)FPGA的控制系統(tǒng)采用了新型的運算架構(gòu)。每個FPGA器件中有數(shù)以千計不同的可編程邏輯塊，它們可以根據(jù)需要進(jìn)行一系列不同的處理，使得FPGA具有可定制性和高并行性的特點。因此，基于工業(yè)FPGA的控制系統(tǒng)適用于需要高速計算能力和多重協(xié)作跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)交換的生產(chǎn)線。
二、工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的區(qū)別
相比傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)，基于工業(yè)FPGA的控制系統(tǒng)有哪些區(qū)別呢？
1、硬件預(yù)設(shè)的壽命長。PLC系統(tǒng)硬件壽命通常為3-5年。一旦故障，生產(chǎn)線就必須停機(jī)進(jìn)行維修或更換。而工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)由于采用了新型的運算架構(gòu)，可定制性高，其硬件壽命一般可延長至10年以上，大大降低了維護(hù)和更換硬件的頻率。
2、運算處理方式不同。PLC系統(tǒng)的運算處理是單一的，只能按照預(yù)設(shè)的邏輯和方式進(jìn)行運算處理，其進(jìn)一步影響了生產(chǎn)速度。而工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)采用高速并行運算方式，能夠在多個處理器間協(xié)同工作，提高了生產(chǎn)效率。
3、布線方面有差異。傳統(tǒng)PLC采用三層架構(gòu)，從機(jī)柜到設(shè)備的電力傳輸、信號傳輸?shù)木€路布置較為繁瑣。而工業(yè)FPGA的控制系統(tǒng)，采用通訊協(xié)議的模式，從根本上簡化了線路布置，使得板級到設(shè)備的布線變得更加容易。
三、如何利用工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)線上的智能化控制？
工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)在智能化控制方面也有所長處。許多生產(chǎn)線的智能化目前正在被逐步加強(qiáng)中?；诠I(yè)FPGA的控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下可重構(gòu)性和智能化控制：
1、機(jī)器視覺的智能控制。傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)線需要人工監(jiān)測和操作，而工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)可集成機(jī)器視覺功能，能夠自動進(jìn)行物品識別等操作，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
2、自適應(yīng)產(chǎn)線控制。在傳統(tǒng)制造業(yè)的習(xí)慣中，生產(chǎn)線只能在生產(chǎn)特定產(chǎn)品時才實現(xiàn)最高效率，而基于工業(yè)FPGA的控制系統(tǒng)能夠自適應(yīng)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，使得生產(chǎn)效率得到最大化。
3、多軸運動控制的智能化。多軸控制系統(tǒng)常常需要進(jìn)行高速并行計算和協(xié)調(diào)，基于FPGA的高速運算能力使得工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)成為了一個穩(wěn)定而高效的多軸控制智能化平臺。
四、工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)在制造領(lǐng)域中的優(yōu)勢和局限性
目前，工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)在制造領(lǐng)域中的優(yōu)勢和局限性如下：
優(yōu)勢：
1、高性能、高計算能力、低功耗：工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)在性能上要高于PLC控制系統(tǒng)，而且功耗也相對較低。
2、可編程性強(qiáng)：可重構(gòu)性使得工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)在應(yīng)對各種復(fù)雜的生產(chǎn)要求時變得更加靈活。
3、高并發(fā)多通道：工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)的高并發(fā)多通道的運算模式不僅提高了生產(chǎn)效率，也使得設(shè)備獲得了更好的服務(wù)時間。
局限性：
1、成本相對較高：由于其硬件層面的特殊性，工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)的成本相對比較高。
2、定制性要求高：由于FPGA控制系統(tǒng)的可編程性高，其定制難度較大，一般需要專業(yè)工程師來完成編程操作。
3、可靠性：雖然工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)在硬件壽命上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PLC控制系統(tǒng)，但是其復(fù)雜性、對操作環(huán)境對噪聲抗干擾的要求、可靠性測試等因素，使得其在可靠性方面的研究和優(yōu)化需要開展更多的工作。
五、未來工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景
工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)在制造領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。未來，隨著智能制造和智能工廠的逐漸發(fā)展，這種高效控制系統(tǒng)將逐漸成為主流的控制器。在未來的研究中，應(yīng)當(dāng)將更多的精力和資金投入到以下方面的探索：
1、將工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)深度集成進(jìn)ERP軟件和MES系統(tǒng)，實現(xiàn)全方位的生產(chǎn)管理。
2、探討數(shù)據(jù)收集和處理、算法開發(fā)與實現(xiàn)等方面，為未來智能化制造提供更多創(chuàng)新性技術(shù)的支持。
3、開發(fā)更加靈活的工業(yè)FPGA控制系統(tǒng)硬件設(shè)備，滿足不同生產(chǎn)線的不同要求。
綜上所述，基于工業(yè)FPGA的控制系統(tǒng)不僅可以提高制造生產(chǎn)效率，還可以實現(xiàn)生產(chǎn)線上的智能化控制。具有高并行運算能力、可重構(gòu)性強(qiáng)、硬件壽命長等多種優(yōu)點。雖然其目前還存在還存在成本高、可靠性問題等局限的問題，但隨著智能制造的不斷發(fā)展和各界對其重視程度的提高，相信其未來在制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景會更加廣闊。
