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北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司副總工程師、研究員韓立新

PLC問(wèn)世50年了，作為工業(yè)3.0時(shí)代的代表性產(chǎn)品，其技術(shù)、產(chǎn)品始終處于發(fā)展之中。在邁入工業(yè)4.0的當(dāng)下，PLC面臨怎樣的變革呢？

工業(yè)4.0和智能制造，有著共同目標(biāo)指向，都是技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)更好發(fā)展。智能工廠是智能制造的載體，也是制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的愿景。工廠自動(dòng)化是PLC的傳統(tǒng)領(lǐng)域，智能制造PLC不會(huì)缺席。

智能工廠具有全面感知、優(yōu)化決策、精準(zhǔn)執(zhí)行，自動(dòng)化方式實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)管理和制造作業(yè)過(guò)程的特點(diǎn)。而這些的實(shí)現(xiàn)，必須要有多功能、強(qiáng)性能的工業(yè)控制器。從曾經(jīng)的角色和在工業(yè)企業(yè)中的現(xiàn)有存量來(lái)看，PLC具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但也面臨全新的挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)首先來(lái)自于需求端。智能工廠要全面感知，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，前提條件是互通互聯(lián)和數(shù)據(jù)采集。原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)和車間一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)是隔離的，互通互聯(lián)與數(shù)據(jù)采集解決問(wèn)題的重點(diǎn)在多種現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議間的信息交換。現(xiàn)在的橫向集成、縱向集成、端到端集成，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建與應(yīng)用等，實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)的同時(shí)，也帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。對(duì)于PLC來(lái)說(shuō)，互通互聯(lián)帶來(lái)的安全問(wèn)題又分為信息安全和功能安全兩個(gè)方面，而后者又是PLC不同于一般業(yè)務(wù)管理用計(jì)算機(jī)的重點(diǎn)所在。如何確保控制系統(tǒng)在互通互聯(lián)的環(huán)境中的功能安全，要研究的問(wèn)題還很多。

智能工廠的優(yōu)化決策要在各個(gè)層級(jí)上實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備和產(chǎn)線級(jí)，需要控制器提供更多的智能功能，提供更快更強(qiáng)的運(yùn)算能力，提供和支持機(jī)器視覺(jué)、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法，提供IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)以外的高級(jí)語(yǔ)言編程等。

現(xiàn)場(chǎng)的同一臺(tái)設(shè)備、同一個(gè)工藝段、產(chǎn)線，可能有多個(gè)或多類控制器。如柔性加工單元，可能是CNC+PLC；機(jī)器人工作站可能是機(jī)器人控制器+PLC，這些功能是否可以由一個(gè)控制器完成？其實(shí)PLC、CNC、機(jī)器人控制器、DCS功能相互的融合伴隨著各自的發(fā)展歷程。

挑戰(zhàn)同時(shí)來(lái)自新技術(shù)對(duì)原有產(chǎn)品和解決方案的顛覆，其中最主要的挑戰(zhàn)來(lái)自云計(jì)算模式。云計(jì)算的本質(zhì)是大規(guī)模分布式計(jì)算，它將非關(guān)即開(kāi)的數(shù)字化設(shè)備模型化為傳統(tǒng)上的“模擬”系統(tǒng)，增進(jìn)了系統(tǒng)的伸縮性和可靠性，并且規(guī)模越大越經(jīng)濟(jì)，使我們今天擁有似乎無(wú)窮無(wú)盡的網(wǎng)絡(luò)資源和計(jì)算能力，擁有了7×24運(yùn)行的各種線上系統(tǒng)。

PLC產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展到今天，大型PLC系統(tǒng)本身已經(jīng)是一個(gè)分布式計(jì)算系統(tǒng)，只不過(guò)這種分布式系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)的。支撐云模式分布式計(jì)算系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，將帶來(lái)工業(yè)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、產(chǎn)品形式、應(yīng)用方式的革命性變革。

邊緣計(jì)算興起就是這種變革的一個(gè)體現(xiàn)。邊緣計(jì)算提出了云、管、邊的體系架構(gòu)，我們也可以簡(jiǎn)化為云、邊的結(jié)構(gòu)。在云端，標(biāo)準(zhǔn)硬件組合而成的機(jī)器構(gòu)建的基礎(chǔ)實(shí)施，大幅降低單位計(jì)算成本的同時(shí)，提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力，使得在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的虛擬空間里構(gòu)建模型、進(jìn)行仿真運(yùn)行和優(yōu)化運(yùn)算有了更好的選擇。現(xiàn)場(chǎng)I/O和實(shí)時(shí)控制由邊緣控制器實(shí)現(xiàn)，軟件自動(dòng)生成和部署技術(shù)使得邊緣端的功能升級(jí)更加便捷和安全，可以更好地提供現(xiàn)場(chǎng)控制所需的智能，并且解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)產(chǎn)品升級(jí)換代時(shí)需要重新配置系統(tǒng)、編制用戶程序所帶來(lái)的不便。因?yàn)槭侵匦乱?guī)劃的系統(tǒng)，統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和通信協(xié)議可以更好地實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)。

華為邊緣智能小超人—Atlas 500智能小站和一些傳統(tǒng)PLC廠家的產(chǎn)品創(chuàng)新，都是對(duì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的現(xiàn)實(shí)響應(yīng)。雖然還有許多理論和技術(shù)問(wèn)題需要研究和解決，但新的體系架構(gòu)可能催生的全新一代控制系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)正在孕育。5G乃至更新的通訊技術(shù)，降低了分布式系統(tǒng)各功能組件間的信息交換時(shí)延，將會(huì)加速這個(gè)進(jìn)程。對(duì)這些挑戰(zhàn)的積極應(yīng)對(duì)，將為PLC迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年4月刊