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北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所有限公司副總工程師、研究員韓立新

PLC問世50年了，作為工業(yè)3.0時代的代表性產(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)步推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，從而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會更好發(fā)展。智能工廠是智能制造的載體，也是制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的愿景。工廠自動化是PLC的傳統(tǒng)領(lǐng)域，智能制造PLC不會缺席。

智能工廠具有全面感知、優(yōu)化決策、精準(zhǔn)執(zhí)行，自動化方式實現(xiàn)的業(yè)務(wù)管理和制造作業(yè)過程的特點(diǎn)。而這些的實現(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)有存量來看，PLC具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，但也面臨全新的挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)首先來自于需求端。智能工廠要全面感知，挖掘數(shù)據(jù)價值，前提條件是互通互聯(lián)和數(shù)據(jù)采集。原來現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)和車間一級的網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)是隔離的，互通互聯(lián)與數(shù)據(jù)采集解決問題的重點(diǎn)在多種現(xiàn)場通信協(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，實現(xiàn)互通互聯(lián)的同時，也帶來了網(wǎng)絡(luò)安全問題。對于PLC來說，互通互聯(lián)帶來的安全問題又分為信息安全和功能安全兩個方面，而后者又是PLC不同于一般業(yè)務(wù)管理用計算機(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，要研究的問題還很多。

智能工廠的優(yōu)化決策要在各個層級上實現(xiàn)，在設(shè)備和產(chǎn)線級，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、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法，提供IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)以外的高級語言編程等。

現(xiàn)場的同一臺設(shè)備、同一個工藝段、產(chǎn)線，可能有多個或多類控制器。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控制器完成？其實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)同時來自新技術(shù)對原有產(chǎn)品和解決方案的顛覆，其中最主要的挑戰(zhàn)來自云計算模式。云計算的本質(zhì)是大規(guī)模分布式計算，它將非關(guān)即開的數(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窮無盡的網(wǎng)絡(luò)資源和計算能力，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)是一個分布式計算系統(tǒng)，只不過這種分布式系統(tǒng)是基于現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)的。支撐云模式分布式計算系統(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。

邊緣計算興起就是這種變革的一個體現(xiàn)。邊緣計算提出了云、管、邊的體系架構(gòu)，我們也可以簡化為云、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)實施，大幅降低單位計算成本的同時，提供了強(qiáng)大的計算能力，使得在計算機(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I/O和實時控制由邊緣控制器實現(xiàn)，軟件自動生成和部署技術(shù)使得邊緣端的功能升級更加便捷和安全，可以更好地提供現(xiàn)場控制所需的智能，并且解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)產(chǎn)品升級換代時需要重新配置系統(tǒng)、編制用戶程序所帶來的不便。因為是重新規(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，都是對技術(shù)發(fā)展趨勢的現(xiàn)實響應(yīng)。雖然還有許多理論和技術(shù)問題需要研究和解決，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延，將會加速這個進(jìn)程。對這些挑戰(zhàn)的積極應(yīng)對，將為PLC迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

摘自《自動化博覽》2020年4月刊