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全新一代控制系统技术架构正在孕育

2020/5/30    来源:自动化博览    作者:韩立新      
关键字:PLC  控制系统  
PLC问世50年了,作为工业3.0时代的代表性产品,其技术、产品始终处于发展之中。在迈入工业4.0的当下,PLC面临怎样的变革呢?

PLC问世50年了,作为工业3.0时代的代表性产品,其技术、产品始终处于发展之中。在迈入工业4.0的当下,PLC面临怎样的变革呢?

北京机械工业自动化研究所有限公司副总工程师、研究员韩立新
北京机械工业自动化研究所有限公司副总工程师、研究员韩立新

工业4.0和智能制造,有着共同目标指向,都是技术进步推动产业转型升级,从而实现经济社会更好发展。智能工厂是智能制造的载体,也是制造企业转型升级的愿景。工厂自动化是PLC的传统领域,智能制造PLC不会缺席。

智能工厂具有全面感知、优化决策、精准执行,自动化方式实现的业务管理和制造作业过程的特点。而这些的实现,必须要有多功能、强性能的工业控制器。从曾经的角色和在工业企业中的现有存量来看,PLC具有得天独厚的优势,但也面临全新的挑战。

挑战首先来自于需求端。智能工厂要全面感知,挖掘数据价值,前提条件是互通互联和数据采集。原来现场控制网络和车间一级的网络与互联网是隔离的,互通互联与数据采集解决问题的重点在多种现场通信协议间的信息交换。现在的横向集成、纵向集成、端到端集成,工业互联网构建与应用等,实现互通互联的同时,也带来了网络安全问题。对于PLC来说,互通互联带来的安全问题又分为信息安全和功能安全两个方面,而后者又是PLC不同于一般业务管理用计算机的重点所在。如何确保控制系统在互通互联的环境中的功能安全,要研究的问题还很多。

智能工厂的优化决策要在各个层级上实现,在设备和产线级,需要控制器提供更多的智能功能,提供更快更强的运算能力,提供和支持机器视觉、深度学习等人工智能算法,提供IEC61131-3标准以外的高级语言编程等。

现场的同一台设备、同一个工艺段、产线,可能有多个或多类控制器。如柔性加工单元,可能是CNC+PLC;机器人工作站可能是机器人控制器+PLC,这些功能是否可以由一个控制器完成?其实PLC、CNC、机器人控制器、DCS功能相互的融合伴随着各自的发展历程。

挑战同时来自新技术对原有产品和解决方案的颠覆,其中最主要的挑战来自云计算模式。云计算的本质是大规模分布式计算,它将非关即开的数字化设备模型化为传统上的“模拟”系统,增进了系统的伸缩性和可靠性,并且规模越大越经济,使我们今天拥有似乎无穷无尽的网络资源和计算能力,拥有了7×24运行的各种线上系统。

PLC产品和技术发展到今天,大型PLC系统本身已经是一个分布式计算系统,只不过这种分布式系统是基于现场总线和局域网的。支撑云模式分布式计算系统的相关技术应用于工业控制领域,将带来工业控制系统体系结构、技术架构、产品形式、应用方式的革命性变革。

边缘计算兴起就是这种变革的一个体现。边缘计算提出了云、管、边的体系架构,我们也可以简化为云、边的结构。在云端,标准硬件组合而成的机器构建的基础实施,大幅降低单位计算成本的同时,提供了强大的计算能力,使得在计算机系统的虚拟空间里构建模型、进行仿真运行和优化运算有了更好的选择。现场I/O和实时控制由边缘控制器实现,软件自动生成和部署技术使得边缘端的功能升级更加便捷和安全,可以更好地提供现场控制所需的智能,并且解决了传统控制系统产品升级换代时需要重新配置系统、编制用户程序所带来的不便。因为是重新规划的系统,统一的技术架构和通信协议可以更好地实现互通互联。

华为边缘智能小超人—Atlas 500智能小站和一些传统PLC厂家的产品创新,都是对技术发展趋势的现实响应。虽然还有许多理论和技术问题需要研究和解决,但新的体系架构可能催生的全新一代控制系统技术架构正在孕育。5G乃至更新的通讯技术,降低了分布式系统各功能组件间的信息交换时延,将会加速这个进程。对这些挑战的积极应对,将为PLC迎来新的发展机遇。

摘自《自动化博览》2020年4月刊

责任编辑:杨培
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