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CODESYS虚拟控制技术引领智能自动化新时代

2023/12/13    来源:e-works    作者:e-works  杨培      
关键字:CODESYS  虚拟控制  PLC  智能自动化  
当地时间2023年10月23日上午,e-works 第十二届德国-丹麦工业4.0考察团走进了全球智能自动化及智能装备编程开发平台的领导者CODESYS(欧德神思)。
       当地时间2023年10月23日上午,e-works 第十二届德国-丹麦工业4.0考察团走进了全球智能自动化及智能装备编程开发平台的领导者CODESYS(欧德神思)。在CODESYS位于肯普滕(Kempten)的总部,CODESYS专家为考察团具体介绍了CODESYS发展概况,详细解读了工业控制技术的演进与发展趋势,并通过现场演示的方式展示了CODESYS虚拟控制技术解决方案如何引领智能自动化新时代。
图1
图1 考察团在CODESYS总部合影

专注于智能自动化软件的“隐形冠军”

       考察伊始,CODESYS专家首先为考察团介绍了CODESYS发展概况。据介绍,CODESYS是一家专注于智能自动化技术的纯软件公司,在智能自动化软件领域被誉为“隐形冠军”。自1994年成立至今,从创始人到工程师,CODESYS始终专注于工业智能技术、自动化软件开发平台中间件、PLC(控制器)软件开发工具包套件、嵌入式控制软件、基于工业云平台的虚拟控制系统、数字化工厂解决方案的研发、销售及工程服务,致力于以自动化软件开发平台CODESYS Automation Development Suite(开发工具包套件)为核心,向全球用户提供稳定可靠、易于扩展的开放式智能控制系统解决方案。目前已广泛服务于工厂自动化、过程自动化、能源自动化、工程机械及特种车辆、轨道交通、自动驾驶、新能源与新基建、船舶及港口自动化、智慧城市与智慧医疗、数控机床、智能机器人等众多行业领域。

       经过近三十年的高速发展,CODESYS已成为世界领先、经验丰富的跨国高科技IT企业,以及全球范围内工业信息技术、自动化编程软件和智能制造装备编程开发平台领域的技术领导者。目前,全球有超过1000家的控制系统生产商和近10万家设备制造商是CODESYS的用户,其中中国客户超过300家。
图2
图2 CODESYS主要客户及合作伙伴

虚拟控制技术引领工业控制新时代

       随后,CODESYS专家具体解读了工业控制技术的演进。CODESYS专家指出,回顾工业控制技术演进,其经历了1.0时代的机械化控制、2.0时代的电气化控制、3.0时代的电子化控制,如今正处于基于软件控制的控制4.0时代。从工业控制技术的演进趋势可以看出,控制技术逐渐抽象化、软件化,且灵活性越来越高。而展望控制5.0时代,则将以虚拟化控制技术为代表性技术。
图3
图3 CODESYS专家介绍工业控制技术的演进

       控制1.0——机械化控制:它以蒸汽技术革命为标志,早期的马车、蒸汽机、柴油/汽油发动机都是采用的机械化控制。但其缺点在于机械化控制面临着力学的复杂性以及物理特性(如扭转、磨损)问题,且材料成本、交付和维护成本高。

       控制2.0——电气化控制:它通过电机、接触器、开关、继电器等机电及电气元件的组合来实现对某个或某些对象的控制。与机械化控制相比,它显著降低了材料成本,可实现单元的远程控制,在控制应用中更容易实现并行/可选程序序列。但其缺点是布线和维护的工作量大,需要细致的文档支持,对组件的依赖性高。

       控制3.0——电子化控制:它基于微处理器和存储器(PROM、EPROM、EEPROM和FLASH存储器等),并与电气/机电元件组合使用,从而实现对某个或某些对象的控制,并可在PC上使用编程软件进行项目规划,典型的即早期的可编程逻辑控制器(PLC)。与电气化控制相比,它大幅降低了材料成本和尺寸,实现了逻辑处理线程与I/O处理线程的分离以及相当灵活的项目规划,也更易于维护。但其缺点是对设备/制造商的依赖性高,若出现交付问题,重新设计成本高昂。

       控制4.0——基于软件的控制:它基于操作系统的工控机(包括文件系统、TCP/IP、多任务、图形处理等),用户通过自主配置软PLC、通信协议等从而实现工业控制,并可在PC上使用编程软件进行项目规划。与电子化控制相比,它具有性能和功能的高可扩展性,易于进一步集成自动化任务(如可视化、运动控制、CNC控制、机器人控制、通信等);可轻松使用互联网/云技术;硬件的依赖性已经被打破;在出现交付出现问题时更容易重新设计。但其不足是,对设备/制造商仍具有一定依赖性。

       控制5.0——虚拟化控制:虚拟化技术本质是资源的抽象化,它通过将逻辑功能(软件)与物理设备分离,可降低成本,提高灵活性和扩展性。虚拟控制技术可使得软PLC可以不再绑定硬件,当更换硬件市时软件也不再需要重新设计,同时依托容器/Hypervisor/虚拟机等技术,可实现软PLC宿主环境可裁剪、可更换,并支持与其他硬件连接,适用于所有通用硬件平台;而且不需要像基于软件的控制方案那样安装软件,只需通过工具部署和管理。如此一来,基于虚拟化控制技术,可通过IT方法来管理OT硬件,并可实现高扩展性和灵活性,能够在一个服务器上运行多个虚拟PLC,并能基于微服务和安全策略很方便地分离任务和功能,从而能够有效解决当前控制技术面临的硬件交付周期长、维护成本高、控制器产品品牌众多且互不兼容、方案可复用性差等问题。
图4
图4 工业控制5.0:虚拟控制技术

CODESYS虚拟控制技术解决方案演示

       CODESYS专家指出,正是基于对当前工业控制技术现状及对未来工业控制技术发展趋势的判断,CODESYS推出了独立于硬件架构的虚拟控制(CODESYS Virtual Control)技术解决方案。在CODESYS总部,CODESYS专家以在搭载Liunx系统且部署了Docker容器引擎的PC上,创建和管理3个虚拟PLC为例,对CODESYS虚拟控制技术解决方案进行了现场演示。
图5
图5 CODESYS专家现场演示虚拟控制解决方案

       从现场演示来看,CODESYS Virtual Control技术解决方案集成了许多先进的IT技术,包括Containers、Hypervisor、Kubernetes、OPC UA、Web协议等技术,不仅可以实现软硬件解耦,同时更可以借助通用的硬件平台、容器技术、实时操作系统等实现自动化软件IT化。
而且,CODESYS虚拟控制解决方案可根据客户的确定性和实时性需求,既可以在传统控制器中部署运行,也可以在边缘服务器、私有云或公有云服务器中部署运行。这不仅有助于大幅降低对控制器(PLC)硬件的采购、安装、布线和维护的高额成本,也进一步简化了控制器(PLC)应用程序的开发,同时有助于自动化项目应用开发工程师在标准化的基础上,复用以前难以复用的各类功能(能力),创建以前难以创建的各类应用。
图6
图6  CODESYS虚拟控制技术解决方案

CODESYS助力客户迈入智能自动化新时代

       据CODEYS专家介绍,当前国内外诸多工业控制系统生产厂商和大型自动化企业都在使用CODESYS虚拟控制技术解决方案进行创新项目的研发测试及行业应用示范。

       其中,某企业通过采用CODESYS 虚拟控制技术解决方案取代传统工业控制器(PLC),不仅可顺利地集成到公司的IT架构中,也大幅降低了硬件采购、操作、维修及固件和应用程序更新的成本。同时,该企业基于CODESYS 虚拟控制技术的应用程序在所有控制实例都保持着持续稳定的运行。

       而且,CODESYS 也与福伊特纸业(Voith Paper)成立了项目研发测试实验室,面向该客户的实际需求,双方共同完成了CODESYS Virtual Control解决方案的部署,福伊特纸业将现有应用程序拆分为多个逻辑部分,并使逻辑部分在工业PC中的多个进程隔离的控制实例中稳定运行。通过部署CODESYS Virtual Control虚拟控制技术解决方案,福伊特公司的造纸项目自动化应用程序可基于微服务实现与其他服务的互操作性,且灵活性更强,更易于维护。

后记

       伴随着智能制造的深入推进以及IT与OT的加速融合,在工业控制领域,以PLC(可编程逻辑控制器)为代表的自动化技术,向着更加开放、更具兼容性、更具互操作性等方向发展。本次考察团走进CODESYS德国总部,详细听取了CODESYS专家对工业控制技术演进的详细解读以及CODESYS虚拟控制技术解决方案的精彩演示,让考察团团员对工业控制技术的发展以及虚拟控制技术的优势与应用有了深入了解,考察团纷纷表示获益匪浅。
责任编辑:杨培
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