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[PLC] PLC——工业互联网时代把握系统的技术变革2020-07-01 原文
石林才把握工程中文版
图片来源：东土科技 作者|石林才

随着云计算，机器学习和大数据等IT技术和工业把握领域OT技术的不 断融合，工业互联网和智能制造已经成为将来工业生产的大势所趋。工 业互联网和智能制造赐予了将来制造更大的机警性，小批量、多品种和 可定制这些生产方式也渐渐成为了可能，这也要求现代生产制造的核心 技术一一工业自动化把握系统愈加机警有扩展性。
为此，一种基于软件定义的PLC把握系统开头遭到业界的关注和注重， 甚至被誉为"工业互联网时代的新一代把握系统"。那么，这是什么样的 —种把握系统呢？为何愈加适合工业互联网的要求呢？目前的最新进展 是什么呢？
近日，CONTROL ENGINEERING China采访了国内软件定义把握领 导厂商东土科技的常务副总经理刘生富先生，就软件定义的PLC把握系 统做了一个深化的了解。
I刘生富，东土科技常务副总经理

工业互联网亟需愈加机警的把握系统市场竞争的加剧和技术的进步使得现在产品更新换代频繁，产品的生命 周期越来越短。制造业的生产模式随之发生巨大变化，工业互联网和智 能制形成为处理从大规模"刚性制造”转向小批量”柔性制造”的必定选 择。
工业互联网使得生产数据可以进行规模化集中存储，实现以前不行能实 现的大数据，并利用云平台史无前例的计算力量对大数据进行分析，挖 掘和优化生产效率。智能制造使得现场设备、机器和工厂变得”更智 能"，能够通过工业网络采集到各类现场数据。但是在刘生富看来，现 在无论是工业互联网还是智能制造，均未对工业把握系统的"大 脑”PLC/DCS做出任何更进一步的技术变革，把握的核心PLC不能够 机警扩展，无疑将大大减弱工业把握系统机警性和可扩展性，从而不能 满足工业互联网条件下需要短时间内重新配置生产资源的需求。
同时，随着智能化需求的日益增长，以传统PLC/DCS为代表的第三代 把握系统已经不能满足工业智能化的需求。一方面，现在的把握系统不 只要处理传统的温度、压力、流量和液位等四大传感信号，而且还要能 够处理视觉、语音等以前没有的信号，要支持5G等无线通信，这些对 于传统的PLC是无法做到的。另一方面,传统的PLC厂家各自都有本 人的通信协议，不开放、不行扩展、不行兼容，这对于将来按需生产的 智能制造是不相顺应的。
而基于软件定义的PLC具有与生俱来的机警性，能够利用虚拟化技术通 过软件设置即可实现把握力量的扩展，这正是将来制造最需要的把握系 统。
软件定义PLC转变工业互联网系统架构传统的工业把握系统通常被称为五层金字塔模型，从现场传感层到 PLC/DCS把握层，再到上面的数据采集和监控SCADA层，生产执行 MES层和企业管理ERP层。随着工业互联网的使用，MES和ERP开 头互联融合和云化。
目前的工业互联网平台以兼容传统架构的方式运转，通过实时或者历史 数据库或者特地的数据采集网关进行现场数据的采集，然后上传到平台 上进行数据处理、呈现，以及利用工业App做数据使用，进行猜测和 优化生产过程。但要实现真正意义上工业互联网所构建的蓝图，这样的 架构并不能满足要求。在工业生产过程中，最终的把握过程还需要PLC 来进行把握，MES、ERP或者工业APP不只需要从PLC直接采集数 据，而且还需要PLC能够直接执行来自MES、ERP或者工业APP的指 令，依据指令优化和调整PLC把握程序，实现工业生产的效率提升，同 时也避开繁琐的人工调试过程。
而现有的工业互联网平台还无法做到中转PLC的互操作，因此只要接受 软件定义的PLC才能够与工业互联网平台直接相通，比照实现PLC轻 松连接至互联网，将APP和分析结果嵌入机器和云，实现智能化和自 我感知，无需更换PLC硬件即可转变和升级PLC ,通过API和生态系 统扩大工业互联网平台使用。
”软件定义PLC更强调的是一种体系，一种实现思想。”刘生富补充说 道，”工业互联网的新一代把握系统的最终目的，就是实现ERP、 MES、工业APP直接驱动把握系统来实现大数据驱动的精确把握。"软件定义PLC的优势史无前例
软件定义其实并不是一个新词，从新近的”软件定义网络"，到后来的"软 件定义一切”，其实软件定义已经走过了概念论证阶段，在IT领域已经 一个成熟的技术。当然在工业领域，由于牢靠性和实时性要求都很高， 所以软件定义并没有得到很多使用。
"东土提倡的软件定义PLC ,是基于虚拟化技术，将传统公用的PLC功 能解耦，利用软件定义网络的实现思路，通过使用程序来实现PLC规律 把握的功能。”刘生富解释道，"软件定义PLC的核心是硬件资源虚拟化 和管理功能可编程。”由于软件定义PLC实现了硬件和软件的分别，可以通过软件来配置硬件 资源，所以有着传统PLC所不具备的优势。
首先，软件定义PLC通常没有硬件依靠性，很简约迁移和重用软件，用 户可以机警地选择不同的供应商，也允许用户更换或添加组件而不影响 系统的其他部分，轻松实现可扩展性和系统模块化。这在传统PLC把握 中并不那么简约，或者根本不行能实现。
其次，软件定义PLC由于接受最新的处理器，CPU的功能要比PLC要 强很多，同时一个CPU可以虚拟出多个PLC ,同时把握更多的设备。
而且软件定义PLC可以处理语音、视觉及将来5G等新的数据，甚至在 PLC上直接运转各类行业算法、工业APP ,这样在很多场合可省去工控 机、服务器，这些在传统PLC上是很难实现的。
最终，刘生富强调，软件定义PLC还有一个有点是可以用高级言语编 程。传统PLC通常用梯形图、结构化文本等编程，需要专业的自动化工 程师去做，而且用这些言语去编写现在的很多算法格外费劲，而用C或 者C++这些高级言语就能格外简约。
软件定义PLC的实现
NEWPRE工业服务器虽然软件定义把握的技术已经成熟，目前国内外也有不少厂商和机构几 年前也开头了争辩，但是东土科技已经在2019年4月德国汉诺威展上 领先发布软件定义把握的工业服务器NEWPRE。
Software Defined Control Based on Virtualization Technology
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I汉诺威展DEMO :利用软件定义将Intel i7处理器的4个物理核虚拟出20个 实时核，同时集成自动化把握、运动把握、机器视觉等功能。
”这款NEWPRE工业服务器就是一款软件定义PLC的代表作，它基于 开放的x86虚拟化架构，在Intel最新的\7处理器上通过高实时虚拟 化技术，可以虚拟出最多20个软件定义的实时系统以替代PLC把握 器。”刘生富用一套在汉诺威展出的实景DEMO解释道，用NEWPRE 不但可以做规律把握，而且可以轻松集成各种工业APP ,例如可视化、 协同制造、机器视觉和工业大数据分析引擎等行业使用软件，真正实现 OT和IT技术的融合，满足工业互联网和智能制造的需求。
刘生富表示，虽然这样的系统看上去和PC-BASE类似，但其实也有着 本质不同。首先PC-BASE不会接受虚拟化技术,处理器的每个物理核 对应一个PLC使用，而NEWPRE可以虚拟出更多的虚拟核来做PLC 把握。更为重要的是，PC-BASE通常都是基于Windows或者Linux 桌面操作和操作系统，桌面系统和操作系统为同一系统，而NEWPRE 不只安装运转了东土自主开发的实时操作系统Intewell ,同时也可以运 转Windows或者Linux系统，两个系统同时隔离运转,在桌面系统发 生宕机时并不会影响实时系统的正常运转。

I NewPre3100系列工业服务器
目前，在实时性方面，NEWPRE支持最小50us的循环时间。在编程方 面，集成了东土本人的工业把握编程平台MaVIEW ,可以用拖拽式图 形化编程，也可以支持IEC61131-3 ,用C+ +、MatLab/Simulink等 编程。同时，内置多种协议的协议转换，支持MQTT或OPC-UA到云 的连接。
"NEWPRE可以说是集边缘计算、过程把握、运动把握和机器视觉于一 身，是工业互联网时代新一代把握系统，因此也获得了 2019年首届工 业互联网大赛一等奖。”刘生富总结道。
使用众多软件定义PLC威力初显自从NEWPRE在去年4月发布以来，目前已经在众多领域得到使用， 显示出了软件定义PLC的初步威力。
据刘生富引见，在虚拟多核带来的优势方面，一个典型的使用是，在一 条电子芯片生产上，一台NEWPRE虚拟出了 13个PLC完成13个工 位的自动把握，至今已经运转近一年，没有消灭任何问题。另一个比较 典型的使用是，东土挂念Fanuc公司改进了机器人教学系统。在使用 NEWPRE之前，一台机器人通常要给三个同学使用，得给每个同学配 —个工控机来运转同学的仿真模型，还需要一个PLC接受工控机下发的 指令来把握机器人，相当于一台机器人得配三套系统。而现在只需一个 NEWPRE ,就安装了三套桌面系统和一套实时系统，桌面系统支持模仿 仿真，实时系统把握机器人的运动，这样就省去了系统的简单性和成 本。
在集成机器视觉优势方面，NEWPRE也已经得到使用。目前东土和合 作伙伴正在联合开发新的无人行车把握系统。以前无人行车通常接受摄 像机采集信息给工控机进行路径规划算法计算，然后通过PLC和变频器 把握行车的走向。现在用NEWPRE之后，可以省去工控机和PLC ,不 但节省了硬件成本，而且还大大简化了把握系统的架构。
〃近一年来，我们NEWPRE还在燃气站站控、油库储油罐液位把握和工 程车无人驾驶把握等方面都已经得到使用，可以说软件定义PLC的一些 优势在实际使用中都超出了我们的估计。”当然，在刘生富看来，这些 使用只是初露锋芒，”目前，我们也在和东北高校流程工业综合自动化 国家重点试验室合作，开发更多的行业算法库来促进软件定义PLC的使 用，也期望有更多的行业有合作伙伴加入，一起开发行业使用。” 正如工业互联网还在晚期进展阶段一样，软件定义PLC目前明显也还处 在渐渐成熟阶段。虽然目前传统PLC还属于确定的主导地位，而且也在 野着更多顺应工业互联网需求的方向在进展，但无疑软件定义PLC开创 了传统PLC不一样的通向将来之路，或许在工业互联网时代真正到来那天，也正是软件定义PLC大放异彩的那一天。

先进制造业+工业互联网