02

從端到云,云化PLC

第二種演進(jìn)路徑,推動者來自CT領(lǐng)域,提出了云化PLC的概念。

云化PLC,是指在云端運(yùn)行的可編程控制器。通過將物聯(lián)接口標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用云化,采用軟件定義的PLC與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺直接相通,實(shí)現(xiàn)PLC的遠(yuǎn)程控制,將APP和分析結(jié)果嵌入機(jī)器和云,實(shí)現(xiàn)智能化和自我感知,通過API和生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用。

這種路徑的順利發(fā)展需要依靠一些前提條件。

首先,PLC的研發(fā)門檻已經(jīng)被極大降低,標(biāo)準(zhǔn)化的硬件配合Codesys等工業(yè)領(lǐng)域的“安卓”平臺,保證了新一代PLC開發(fā)的快捷性和易用性。

其次,通信技術(shù)的發(fā)展,讓5G和TSN等技術(shù)融合成為可能,保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和可靠性。

第三,云端應(yīng)用和開發(fā)者生態(tài)的極大豐富,以及在B2C驗(yàn)證的成功實(shí)踐,讓新一代PLC的市場開拓可以探索更多的商業(yè)模式。

今年6月,華為攜手紫金山實(shí)驗(yàn)室、上海交通大學(xué)、寶信軟件正式發(fā)布了首個廣域云化PLC的試驗(yàn)成果。試驗(yàn)基于新一代工業(yè)控制邊緣計算架構(gòu)和確定性廣域網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了跨越600公里距離的廣域云化PLC的部署和穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)中,云化PLC部署在上海,采用開放性架構(gòu)實(shí)現(xiàn),包括鯤鵬CPU、歐拉開源操作系統(tǒng)、面向IEC61499標(biāo)準(zhǔn)的PLC開發(fā)運(yùn)行環(huán)境,遠(yuǎn)程控制部署在南京的執(zhí)行端機(jī)械臂。在重度負(fù)載的背景流量沖擊下,確定性廣域網(wǎng)的平均時延小于4ms,時延抖動小于20us。

在此之前,已有云化PLC推出,運(yùn)營商是重要的推動力量之一。

2020年11月,廣東電信聯(lián)合美的集團(tuán)、華為公司,發(fā)布了“云化PLC創(chuàng)新應(yīng)用”。今年10月,中國聯(lián)通和浙江中控聯(lián)合發(fā)布基于5G MEC的云化PLC品牌“DeepControl”。

物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化和5G等技術(shù)發(fā)展,正在為PLC開啟許多新的可能性。在未來,一些工業(yè)流程可能會通過云端進(jìn)行控制。但是在大多數(shù)場景中,仍然需要現(xiàn)場硬件來處理和傳輸數(shù)據(jù)。即便將5G與TSN結(jié)合,創(chuàng)造前所未有的無線通信速度,也不足以完全虛擬化所有機(jī)器控制,將其遷移上云。

物理上距離實(shí)體設(shè)備較近、充分滿足實(shí)時性和控制復(fù)雜度的要求,以及對數(shù)據(jù)隱私和安全性的考慮,位于邊緣側(cè)的PLC仍然具有更大的施展空間。

云化PLC的落地還有待時間的考驗(yàn),有些朋友可能會認(rèn)為這類產(chǎn)品是來自CT領(lǐng)域的企業(yè)在試圖用自己擅長的產(chǎn)品以改造自己不擅長的場景,這種初始判斷無可厚非。

云化PLC的更大意義在于,它帶給我們思維模式上的突破。

5G用無線的方式解決了實(shí)時性的問題,云化讓PLC不必再受到物理位置的束縛。既然PLC可以云化,其它設(shè)備也具備云化的可能性。云化與5G的結(jié)合,讓分布式控制系統(tǒng)的規(guī)模化、扁平性和分散性,都達(dá)到了史無前例的量級。

多個云化PLC產(chǎn)品的落地,說明工業(yè)領(lǐng)域的軟硬件解耦已經(jīng)發(fā)生,通用性的硬件和開放式的軟件正在變成“新常態(tài)”。

03

從外到內(nèi),植入型PLC

第三種路徑,推動者來自于OT領(lǐng)域的創(chuàng)新型企業(yè),他們逐漸將PLC內(nèi)置于各種設(shè)備。

這一路徑的發(fā)展也有三個前提條件。

第一,PLC的尺寸極大降低。

PLC誕生時,外形尺寸很大,比電機(jī)大得多,甚至比一些小型設(shè)備還大,因此當(dāng)時的PLC安裝在電氣柜中,還配備了冷卻裝置。今非昔比,如今PLC的尺寸縮小了10倍,而且性能有很大提升。

第二,電子器件的可靠性得到驗(yàn)證。

從歷史上看,電子部件比機(jī)器部件發(fā)生故障的概率更高,藍(lán)屏、死機(jī)在過去是家常便飯。因此,那時有嬌貴的電子部件的產(chǎn)品,一般都需要被放置于易于訪問,可以觸及的位置,容易重啟、更換和維修。

時光如梭,來到2021年,誰手上都有幾個掉地不易碎、泡水不易壞、開機(jī)永在線的“皮實(shí)”手機(jī)。電子部件的可靠性已經(jīng)得到了很大改善,可以與機(jī)器部件平起平坐。

第三,PLC的成本遵從反摩爾定律,快速降低。

過去,電子部件的成本遠(yuǎn)高于DIN導(dǎo)軌、外殼和電纜等支撐組件�，F(xiàn)在微型PLC的成本僅為20年前的十分之一,為這些PLC配備導(dǎo)軌、外殼和電纜,不再劃算。

綜合考慮以上種種因素,在萬物皆有智能的時代,PLC不再有獨(dú)立外置于電氣柜中的必要,而是可以植入到機(jī)器內(nèi)部,甚至以PCB板的形式,成為機(jī)器內(nèi)部的一個“器官”。

有不少提供運(yùn)動控制解決方案的企業(yè),已經(jīng)將PLC、PCB板、模組或者同等功能的器件,內(nèi)置于機(jī)械臂、CNC機(jī)床、移動機(jī)器人等設(shè)備“體內(nèi)”。

典型的比如倍福和貝加萊(已經(jīng)被ABB收購),他們發(fā)展的后勁十足,采用基于PC的控制,實(shí)現(xiàn)PLC的功能,讓用戶品嘗到PC在軟件工程方面的靈活性和開放性的優(yōu)勢。倍福還通過提供軟件開發(fā)套件的方式,支撐第三方廠家的深度定制需求。

在這個快魚吃慢魚,群魚吃大魚的時代,很多大型企業(yè)面臨著創(chuàng)新者的窘境。中小創(chuàng)新型企業(yè)具有輕裝上陣的優(yōu)勢,隨著PLC的演進(jìn),軟硬件充分解耦、基于Linux等開源操作系統(tǒng)、使用開源軟件工具,不受物理位置和外形束縛的新一代“PLC”,將漸漸壯大。

----寫在最后----

本文分析了PLC的三種演進(jìn)路徑:

第一,支持PLC直連云端,并嵌入人工智能模塊,從PLC發(fā)展為工業(yè)智能控制器。

第二,從端到云,PLC在云端運(yùn)行,通過將物聯(lián)接口標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用云化,采用軟件定義的PLC與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺直接相通,實(shí)現(xiàn)PLC的遠(yuǎn)程控制。

第三,從外到內(nèi),PLC不再有獨(dú)立外置于電氣柜中的必要,而是可以植入到機(jī)器內(nèi)部,甚至以PCB板的形式,成為機(jī)器內(nèi)部的一個“器官”。

當(dāng)然,PLC的演進(jìn)路徑不僅限于以上幾種,如果你有更多發(fā)現(xiàn),歡迎留言。

PLC作為工廠中控制能力的源泉,位于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心位置,它的前世今生值得更多關(guān)注。無論未來如何發(fā)展,PLC可編程邏輯控制器這個名稱似乎難以概括它的概念和定位,也許即將被賦予新的命名。

參考資料:

1． PLC江湖波瀾不驚,自動化風(fēng)云錄,作者:彭瑜、林雪萍,來源:知識自動化

2． 如何理解羅家的LogixAI產(chǎn)品,作者:Mike Zheng,來源:智造商

3． Is There Life without the PLC? How to Build a Better Embedded Controller,來源:Design News

4． 全球首個廣域云化PLC試驗(yàn)成果發(fā)布,加速下一代工業(yè)控制邊緣計算架構(gòu)升級,來源:邊緣云

5． 基于5G和軟件定義的工業(yè)控制技術(shù)(云化PLC)行業(yè)產(chǎn)生背景和應(yīng)用場景,來源:中國聯(lián)通