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從端到云,云化PLC

第二種演進路徑,推動者來自CT領域,提出了云化PLC的概念。

云化PLC,是指在云端運行的可編程控制器。通過將物聯(lián)接口標準化和應用云化,采用軟件定義的PLC與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺直接相通,實現(xiàn)PLC的遠程控制,將APP和分析結果嵌入機器和云,實現(xiàn)智能化和自我感知,通過API和生態(tài)系統(tǒng)擴大工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應用。

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,標準化的硬件配合Codesys等工業(yè)領域的“安卓”平臺,保證了新一代PLC開發(fā)的快捷性和易用性。

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

第三,云端應用和開發(fā)者生態(tài)的極大豐富,以及在B2C驗證的成功實踐,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,華為攜手紫金山實驗室、上海交通大學、寶信軟件正式發(fā)布了首個廣域云化PLC的試驗成果。試驗基于新一代工業(yè)控制邊緣計算架構和確定性廣域網(wǎng)技術,實現(xiàn)了跨越600公里距離的廣域云化PLC的部署和穩(wěn)定運行。

實驗中,云化PLC部署在上海,采用開放性架構實現(xiàn),包括鯤鵬CPU、歐拉開源操作系統(tǒng)、面向IEC61499標準的PLC開發(fā)運行環(huán)境,遠程控制部署在南京的執(zhí)行端機械臂。在重度負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、華為公司,發(fā)布了“云化PLC創(chuàng)新應用”。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器控制,將其遷移上云。

物理上距離實體設備較近、充分滿足實時性和控制復雜度的要求,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,有些朋友可能會認為這類產品是來自CT領域的企業(yè)在試圖用自己擅長的產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,其它設備也具備云化的可能性。云化與5G的結合,讓分布式控制系統(tǒng)的規(guī)�；�、扁平性和分散性,都達到了史無前例的量級。

多個云化PLC產品的落地,說明工業(yè)領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,植入型PLC

第三種路徑,推動者來自于OT領域的創(chuàng)新型企業(yè),他們逐漸將PLC內置于各種設備。

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,比電機大得多,甚至比一些小型設備還大,因此當時的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證。

從歷史上看,電子部件比機器部件發(fā)生故障的概率更高,藍屏、死機在過去是家常便飯。因此,那時有嬌貴的電子部件的產品,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、開機永在線的“皮實”手機。電子部件的可靠性已經(jīng)得到了很大改善,可以與機器部件平起平坐。

第三,PLC的成本遵從反摩爾定律,快速降低。

過去,電子部件的成本遠高于DIN導軌、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不再有獨立外置于電氣柜中的必要,而是可以植入到機器內部,甚至以PCB板的形式,成為機器內部的一個“器官”。

有不少提供運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,內置于機械臂、CNC機床、移動機器人等設備“體內”。

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,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。

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本文分析了PLC的三種演進路徑:

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在云端運行,通過將物聯(lián)接口標準化和應用云化,采用軟件定義的PLC與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺直接相通,實現(xiàn)PLC的遠程控制。

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

當然,PLC的演進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試驗成果發(fā)布,加速下一代工業(yè)控制邊緣計算架構升級,來源:邊緣云

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