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软件定义PLC——工业互联网时代控制系统的技术变革

发布时间:2020-10-20 15:58 所属栏目:[人物] 来源:网络整理
导读:副标题#e# 随着云计算,机器学习和大数据等IT技术和工业控制领域OT技术的不断融合,工业互联网和智能制造已经成为未来工业生产的大势所趋。工业互联网和智能制造赋予了未来制造更大的灵活性,小批量、多品种和可定制这些生产方式也逐渐成为了可能,这也要求

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随着云计算,机器学习和大数据等IT技术和工业控制领域OT技术的不断融合,工业互联网和智能制造已经成为未来工业生产的大势所趋。工业互联网和智能制造赋予了未来制造更大的灵活性,小批量、多品种和可定制这些生产方式也逐渐成为了可能,这也要求现代生产制造的核心技术——工业自动化控制系统更加灵活有扩展性。

为此,一种基于软件定义的PLC控制系统开始受到业界的关注和重视,甚至被誉为“工业互联网时代的新一代控制系统”。那么,这是什么样的一种控制系统呢?为何更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,记者采访了国内软件定义控制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控制系统做了一个深入的了解。

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东土科技常务副总经理刘生富

 工业互联网亟需更加灵活的控制系统

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造成为解决从大规模“刚性制造”转向小批量“柔性制造”的必然选择。

工业互联网使得生产数据可以进行规模化集中存储,实现以前不可能实现的大数据,并利用云平台前所未有的计算能力对大数据进行分析,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,均未对工业控制系统的“大脑”PLC/DCS做出任何更进一步的技术变革,控制的核心PLC不能够灵活扩展,无疑将大大减弱工业控制系统灵活性和可扩展性,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为代表的第三代控制系统已经不能满足工业智能化的需求。一方面,现在的控制系统不仅要处理传统的温度、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厂家各自都有自己的通信协议,不开放、不可扩展、不可兼容,这对于未来按需生产的智能制造是不相适应的。

而基于软件定义的PLC具有与生俱来的灵活性,能够利用虚拟化技术通过软件设置即可实现控制能力的扩展,这正是未来制造最需要的控制系统。

软件定义PLC改变工业互联网系统架构

传统的工业控制系统通常被称为五层金字塔模型,从现场传感层到PLC/DCS控制层,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。随着工业互联网的应用,MES和ERP开始互联融合和云化。

目前的工业互联网平台以兼容传统架构的方式运行,通过实时或者历史数据库或者专门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、展示,以及利用工业App做数据应用,进行预测和优化生产过程。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,最终的控制过程还需要PLC来进行控制,MES、ERP或者工业APP不仅需要从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,根据指令优化和调整PLC控制程序,实现工业生产的效率提升,同时也避免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直达PLC的互操作,因此只有采用软件定义的PLC才能够与工业互联网平台直接相通,比如实现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硬件即可改变和升级PLC,通过API和生态系统扩大工业互联网平台应用。

“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控制系统的最终目的,就是实现ERP、MES、工业APP直接驱动控制系统来实现大数据驱动的精确控制。”

软件定义PLC的优势前所未有

软件定义其实并不是一个新词,从早先的“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,由于可靠性和实时性要求都很高,所以软件定义并没有得到很多应用。

“东土倡导的软件定义PLC,是基于虚拟化技术,将传统专用的PLC功能解耦,利用软件定义网络的实现思路,通过应用程序来实现PLC逻辑控制的功能。”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离,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通常没有硬件依赖性,很容易迁移和重用软件,用户可以灵活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控制中并不那么容易,或者根本不可能实现。

其次,软件定义PLC由于采用最新的处理器,CPU的性能要比PLC要强很多,同时一个CPU可以虚拟出多个PLC,同时控制更多的设备。而且软件定义PLC可以处理语音、视觉及未来5G等新的数据,甚至在PLC上直接运行各类行业算法、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。

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