導(dao) 讀(du)：從誕生(sheng)至今，PLC出色的(de)完成了銜接設備(bei)層(ceng)(ceng)與信息層(ceng)(ceng)的(de)任務，承(cheng)擔了上傳下達的(de)職責，并(bing)收獲(huo)了易用、可靠的(de)美名。我們將工業領域的(de)架(jia)構(gou)，分為現場層(ceng)(ceng)、控制層(ceng)(ceng)、信息層(ceng)(ceng)等多個層(ceng)(ceng)級“金字塔”的(de)做法，也伴(ban)隨PLC一(yi)起深(shen)入人心。但(dan)是在最近(jin)幾(ji)年，工業領域發生(sheng)了很大的(de)變化，工廠需(xu)要(yao)更(geng)扁(bian)平的(de)架(jia)構(gou)、更(geng)簡單的(de)流(liu)程(cheng)和更(geng)智能(neng)的(de)分析(xi)。這時(shi)如果依然沿用過去的(de)分層(ceng)(ceng)架(jia)構(gou)思(si)路(lu)，有(you)些不(bu)合時(shi)宜(yi)。
這是我(wo)在(zai)【物女心(xin)經】專欄(lan)寫的第(di)236篇文章(zhang)。
隨著工業互聯網的(de)(de)發展，有些(xie)變(bian)化是不可避免(mian)的(de)(de)，有些(xie)趨(qu)勢是不可逆(ni)轉的(de)(de)。市場、需求(qiu)和技術的(de)(de)迭(die)代，推動產品的(de)(de)演進，一切(qie)只(zhi)是時間問題。
作為跨越(yue)OT與IT的(de)橋梁，PLC的(de)作用不容小(xiao)覷。PLC連接與控(kong)(kong)制多種設備，將數(shu)據分析、處理，并(bing)傳遞到上層的(de)信息系統，成為工(gong)廠與車(che)間的(de)控(kong)(kong)制中樞。
從誕生至今，PLC出色的(de)完成了(le)銜(xian)接設備層(ceng)與(yu)信息層(ceng)的(de)任務，承擔了(le)上傳下達的(de)職責，并收獲(huo)了(le)易(yi)用、可靠的(de)美名。我們(men)將(jiang)工(gong)業領域的(de)架構，分為現場層(ceng)、控制層(ceng)、信息層(ceng)等多(duo)個層(ceng)級“金字塔(ta)”的(de)做法，也伴隨PLC一起深(shen)入人心。
但是在最近幾年，工(gong)業領域發生了很(hen)大(da)的(de)變(bian)化，工(gong)廠需(xu)要更(geng)扁平的(de)架(jia)構、更(geng)簡單的(de)流(liu)程(cheng)和(he)更(geng)智能(neng)的(de)分析(xi)。加之(zhi)PLC的(de)功(gong)能(neng)日益(yi)完(wan)善，具備了更(geng)強大(da)的(de)數(shu)據處理，被賦(fu)予了跳出(chu)原有層(ceng)級束縛的(de)能(neng)力。
這時(shi)如果(guo)依(yi)然沿用過(guo)去的分層架(jia)構思路，有些不合時(shi)宜。
偉(wei)大(da)的(de)(de)冰球選手(shou)韋恩(en)·格雷茨基(ji)，保(bao)持著40項(xiang)常(chang)規賽(sai)紀錄、15項(xiang)季后(hou)賽(sai)紀錄和6項(xiang)全明星賽(sai)紀錄，當他(ta)被(bei)問到(dao)如(ru)何在(zai)冰上跑位時，他(ta)說：“我滑向球下一步的(de)(de)位置，而(er)不是它現在(zai)的(de)(de)位置。”對于PLC，我們也應該(gai)如(ru)此對待。
面向未來，突破(po)“金字(zi)塔”的束縛逐(zhu)漸成為一種必然，PLC的使(shi)命也(ye)有可(ke)能被重(zhong)新定(ding)義。
跳出“金字塔”的(de)架構，過去的(de)一些(xie)基本假設需(xu)要被重置：
數(shu)據不必被分層，不同層級之間的數(shu)據可以(yi)相(xiang)對自(zi)由的流動
數據的來源方和使用方，都(dou)更(geng)加豐富多樣(yang)
每個節點具備一(yi)定的(de)智能，就(jiu)近可以(yi)對數(shu)據進(jin)行初步分析和處理
5年之后，PLC會變成什么樣(yang)子?思考這個問(wen)題，更易把握工業(ye)互(hu)聯網(wang)的發(fa)展機(ji)遇(yu)。本(ben)文試圖(tu)呈現一些(xie)PLC的未來演進路(lu)徑和(he)方(fang)向。
1、從PLC到工業智能控制器
第一種演進路徑，由OT領域的傳統巨頭主導，他們均已推出了下一代PLC的雛形。
最早啟動(dong)(dong)變革的(de)(de)是(shi)施耐德電氣，不(bu)僅積極推(tui)動(dong)(dong)PLC直連到云，還大(da)力推(tui)進開放(fang)自動(dong)(dong)化體系，采(cai)納開放(fang)環境的(de)(de)編(bian)程語言(yan)IEC 61499，成為(wei)傳統自動(dong)(dong)化巨(ju)頭中的(de)(de)一股(gu)清流(liu)。
知(zhi)名的事件要屬在2019年漢諾威(wei)工(gong)業展上(shang)，施耐德電氣(qi)推出了面(mian)相工(gong)業互(hu)聯網(wang)的控(kong)制器M262。簡單介紹，M262是一(yi)款集邏輯控(kong)制和(he)運動控(kong)制于(yu)一(yi)體的PLC，能夠直接連接到云(yun)平(ping)臺，不需(xu)要中(zhong)(zhong)間加一(yi)個網(wang)關進行數據(ju)中(zhong)(zhong)轉。
延續直連云端、開放易(yi)用(yong)(yong)(yong)的思路，菲(fei)尼克斯(si)電氣推出的下一代PLC，PLCnext，也值得關(guan)注。這款(kuan)PLC基于Linux的操作系統，允許使用(yong)(yong)(yong)Node-Red等(deng)開源編程工具，它(ta)既可以用(yong)(yong)(yong)作邊緣網關(guan)，也可以用(yong)(yong)(yong)作PLC。
PLCnext通(tong)過將(jiang)操作系(xi)(xi)統(tong)、編程(cheng)環境、通(tong)信接口(kou)和用戶界面(mian)全(quan)面(mian)開放，將(jiang)傳(chuan)統(tong)且穩定的PLC與(yu)現代(dai)軟件工程(cheng)的靈活性(xing)結合起來(lai)，在一(yi)個(ge)系(xi)(xi)統(tong)內既有(you)實(shi)時控制(zhi)的PLC，又有(you)非實(shi)時的可直接鏈接IT(包括云(yun)、數(shu)據中心等)的系(xi)(xi)統(tong)，為(wei)OT與(yu)IT融合給出了一(yi)種(zhong)解決方案。
西門子和羅克韋爾自動化則紛紛將人工智能引入了PLC。
西門(men)子推出(chu)了一款S7-1500神經網絡(luo)處理模塊，使(shi)機器能夠識別(bie)復雜(za)模式。羅克韋爾自(zi)動化(hua)推出(chu)了LogixAI分析模塊，為自(zi)動化(hua)系統提供了對(dui)異(yi)常情況進行預測(ce)性分析的能力(li)。
兩家(jia)企業的(de)做法有(you)些相似之(zhi)處，這些輕(qing)量級的(de)智(zhi)能模塊(kuai)與(yu)原有(you)PLC可以緊密集成。基于原有(you)的(de)控制系(xi)統，通(tong)過新增模塊(kuai)可以實現基礎(chu)級的(de)人(ren)工智(zhi)能應(ying)用，不要求(qiu)用戶具備復雜(za)繁瑣的(de)IT知識(shi)，無需(xu)部署IT網絡，也無需(xu)切(qie)換控制平臺。
從用戶的(de)使用習慣和心智(zhi)認知出發，這些品牌挖掘了很深的(de)護城(cheng)河。
根據(ju)(ju)MIR睿工業的(de)(de)統計數(shu)據(ju)(ju)，PLC產品在國(guo)內(nei)市場(chang)的(de)(de)整(zheng)體規模大約為130億元人民幣，其中大部分(fen)以(yi)國(guo)外(wai)品牌為主。西(xi)門子(zi)占據(ju)(ju)40%左(zuo)右的(de)(de)市場(chang)份額，羅克韋爾自動(dong)化(hua)和(he)施耐德電氣緊隨其后。他們對于PLC的(de)(de)演進路徑具有較強的(de)(de)話(hua)語(yu)權。
依(yi)靠(kao)前期(qi)積(ji)累的(de)(de)品牌壁壘，這些知名企業(ye)一(yi)般采用循序漸進(jin)的(de)(de)方(fang)式，將PLC中嵌入更(geng)多的(de)(de)智能(neng)化功能(neng)，并(bing)成(cheng)為連接到云(yun)的(de)(de)邊(bian)緣設(she)備。在這個過程(cheng)中，可編程(cheng)邏輯控(kong)制(zhi)器這個名稱已經不能(neng)涵蓋PLC的(de)(de)全部能(neng)力，它逐(zhu)漸變成(cheng)了工業(ye)智能(neng)控(kong)制(zhi)器。
這種(zhong)循序(xu)漸(jian)進的(de)(de)(de)方式充分迎(ying)合了用(yong)戶的(de)(de)(de)新(xin)使用(yong)習慣(guan)，不僅自動化(hua)系(xi)(xi)統可以承載更多(duo)的(de)(de)(de)數據分析(xi)和(he)處理能力(li)，滿足運(yun)(yun)算與(yu)控制的(de)(de)(de)實(shi)時性(xing)、安全性(xing)要(yao)求，還能降低IT系(xi)(xi)統運(yun)(yun)營(ying)和(he)部署的(de)(de)(de)成本(ben)，分擔(dan)管理系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)運(yun)(yun)轉負荷。
2、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(yun)化PLC，是(shi)指在云(yun)端運行的可編程(cheng)控制器。通過(guo)將(jiang)物聯(lian)接口標準(zhun)化和應用云(yun)化，采用軟(ruan)件定義的PLC與工業互聯(lian)網(wang)平(ping)臺(tai)(tai)直接相通，實(shi)現PLC的遠程(cheng)控制，將(jiang)APP和分析結果嵌入(ru)機器和云(yun)，實(shi)現智能化和自我感知，通過(guo)API和生態系統擴(kuo)大工業互聯(lian)網(wang)平(ping)臺(tai)(tai)應用。
這種(zhong)路(lu)徑(jing)的順利發展需要依靠(kao)一些前提條件。
首(shou)先，PLC的(de)研發(fa)門(men)檻已經被極大降低，標準(zhun)化的(de)硬(ying)件配合Codesys等(deng)工業(ye)領(ling)域的(de)“安(an)卓”平臺，保證(zheng)了(le)新(xin)一代(dai)PLC開發(fa)的(de)快捷性和(he)易用性。
其次，通信(xin)技(ji)(ji)術(shu)的發展，讓5G和TSN等技(ji)(ji)術(shu)融合成為可能，保證了數據傳輸的實時性和可靠性。
第三，云端應(ying)用和開發者生態的極大豐富，以及在B2C驗證的成功實(shi)踐，讓新一代PLC的市場開拓可以探索更(geng)多的商業(ye)模(mo)式。
今年6月，華為攜手紫(zi)金山實驗室、上(shang)海交(jiao)通大學、寶信軟件(jian)正式發布了首(shou)個廣(guang)域(yu)云(yun)化(hua)PLC的試驗成(cheng)果。試驗基于新一代(dai)工(gong)業控(kong)制邊緣(yuan)計算架構和確(que)定(ding)性廣(guang)域(yu)網技術，實現(xian)了跨越600公里距離的廣(guang)域(yu)云(yun)化(hua)PLC的部署(shu)和穩定(ding)運行(xing)。
實驗中，云化PLC部署在上海，采用開放性架構實現，包括鯤鵬CPU、歐拉開源操作系統、面向IEC61499標準的PLC開發運行環境，遠程控制部署在南京的執行端機械臂。在重度負載的背景流量沖擊下，確定性廣域網的平均時延小于4ms，時延抖動小于20us。 
在此(ci)之前，已有云化PLC推出(chu)，運營商是重要的推動力量(liang)之一。
2020年11月，廣東(dong)電信聯合美的集團、華為公司，發布(bu)了“云化PLC創新應用”。今年10月，中(zhong)國(guo)聯通和浙江中(zhong)控聯合發布(bu)基(ji)于5G MEC的云化PLC品牌“DeepControl”。
物聯網、虛(xu)擬化(hua)和(he)(he)5G等技術(shu)發展，正在為PLC開啟許多新的可(ke)能(neng)性。在未(wei)來，一些(xie)工業(ye)流程可(ke)能(neng)會(hui)通(tong)過云(yun)端進行控制。但(dan)是在大多數場(chang)景中，仍然需要(yao)現場(chang)硬(ying)件來處理和(he)(he)傳輸數據。即(ji)便將(jiang)5G與TSN結合，創造前所(suo)未(wei)有的無線(xian)通(tong)信速(su)度(du)，也不足以(yi)完(wan)全(quan)虛(xu)擬化(hua)所(suo)有機器控制，將(jiang)其遷移上云(yun)。
物理上(shang)距離實體設備(bei)較近、充分(fen)滿足實時性和控制復(fu)雜度(du)的(de)要求(qiu)，以及對數據(ju)隱私和安(an)全性的(de)考慮，位(wei)于(yu)邊(bian)緣側(ce)的(de)PLC仍然具有更大的(de)施展空間。
云化(hua)PLC的(de)(de)落地還有(you)(you)待時間的(de)(de)考驗(yan)，有(you)(you)些(xie)朋友(you)可能會認(ren)為(wei)這類產(chan)品是來自CT領域的(de)(de)企業在試圖用自己擅長的(de)(de)產(chan)品以改造自己不擅長的(de)(de)場(chang)景，這種初始(shi)判斷無可厚非。
云化PLC的(de)更(geng)大意義(yi)在于，它帶給(gei)我們思維模式(shi)上的(de)突(tu)破。
5G用無線的(de)方式(shi)解決了實時性(xing)的(de)問題(ti)，云化(hua)讓PLC不(bu)必再受到物理位置的(de)束縛。既然PLC可以云化(hua)，其它設備也具備云化(hua)的(de)可能性(xing)。云化(hua)與5G的(de)結(jie)合，讓分布(bu)式(shi)控制系統(tong)的(de)規模化(hua)、扁平性(xing)和分散(san)性(xing)，都達到了史無前(qian)例的(de)量級。
多個云(yun)化PLC產品的落地，說明工業領域的軟硬件解耦已(yi)經(jing)發生，通用(yong)性(xing)的硬件和(he)開放(fang)式的軟件正(zheng)在(zai)變(bian)成“新常態”。
3、從外到內，植入型PLC
第三種路徑，推動者來自于OT領域的創新型企業，他們逐漸將PLC內置于各種設備。
這(zhe)一路徑的發展也有三個(ge)前提條件。
第一，PLC的尺寸極大降低。
PLC誕生(sheng)時(shi)(shi)，外形尺寸很(hen)(hen)大(da)，比(bi)電(dian)機大(da)得(de)多，甚至(zhi)比(bi)一些小型設(she)備還大(da)，因(yin)此當時(shi)(shi)的PLC安裝(zhuang)在電(dian)氣(qi)柜中，還配備了冷卻(que)裝(zhuang)置(zhi)。今非(fei)昔比(bi)，如今PLC的尺寸縮小了10倍，而且性能有很(hen)(hen)大(da)提升(sheng)。
第二(er)，電子器件的可靠性得(de)到驗證。
從歷史上看(kan)，電子部件(jian)比(bi)機(ji)器部件(jian)發生故障的(de)概(gai)率更高，藍(lan)屏、死機(ji)在過去(qu)是家常便飯。因(yin)此，那時(shi)有嬌貴的(de)電子部件(jian)的(de)產品，一般(ban)都需要被放置于(yu)易(yi)于(yu)訪問，可以(yi)觸及的(de)位(wei)置，容易(yi)重啟、更換和維修。
時光如梭(suo)，來到2021年，誰手上(shang)都有幾個(ge)掉地不易碎、泡水不易壞、開(kai)機(ji)永在(zai)線的“皮實”手機(ji)。電子部件的可靠性已經得到了很大改善，可以與機(ji)器(qi)部件平(ping)(ping)起平(ping)(ping)坐。
第三(san)，PLC的成本(ben)遵從反(fan)摩爾定律，快速降低。
過去，電子部件的成本(ben)遠高(gao)于DIN導(dao)軌、外殼和(he)電纜等支撐(cheng)組件。現在微型PLC的成本(ben)僅為(wei)(wei)20年(nian)前的十分(fen)之(zhi)一，為(wei)(wei)這些PLC配備導(dao)軌、外殼和(he)電纜，不(bu)再劃算(suan)。
綜合考慮(lv)以(yi)上種種因素，在萬物(wu)皆有(you)智能的(de)時代，PLC不(bu)再有(you)獨(du)立外(wai)置于(yu)電氣(qi)柜(ju)中(zhong)的(de)必要，而是(shi)可以(yi)植入到機器(qi)內(nei)(nei)部，甚至以(yi)PCB板的(de)形式，成為機器(qi)內(nei)(nei)部的(de)一(yi)個“器(qi)官(guan)”。
有不少提供運動控制解決(jue)方(fang)案的(de)企業(ye)，已經將PLC、PCB板、模組或者同等(deng)功能(neng)的(de)器(qi)(qi)件，內置于機(ji)械臂、CNC機(ji)床、移動機(ji)器(qi)(qi)人等(deng)設備“體內”。
典(dian)型的(de)(de)(de)比如倍福和(he)貝加(jia)萊(lai)(已(yi)經被ABB收購)，他們發展(zhan)的(de)(de)(de)后(hou)勁十(shi)足，采用基(ji)于PC的(de)(de)(de)控制(zhi)，實現PLC的(de)(de)(de)功能，讓(rang)用戶品嘗到PC在軟件(jian)工程(cheng)方面的(de)(de)(de)靈活性和(he)開放性的(de)(de)(de)優勢。倍福還通過提供軟件(jian)開發套件(jian)的(de)(de)(de)方式，支撐第(di)三方廠(chang)家的(de)(de)(de)深度(du)定制(zhi)需求。
在這個快魚(yu)吃慢魚(yu)，群(qun)魚(yu)吃大(da)魚(yu)的(de)(de)時(shi)代，很多大(da)型(xing)企(qi)業(ye)面臨著創新(xin)者的(de)(de)窘境。中小創新(xin)型(xing)企(qi)業(ye)具有(you)輕裝上陣的(de)(de)優勢(shi)，隨著PLC的(de)(de)演進，軟(ruan)硬件充分解(jie)耦、基于Linux等開源操作系統(tong)、使用開源軟(ruan)件工具，不受物理位(wei)置和外形束(shu)縛的(de)(de)新(xin)一代“PLC”，將(jiang)漸(jian)漸(jian)壯大(da)。
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本文(wen)分析了(le)PLC的(de)三種演(yan)進路徑：
第一(yi)，支持PLC直(zhi)連(lian)云(yun)端，并嵌入人工智(zhi)能模塊，從PLC發展為(wei)工業智(zhi)能控制器。
第二，從端(duan)到云(yun)，PLC在云(yun)端(duan)運行(xing)，通(tong)過將(jiang)物聯(lian)接口標(biao)準化和應(ying)用云(yun)化，采(cai)用軟件定義的PLC與(yu)工(gong)業(ye)互(hu)聯(lian)網平臺直接相通(tong)，實現(xian)PLC的遠程控制(zhi)。
第三(san)，從外到內(nei)，PLC不(bu)再有獨立外置于電氣柜中的必要，而(er)是可以植(zhi)入到機器(qi)(qi)內(nei)部(bu)，甚(shen)至以PCB板(ban)的形式(shi)，成(cheng)為機器(qi)(qi)內(nei)部(bu)的一個“器(qi)(qi)官”。
當(dang)然(ran)，PLC的(de)演(yan)進路徑不(bu)僅限(xian)于以(yi)上幾(ji)種，如(ru)果你有更多發現(xian)，歡迎留言。
PLC作(zuo)為工(gong)廠中控制能(neng)力的(de)源泉(quan)，位于工(gong)業互聯(lian)網(wang)的(de)核(he)心位置，它的(de)前世今生值得(de)更(geng)多關(guan)注。無論未來(lai)如何發展，PLC可(ke)編(bian)程邏輯控制器這個名稱(cheng)似乎(hu)難以(yi)概(gai)括它的(de)概(gai)念和(he)定位，也許(xu)即將(jiang)被賦予新的(de)命名。
