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从端到云,云化PLC

第二种演进路径,推动者来自CT领域,提出了云化PLC的概念。

云化PLC,是指在云端运行的可编程控制器。通过将物联接口标准化和应用云化,采用软件定义的PLC与工业互联网平台直接相通,实现PLC的远程控制,将APP和分析结果嵌入机器和云,实现智能化和自我感知,通过API和生态系统扩大工业互联网平台应用。

这种路径的顺利发展需要依靠一些前提条件。

首先,PLC的研发门槛已经被极大降低,标准化的硬件配合Codesys等工业领域的“安卓”平台,保证了新一代PLC开发的快捷性和易用性。

其次,通信技术的发展,让5G和TSN等技术融合成为可能,保证了数据传输的实时性和可靠性。

第三,云端应用和开发者生态的极大丰富,以及在B2C验证的成功实践,让新一代PLC的市场开拓可以探索更多的商业模式。

今年6月,华为携手紫金山实验室、上海交通大学、宝信软件正式发布了首个广域云化PLC的试验成果。试验基于新一代工业控制边缘计算架构和确定性广域网技术,实现了跨越600公里距离的广域云化PLC的部署和稳定运行。

实验中,云化PLC部署在上海,采用开放性架构实现,包括鲲鹏CPU、欧拉开源操作系统、面向IEC61499标准的PLC开发运行环境,远程控制部署在南京的执行端机械臂。在重度负载的背景流量冲击下,确定性广域网的平均时延小于4ms,时延抖动小于20us。

在此之前,已有云化PLC推出,运营商是重要的推动力量之一。

2020年11月,广东电信联合美的集团、华为公司,发布了“云化PLC创新应用”。今年10月,中国联通和浙江中控联合发布基于5G MEC的云化PLC品牌“DeepControl”。

物联网、虚拟化和5G等技术发展,正在为PLC开启许多新的可能性。在未来,一些工业流程可能会通过云端进行控制。但是在大多数场景中,仍然需要现场硬件来处理和传输数据。即便将5G与TSN结合,创造前所未有的无线通信速度,也不足以完全虚拟化所有机器控制,将其迁移上云。

物理上距离实体设备较近、充分满足实时性和控制复杂度的要求,以及对数据隐私和安全性的考虑,位于边缘侧的PLC仍然具有更大的施展空间。

云化PLC的落地还有待时间的考验,有些朋友可能会认为这类产品是来自CT领域的企业在试图用自己擅长的产品以改造自己不擅长的场景,这种初始判断无可厚非。

云化PLC的更大意义在于,它带给我们思维模式上的突破。

5G用无线的方式解决了实时性的问题,云化让PLC不必再受到物理位置的束缚。既然PLC可以云化,其它设备也具备云化的可能性。云化与5G的结合,让分布式控制系统的规模化、扁平性和分散性,都达到了史无前例的量级。

多个云化PLC产品的落地,说明工业领域的软硬件解耦已经发生,通用性的硬件和开放式的软件正在变成“新常态”。

03

从外到内,植入型PLC

第三种路径,推动者来自于OT领域的创新型企业,他们逐渐将PLC内置于各种设备。

这一路径的发展也有三个前提条件。

第一,PLC的尺寸极大降低。

PLC诞生时,外形尺寸很大,比电机大得多,甚至比一些小型设备还大,因此当时的PLC安装在电气柜中,还配备了冷却装置。今非昔比,如今PLC的尺寸缩小了10倍,而且性能有很大提升。

第二,电子器件的可靠性得到验证。

从历史上看,电子部件比机器部件发生故障的概率更高,蓝屏、死机在过去是家常便饭。因此,那时有娇贵的电子部件的产品,一般都需要被放置于易于访问,可以触及的位置,容易重启、更换和维修。

时光如梭,来到2021年,谁手上都有几个掉地不易碎、泡水不易坏、开机永在线的“皮实”手机。电子部件的可靠性已经得到了很大改善,可以与机器部件平起平坐。

第三,PLC的成本遵从反摩尔定律,快速降低。

过去,电子部件的成本远高于DIN导轨、外壳和电缆等支撑组件。现在微型PLC的成本仅为20年前的十分之一,为这些PLC配备导轨、外壳和电缆,不再划算。

综合考虑以上种种因素,在万物皆有智能的时代,PLC不再有独立外置于电气柜中的必要,而是可以植入到机器内部,甚至以PCB板的形式,成为机器内部的一个“器官”。

有不少提供运动控制解决方案的企业,已经将PLC、PCB板、模组或者同等功能的器件,内置于机械臂、CNC机床、移动机器人等设备“体内”。

典型的比如倍福和贝加莱(已经被ABB收购),他们发展的后劲十足,采用基于PC的控制,实现PLC的功能,让用户品尝到PC在软件工程方面的灵活性和开放性的优势。倍福还通过提供软件开发套件的方式,支撑第三方厂家的深度定制需求。

在这个快鱼吃慢鱼,群鱼吃大鱼的时代,很多大型企业面临着创新者的窘境。中小创新型企业具有轻装上阵的优势,随着PLC的演进,软硬件充分解耦、基于Linux等开源操作系统、使用开源软件工具,不受物理位置和外形束缚的新一代“PLC”,将渐渐壮大。

----写在最后----

本文分析了PLC的三种演进路径:

第一,支持PLC直连云端,并嵌入人工智能模块,从PLC发展为工业智能控制器。

第二,从端到云,PLC在云端运行,通过将物联接口标准化和应用云化,采用软件定义的PLC与工业互联网平台直接相通,实现PLC的远程控制。

第三,从外到内,PLC不再有独立外置于电气柜中的必要,而是可以植入到机器内部,甚至以PCB板的形式,成为机器内部的一个“器官”。

当然,PLC的演进路径不仅限于以上几种,如果你有更多发现,欢迎留言。

PLC作为工厂中控制能力的源泉,位于工业互联网的核心位置,它的前世今生值得更多关注。无论未来如何发展,PLC可编程逻辑控制器这个名称似乎难以概括它的概念和定位,也许即将被赋予新的命名。

参考资料:

1． PLC江湖波澜不惊,自动化风云录,作者:彭瑜、林雪萍,来源:知识自动化

2． 如何理解罗家的LogixAI产品,作者:Mike Zheng,来源:智造商

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

4． 全球首个广域云化PLC试验成果发布,加速下一代工业控制边缘计算架构升级,来源:边缘云

5． 基于5G和软件定义的工业控制技术(云化PLC)行业产生背景和应用场景,来源:中国联通