PLC和DCS、SCADA并列為工業(yè)控制領(lǐng)域的三大支柱。為擺脫基本依賴進口的局面，改革開放以來，國內(nèi)許多企業(yè)、高校和研究單位前赴后繼，投入了這三大系統(tǒng)的開發(fā)研制?？偟膩碚f，這些年來我國PLC的技術(shù)也有了長足的進步，在硬件和軟件兩個方向已經(jīng)很少看到仿造的痕跡，獨立開發(fā)、自行設(shè)計已經(jīng)成為主流。目前國產(chǎn)的PLC在國內(nèi)市場的份額可能還沒有突破10%，但從發(fā)展的趨勢來說完全可能加速。? ? ?

?本文作者彭瑜，畢業(yè)于清華大學(xué)熱能工程系，教授級高級工程師，PLCopen中國組織名譽主席，中國自動化學(xué)會儀表和裝置專委會名譽常務(wù)委員，國務(wù)院特殊津貼獲得者；長期從事工業(yè)生產(chǎn)過程自控系統(tǒng)的設(shè)計、現(xiàn)場總線和工業(yè)通信在控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究工作。本文由「工控百家談」原創(chuàng)首發(fā)， 數(shù)字化企業(yè)經(jīng)授權(quán)發(fā)布。??

PLC和DCS、SCADA并列為工業(yè)控制領(lǐng)域的三大支柱。為擺脫基本依賴進口的局面，改革開放以來，國內(nèi)許多企業(yè)、高校和研究單位前赴后繼，投入了這三大系統(tǒng)的開發(fā)研制。比較而言，最有成效的應(yīng)該是DCS，以中控、和利時等為代表的科技企業(yè)引領(lǐng)了我國DCS技術(shù)和市場應(yīng)用的方向，占領(lǐng)了相當(dāng)部分的市場份額。盡管芯片等基礎(chǔ)元器件還不得不部分依賴進口，但在軟件方面已經(jīng)立足于自行開發(fā)，積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗和訣竅。SCADA也有像亞控這樣的企業(yè)持續(xù)深耕，積累了相當(dāng)多的客戶，技術(shù)上也形成了一些特色，正在向融合性平臺方面發(fā)展。那么，PLC的狀況如何，是不是很樂觀呢？本文試圖在這一方面進行探討，可能掛一漏萬，誠懇地希望各位讀者指正和補充。

總的來說，這些年來我國PLC的技術(shù)也有了長足的進步，在硬件和軟件兩個方向已經(jīng)很少看到仿造的痕跡，獨立開發(fā)、自行設(shè)計已經(jīng)成為主流。特別是近幾年，龍芯致力于***在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)，幫助一些企業(yè)走出了PLC系統(tǒng)獨立發(fā)展的新路；再加上眾多的PLC中小型企業(yè)鍥而不舍地辛勤耕耘，在硬件和軟件方面都呈現(xiàn)了若干亮點。目前國產(chǎn)的PLC在國內(nèi)市場的份額可能還沒有突破10%，但從發(fā)展的趨勢來說完全可能加速。

PLC基礎(chǔ)軟件

在我國發(fā)展的多元化展現(xiàn)

當(dāng)上世紀80年代PLC進入我國的時候，PLC編程語言的國際標準IEC 61131-3（那時被命名為IEC 1131-3）尚處于開發(fā)起步的階段。在國內(nèi)市場活躍的是隨成套火力發(fā)電裝備引進而來的美國MODICON的中大型PLC，還有就是日本三菱電機、OMRON、富士電機等廠家的小型PLC。當(dāng)時國內(nèi)缺乏這方面的開發(fā)人員，軟件基本上照抄照搬。到了1993年正式頒布了PLC編程語言國際標準之后，國際上陸續(xù)出現(xiàn)了基于IEC 61131-3標準的商品化的編程軟件平臺，并在大約2000年前后進入了國內(nèi)的工控市場。國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過幾年的熟悉和應(yīng)用，摸到了一些門道，于是在引進的基礎(chǔ)上開始尋找自主開發(fā)的方法。又過了十幾二十年，國內(nèi)終于形成了目前的相當(dāng)斑斕的局面和多元化的特色。這一條路走得有點長，一個重要原因是這類應(yīng)用場景相對專一的技術(shù)難入國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的法眼，都是根據(jù)市場的發(fā)展和需求，各個有志于此的單位和人員在自行摸索和投入。

目前在PLC基礎(chǔ)編程軟件方面，呈現(xiàn)在我們面前的大約可以概括為4種形態(tài)： ?

1. 從自行開發(fā)的基于國際標準的PLC內(nèi)核發(fā)展為綜合集成的開發(fā)環(huán)境IDE，但并非把商品化作為目標，只為自身的控制系統(tǒng)服務(wù)，或為定制化的控制系統(tǒng)服務(wù)。這種形態(tài)的典型例子是杭州電子科技大學(xué)計算機學(xué)院嚴義團隊的CAS S系統(tǒng)，還有和利時、中控、杭州優(yōu)穩(wěn)等，以服務(wù)自身的DCS產(chǎn)品為主。

2. 也是從自行開發(fā)的基于國際標準的PLC內(nèi)核發(fā)展為綜合集成的開發(fā)環(huán)境IDE，主要特色是已經(jīng)產(chǎn)品化，可以為社會上任何有需求的單位提供商品化的軟件套件。以有15年IEC 61131-3可編程系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗的團隊為基礎(chǔ)的北京奧特斯技術(shù)是目前國內(nèi)此類商品化平臺最具代表性的公司。

3. 與國外的公司合作，在他們的PLC內(nèi)核基礎(chǔ)上開發(fā)適合于國內(nèi)工控市場需求的的綜合開發(fā)環(huán)境，包括為國產(chǎn)化嵌入式芯片提供完整的軟件環(huán)境和開發(fā)路徑。典型的例子是上海翌控科技。

4. 完全立足于自行開發(fā)并運用IT業(yè)界最新技術(shù)所形成的軟件平臺。其特點是既能滿足傳統(tǒng)PLC編程的各種要求，又能適應(yīng)現(xiàn)代PLC運用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的要求，以及方便地將人工智能引入。浙江清捷智能科技正在沿著這個方向做開創(chuàng)性的工作，而且已經(jīng)取得了很好的成效。

如果從前瞻性和執(zhí)行力來評價一個科技機構(gòu)的發(fā)展狀況，這四個典型可以說各有專注，呈現(xiàn)出服務(wù)對象的差異化和技術(shù)特色的差異化?；究梢詽M足當(dāng)下國內(nèi)PLC市場對軟件開發(fā)平臺不同的需求，又在數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代具有不同的發(fā)展前景和方向，對今后PLC系統(tǒng)運用AI服務(wù)所必須的數(shù)據(jù)治理，如何方便采用開源的AI基礎(chǔ)算法庫等都有合適的解決路徑和實現(xiàn)方案。

杭州電子科技大學(xué)計算機學(xué)院嚴義教授、鄔惠峰教授團隊是一支自主開發(fā)IEC 61131-3編程系統(tǒng)平臺的有生力量。他們的IDE開發(fā)環(huán)境CASS，配備了邏輯控制、順序控制、過程控制、機械安全控制、多軸協(xié)調(diào)的運動控制、視覺檢測和控制、現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)通信等綜合功能，還創(chuàng)造性地將裝備數(shù)據(jù)庫的概念和實現(xiàn)引入PLC系統(tǒng)，智能裝備的運行數(shù)據(jù)都可以以規(guī)定的數(shù)據(jù)格式實時輸入的時序數(shù)據(jù)庫，為人工智能、視覺等算法所用。其編程功能在2017年獲得PLCopen國際組織的認證（見圖1）。CASS平臺具有寬泛的適應(yīng)性，功能配置和裁剪自如，既可為復(fù)雜的智能裝備提供應(yīng)用軟件集成開發(fā)、調(diào)試和運行維護，也可為國內(nèi)外各種型號的MCU提供嵌入式PLC系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境。它們提供的系統(tǒng)已在工業(yè)機器人、數(shù)控繞線機、數(shù)控彈簧機、全電動注塑機、木材加工生產(chǎn)線、定制嵌入式PLC等獲得廣泛應(yīng)用。

北京奧特思技術(shù)有限公司提供國產(chǎn)化IEC61131-3可編程系統(tǒng)AnyControl。該軟件產(chǎn)品適用于PLC、DCS、運動控制器、機器人控制器、邊緣控制器、工控機、人機界面等，為用戶提供先進的邏輯控制、運動控制和現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換的自動化軟件解決方案。公司對標全球先進的IEC61131-3可編程系統(tǒng)提供商，填補了中國自動化控制底層核心技術(shù)的空白，為廣大用戶提供自主可控且標準化程度高、易用性好的產(chǎn)品及服務(wù)。公司產(chǎn)品和服務(wù)具有以下特點：自主開發(fā)安全可控（系統(tǒng)基于開源工具鏈自主開發(fā)，不包含第三方不可控組件）；適配國產(chǎn)生態(tài)環(huán)境（可以運行于并不限于國產(chǎn)操作系統(tǒng)和國產(chǎn)處理器芯片）；支持的指令平臺有：X86/64、ARMv7 Cortex-M/A 、ARMv8 Cortex-A 、龍芯(MIPS和LoongArch) 。支持處理器多核任務(wù)分配，支持基于優(yōu)先級的多任務(wù)調(diào)度；系統(tǒng)支持IEC61131-3規(guī)范的五種編程語言LD、FBD、ST、SFC和IL，并支持高級語言程序擴展，用戶可編寫C/C++代碼集成到運行時系統(tǒng)；采用執(zhí)行效率高的編譯型（非解釋運行）技術(shù)，將用戶邏輯直接編譯成可執(zhí)行的機器碼；支持主流的現(xiàn)場總線和OPC UA協(xié)議，并可根據(jù)用戶需求快速增加總線協(xié)議；集成運動控制功能，支持PLCopen運動控制規(guī)范；程序調(diào)試手段豐富，提供多種程序調(diào)試方法，包括斷點調(diào)試、調(diào)用棧、交叉引用、變量讀寫、強制、監(jiān)視列表、趨勢圖等。

典型應(yīng)用案例有：中科院自動化研究所 機器人控制器；某核電集團 核電DCS控制系統(tǒng)；某電網(wǎng)集團 風(fēng)電PLC和通用PLC；中國華電集團 風(fēng)電PLC和水電PLC；南京科唯信關(guān)鍵行業(yè)控制系統(tǒng)；深圳雷賽 PLC和運動控制器；儀綜所 邊緣控制網(wǎng)關(guān)；中國移動研究院 邊緣控制網(wǎng)關(guān)；上海商飛網(wǎng)關(guān)控制一體機；四川某自動化公司 通用PLC ；某航天自動化 通用PLC。

上海翌控科技有限公司專注于IEC61131-3 標準的工業(yè)控制系統(tǒng)軟件解決方案，為國內(nèi)研發(fā)PLC控制器公司提供核心軟件平臺，其中包括：IEC61131-3標準的開發(fā)環(huán)境、運行系統(tǒng)、主流現(xiàn)場總線等技術(shù)。采用高效的編譯型技術(shù)以及組件化輕量級內(nèi)核設(shè)計，對8/16/32位資源受限單片機或者Cortex-A以及x86平臺均有較好支持。通過組件化開放式SDK接口，客戶可集成任意C/C++組件至運行系統(tǒng)中（通訊協(xié)議、現(xiàn)場總線、專業(yè)算法函數(shù)與功能塊等）。同時IEC61131-3標準的開發(fā)環(huán)境可以支持基于HTML/C++/C#技術(shù)的擴展開發(fā)、品牌定制。?

翌控科技核心團隊具備十多年行業(yè)經(jīng)驗，在IEC61131-3標準的控制器研發(fā)上具有較深入的理解，并堅定本土化研發(fā)理念，圍繞研發(fā)IEC61131-3標準的控制系統(tǒng)可提供從處理器芯片選型、基礎(chǔ)驅(qū)動優(yōu)化、操作系統(tǒng)選型、嵌入式中間件、控制器運行系統(tǒng)集成，以及IEC61131-3標準的開發(fā)環(huán)境二次開發(fā)OEM定制等相關(guān)服務(wù)；同時攻克了多個關(guān)鍵技術(shù)點，如操作系統(tǒng)實時性優(yōu)化，Linux平臺EtherCAT驅(qū)動瓶頸優(yōu)化等，其提供的基礎(chǔ)平臺協(xié)助客戶產(chǎn)品達到全球領(lǐng)先級別。

翌控科技還進行標準化的工業(yè)控制器核心操作系統(tǒng)NXTOS、背板總線通訊協(xié)議、下一代工業(yè)實時以太網(wǎng)總線協(xié)議以及IEC61131-3開發(fā)環(huán)境組件研發(fā)（見圖2、圖3）。NXTOS操作系統(tǒng)與國內(nèi)外優(yōu)秀的處理器以及核心模組伙伴進行深度合作，從控制器硬件源頭入手，挑選適合用戶場景的處理器，把控控制器外圍硬件電路的設(shè)計與穩(wěn)定可靠的BOM選型，并對設(shè)備驅(qū)動設(shè)計進行優(yōu)化，更適合工業(yè)控制系統(tǒng)需求。此外還可提供面向不同場景需求的NXTOS硬件參考設(shè)計。面向工業(yè)自動化市場，NXTOS提供差異化的技術(shù)實現(xiàn)，例如，NXTOS N1系列采用基于Cortex-M4處理器單芯片方案，除了支持IEC61131-3編程外，可以支持全功能EtherCAT主站，運行在獨立控制器模式可支持9個從站，而運行在協(xié)處理器模式下則可支持16個從站，最小EtherCAT周期可穩(wěn)定運行在500μs，同時可切換為支持PROFINET IO Device固件版本支持RT級別的通訊，最小通訊周期可達1ms。NXTOS N2系列平臺則基于Cortex-M7處理器，可同時穩(wěn)定支持PROFINET IO Device與EtherCAT主站同時運行，且以1ms的通訊周期運行，支持的EtherCAT從站個數(shù)則增加到36個。而NXTOS P系列采用x86架構(gòu)則可實現(xiàn)125μs周期的EtherCAT通訊以及支持高達256個EtherCAT從站。未來NXTOS會推出數(shù)字化與IEC61131-3深度融合的技術(shù)解決方案。

圖2 翌控科技開發(fā)的工業(yè)操作系統(tǒng)NXTOS特別適合工業(yè)邊緣控制計算

圖3 ?翌控科技支持的基礎(chǔ)硬件平臺

位于寧波的浙江清捷智能（Tsing-Jet）科技有限公司是一家初創(chuàng)公司，其開發(fā)的新一代開放式工業(yè)控制平臺解決方案WasomePLC，目標是定義新一代工業(yè)PLC軟件平臺。該平臺以CODESYS為標桿，提供技術(shù)更先進的PLC軟件平臺與在線服務(wù)，希望構(gòu)建由中國廠商主導(dǎo)的PLC上“安卓”平臺。這一自主可控的國產(chǎn)軟件產(chǎn)品競爭力的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢在于運用超越業(yè)界最高水準的PLC核心技術(shù)；而戰(zhàn)略優(yōu)勢在于擁抱云、人工智能和5G，并具有開放生態(tài)。?主要特點是： ? ?

1. 采用更先進的核心技術(shù)。用WebAssembly標準和技術(shù)作為PLC/CNC引擎，支持更多的開發(fā)語言生態(tài)（IEC61131-3, C/C++, Rust, TypeScript..)，提供更好的運行性能、隔離性、安全性和可靠性。

2. 開放的軟件生態(tài)。使用跨平臺技術(shù)，支持開放應(yīng)用生態(tài)與應(yīng)用商店, 促進控制算法市場化。

3. 云定義控制，即云開發(fā)、云控制、云連接、云管理、云運維、云數(shù)據(jù)；兼顧本地和云端兩種模式閉環(huán)工作。

4. 開放邊緣計算平臺，實時Linux，實時虛擬化容器（Docker）與微容器( Wasm ) 。

5. 分布式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)先使能5G。

6. 人工智能的深度支持。

7. 基于Web的IDE技術(shù)，更好的開發(fā)體驗；Web可視化應(yīng)用。

用WebAssembly標準和技術(shù)作為PLC/CNC/機器人控制的引擎，構(gòu)建開放的應(yīng)用生態(tài)（見圖4 ）。?進入 PLC開放生態(tài)工具鏈的途徑有如下多種：由PLC的基本庫進入；運用IEC 61131-3編程語言開發(fā)的程序，通過PLC語言WebAssembly編譯器進入；用C/C++, Rust, TypeScript編寫的應(yīng)用程序，經(jīng)過前端語言WebAssembly編譯器進入；?由采用WebAssembly語言編寫的第三方算法庫（包括運動控制算法庫、運動軌跡算法庫等?）進入。針對具體項目的要求選擇的應(yīng)用程序被PLC/CNC安裝包安裝到目標設(shè)備中的 PLC/CNC管理器，形成PLC/CNC等的運行時程序。特別強調(diào)的是，作為W3C定義的標準格式，用WebAssembly語言寫的同一份二進制代碼文件可下載運行于任意硬件系統(tǒng)。也就是說開發(fā)者只要發(fā)布一份PLC/CNC的應(yīng)用庫，原則上可以運行于任意PLC的環(huán)境中。這無疑大大方便了PLC/CNC應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，使終端用戶可以自行選擇最符合自己要求和偏愛的硬件系統(tǒng)，體現(xiàn)了開放自動化的精髓。

WasomePLC提供了工業(yè)界先進的編譯器和工具鏈，將IEC61131-3及C/C++、Rust等多種語言程序均編譯至WebAssembly字節(jié)碼模塊，并設(shè)計了開放的二進制接口（ABI）鏈接不同語言生成模塊，從而支持使用者在開發(fā)中對多種語言源碼交叉混合調(diào)試，這樣先進的開發(fā)環(huán)境在業(yè)界尚首次所見。

圖4??用WebAssebly構(gòu)建開放的應(yīng)用生態(tài)

云開發(fā)是一個快速增長的開發(fā)模式。WasomePLC基于Web技術(shù)構(gòu)建IDE，天然支持云開發(fā)模式，開發(fā)者使用瀏覽器從任何地方登錄即可使用，在云端完成應(yīng)用開發(fā)、仿真和調(diào)試后，即可向目標設(shè)備進行云端連線部署，或下載后離線部署。遠程開發(fā)調(diào)試能力極大減輕運維成本。平臺基于云邊協(xié)同的全新PLC/CNC分發(fā)、部署方式表現(xiàn)為在提供全新的云化的部署、開發(fā)和維護模式的同時，兼容傳統(tǒng)單機PLC部署模式（見圖5 ）。在邊緣平臺（邊緣服務(wù)器）控制的核心解決方案除應(yīng)用WebAssembly的微容器技術(shù)支持PLC應(yīng)用的瞬時調(diào)度與啟動之外（微容器技術(shù)的應(yīng)用可使二進制文件的大小以指數(shù)級減少，可達到100μs以內(nèi)的冷啟動速度）；還可通過云邊緣雙實例熱備份，再加上邊緣網(wǎng)關(guān)熱備份，來實現(xiàn)云邊緣三實例熱切換；以及深度支持英特爾的ECI先進軟件平臺，可使用英特爾的實時虛擬化技術(shù)，降低因虛擬化而導(dǎo)致的I/O和網(wǎng)絡(luò)延遲。通過EtherCAT等現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，所有的PLC應(yīng)用都可運行于邊緣服務(wù)器，并通過邊緣服務(wù)器與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、PLC、CNC云平臺相連。

圖5??WasomePLC平臺基于云邊協(xié)同的

全新PLC/CNC分發(fā)、部署方式

現(xiàn)代PLC需要具備人工智能和機器學(xué)習(xí)的能力，即需要支持 PLC的應(yīng)用程序中集成人工智能的算法，獨立完成人工智能的應(yīng)用。WasomePLC平臺深度集成人工智能和機器學(xué)習(xí)（見圖6），其Webassembly引擎通過共性的算法支持和更好地利用硬件的加速能力，完成人工智能算法的集成以及應(yīng)用訪問，支持AI算法模型的動態(tài)更新。第三方人工智能算法庫可直接編譯后集成到PLC應(yīng)用程序中，或者把C/C++源碼的人工智能庫中的算法集成到運行引擎中去。如英特爾的深度學(xué)習(xí)推理工具套件openVINO，Tensorflow開源機器學(xué)習(xí)資源庫，XNNPack高度優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決方案（接口可以是ARM、x86、RISC-V）。

圖6??WasomePLC平臺可深度集成人工智能和機器學(xué)習(xí)

國產(chǎn)自主高端PLC系統(tǒng)發(fā)展概況

長期以來國內(nèi)PLC的市場被進口產(chǎn)品占領(lǐng)，國產(chǎn)份額不到10%，特別是配備運動控制功能的高端PLC進口份額高達95%以上。近些年來國產(chǎn)PLC有所發(fā)展，低端、小型PLC國產(chǎn)化率逐年在提高，但高端可編程控制器及其綜合開發(fā)軟件平臺往往還依賴進口，高端自主可控的PLC產(chǎn)品少，發(fā)展更缺少生態(tài)。這幾年來這種狀況正在改變，支撐PLC等工業(yè)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)包括芯片、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境和控制器等，都在不斷取得進展和突破。

以往從芯片、操作系統(tǒng)再到應(yīng)用，IT領(lǐng)域已經(jīng)形成了Wintel（Windows+Intel）和AA（ARM+Androids）兩大生態(tài)。基于傳統(tǒng)指令集的全封閉結(jié)構(gòu)的PLC在工控市場中占據(jù)主流。即使是國內(nèi)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)，也基本采用進口的芯片。經(jīng)過三年的聯(lián)合攻關(guān)和深度嵌合，2022年11月深圳華龍訊達和龍芯中科成功推出了以JIC PLC命名的完全自主的高速高端的大中型工業(yè)控制系統(tǒng)，采用龍芯100%自研LoongArch指令集和基礎(chǔ)操作系統(tǒng)，龍芯3A5000芯片，其程序執(zhí)行掃描時間低于1ms，非常適合于高速高生產(chǎn)節(jié)拍場景的應(yīng)用。這一成果的取得得益于龍芯開放了底層的芯片指令集，而華龍迅達則將其融合在高速高動態(tài)響應(yīng)的各種工業(yè)場景中。在國內(nèi)這種開放指令集的動作，對于在行業(yè)占主導(dǎo)地位的Intel或者ARM來說是根本不可能的。而現(xiàn)在有了芯片、控制器和用戶的三方信任和聯(lián)動，控制器開發(fā)的進展速度就很快。作者曾在上海家中通過互聯(lián)網(wǎng)觀察到安裝在云南玉溪煙廠現(xiàn)場運行的JIC PLC，并可以遠程改變伺服電機的運行參數(shù)。? ?

華龍訊達的自動化平臺將各種工業(yè)軟件系統(tǒng)（包括控制軟件、數(shù)字孿生、標識解析等）進行原生的融合，例如在底層，龍芯指令集與華龍訊達工業(yè)控制系統(tǒng)指令集進行了融合與匯編?；诖耍诳刂破鬟M行編譯時，才可以實現(xiàn)原生的HMI和SCADA，實現(xiàn)各個機臺之間無差別的交互操作。按照他們的理念，工業(yè)控制才是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心能力。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的實施往往費時費力，難點在于OT與IT的融合，在于如何將控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與其他源數(shù)據(jù)進行同步分析與處理。芯片級的指令交互，是整個工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大廈的根基。新的工業(yè)自動化平臺可以實現(xiàn)平臺級的編譯，實現(xiàn)每個傳感器、每個工位，以及每個設(shè)備、生產(chǎn)線、車間、工廠的真正連接。通過平臺，向上可以與ERP、MES、物流、WMS等整個信息系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，向下可以和機器數(shù)據(jù)共享。這些只有在華龍訊達和龍芯的通力合作下才能實現(xiàn)，成為控制系統(tǒng)上通企業(yè)管理、下通現(xiàn)場設(shè)備的全棧式連通（見圖7）。

深圳市矩控新辰科技公司是一家有著十幾年P(guān)LC整機制造生產(chǎn)經(jīng)驗的創(chuàng)新企業(yè)。最近幾年來圍繞工業(yè)邊緣計算和控制推出了邊緣智能可編程控制器、邊緣智能I/O、邊緣智能工作站、邊緣服務(wù)器和邊緣智能軟件平臺，為云-邊-端架構(gòu)下的智能制造提供了成套解決方案，包括數(shù)字化矩陣式工作島群、邊緣計算數(shù)據(jù)中心、智能倉儲和物流調(diào)度、邊緣計算分析等已經(jīng)應(yīng)用于芯片制造、節(jié)能玻璃智能工廠，新能源汽車的焊接、沖壓、涂裝和總裝等車間，還有電子制造、機械裝備和能源等行業(yè)的邊緣智能系統(tǒng)。

智能制造完整的解決方案是由以下各系統(tǒng)構(gòu)建（見圖8）。邊緣智能可編程控制器是一類近年出現(xiàn)的PLC新品種，便于在工業(yè)現(xiàn)場部署實時控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、實時/非實時的數(shù)據(jù)處理計算及存儲等功能，將這些功能融合為一體，不但能夠滿足工業(yè)實時控制的需求，同時也能提供智能邊緣服務(wù)并與云端協(xié)同工作，滿足制造業(yè)對設(shè)備互聯(lián)互通、實時數(shù)據(jù)處理及業(yè)務(wù)分析、設(shè)備安全運營維護等方面的關(guān)鍵需求，協(xié)助制造業(yè)突破數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的瓶頸，有助于工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。邊緣智能I/O是一種實時工業(yè)以太網(wǎng)I/O系統(tǒng)，高達100μs響應(yīng)時間，采用模塊化設(shè)計和高密度集成，便于靈活配置。?數(shù)字化矩陣式工作島群是一種智能邊緣計算工作站，集成了邏輯控制、運動控制、機器視覺、機器人控制、數(shù)據(jù)處理和傳輸功能；作為智能化制造單元的邊緣智能工作站主要用于運營分析和預(yù)測維護，便利高端裝備智能控制、設(shè)備健康管理、產(chǎn)線級的人機交互等應(yīng)用。?邊緣智能服務(wù)器內(nèi)預(yù)裝Matrix Factory邊緣計算系統(tǒng)，可快速部署于工業(yè)現(xiàn)場的邊緣智能數(shù)據(jù)中心；能夠適應(yīng)嚴苛的工業(yè)環(huán)境，滿足車間級的海量實時數(shù)據(jù)采集解析、存儲、分析、建模等需求；可為客戶提供模塊化、個性化、可擴展的IT/OT融合的軟硬件平臺。邊緣智能軟件平臺是本公司開發(fā)的工廠設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理的專用軟件平臺——Matrix Factory邊緣智能軟件平臺，適合在工業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)邊緣層的應(yīng)用，其中包含工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開箱即用的核心基礎(chǔ)功能，具備多源實時數(shù)據(jù)接入、多維數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、設(shè)備仿真與調(diào)試、數(shù)據(jù)管理優(yōu)化。以上的各種系統(tǒng)和部件構(gòu)成實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能工廠架構(gòu)，在很大程度上為實現(xiàn)OT與IT互操作提供了便利，為處于邊緣層的工作島群OT和處于信息層IT管理提供了統(tǒng)一的、標準化的數(shù)據(jù)接口。所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)在傳輸?shù)叫畔又?，已?jīng)在被所部署邊緣計算控制系統(tǒng)完成了數(shù)據(jù)清洗、壓縮、格式化、標注、加密等處理，使海量的生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)可以方便的與處在同一邊緣層的其它系統(tǒng)進行集成。

圖8 ?矩控新辰提供的工業(yè)邊緣計算控制的

各種系統(tǒng)和部件

基于IEC61131-3標準的Matrix Logic是MatriBOX系列邊緣智能控制器的編程和綜合開發(fā)平臺。支持五種編程語言（指令表、功能塊圖、梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本、順序功能圖），以及支持C/C++高級語言編程。結(jié)構(gòu)先進、易于掌握。配備豐富的功能庫文件，供編程直接調(diào)用。集成了人機界面的編寫，用戶可以通過功能來實現(xiàn)上位監(jiān)控程序、報警處理程序、軟件示波器等。支持運程維護和訪問，異常報警實時顯示，遠程查看設(shè)備日志，可配置短信、郵件功能。支持OPC UA通信以及MQTT、Sparkplug、RESTful等協(xié)議。多重加密功能，有效的保護用戶知識產(chǎn)權(quán)。另外，還具有一定的運動控制功能，點位控制、編碼器反饋、JOG電子齒輪、電子凸輪等。

此外像專注于PLC開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的藍普鋒科技有限公司，如今已經(jīng)成系列地提供大、中、小各型PLC。其大型PLC RPC3000具有CPU冗余、電源冗余、通信冗余等多重冗余功能，I/O容量可從數(shù)千點擴展到4萬點。

開拓國內(nèi)PLC市場生態(tài)的

一點粗淺意見

盡管這些年國內(nèi)在PLC的開發(fā)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)都有長足進步，但生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制尤其是批量生產(chǎn)的質(zhì)量控制仍然有待提高。PLC市場在上世紀八九十年代涌現(xiàn)的快速推廣和增長、拼產(chǎn)品、拼質(zhì)量、拼營銷規(guī)模的方式已時過境遷，西門子、羅克韋爾自動化和三菱電機三巨頭雄踞市場前列幾十年不變的局面短時間也難以改變，但他們試圖全面壟斷市場也不可能。原因也很清楚，技術(shù)在不斷進步，工業(yè)市場新需求層出不窮，特別是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造的迅速發(fā)展為PLC的更新?lián)Q代、功能擴展構(gòu)筑了很大的空間；在大宗PLC市場的周邊還有許多細分市場需要深耕和提供完整的解決方案。因此要建立我國國產(chǎn)PLC市場的生態(tài)，必須從策略、思路和方法上進行研討和實踐。

進口PLC占據(jù)國內(nèi)大多數(shù)的PLC市場，是有歷史原因的。在國內(nèi)還沒有能力提供PLC的八九十年代，PLC應(yīng)用市場是由美、德、日、法等PLC廠家推動起來的。到了具有一定市場規(guī)模，而且客戶對其已經(jīng)形成依賴慣性之后，技術(shù)支持能力、應(yīng)用人員的培養(yǎng)和積蓄就成了重要的競爭方式。從上世紀九十年代開始，西門子、羅克韋爾、三菱電機等紛紛向相關(guān)專業(yè)的工科大學(xué)成批地捐贈或低價提供PLC實驗裝備，尋找和培育撰寫相關(guān)機型的PLC專業(yè)教材的大學(xué)教師，并和有關(guān)出版社合作出版大量的PLC書籍。這種策略的根本動因就是希冀國內(nèi)形成只會使用、不會設(shè)計制造PLC的市場局面。從短期來看這種方式對雙方都有利可圖，從長期來看就為國產(chǎn)PLC發(fā)展設(shè)置了人才、應(yīng)用習(xí)慣和偏好等重重門檻。盡管國內(nèi)的有識之士和PLCopen中國組織多年來一直呼吁和推動以PLC編程語言國際標準IEC 61131-3為基礎(chǔ)的通識教育，獲得了一定成效；不過，讓廣大的工科學(xué)生和在職技術(shù)人員掌握PLC的基礎(chǔ)理論知識，改變以機型為核心的PLC課程設(shè)置，并沒有大面積地突破，尚未從根本上解決問題。打破對進口PLC的長期依賴慣性，需要從PLC應(yīng)用工程師的后備隊伍抓起，需要系統(tǒng)性的方法或者說形成良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)，需要長期不懈的努力。

市場擴展不妨從PLC的OEM市場尋求突破口。總體來講，對于中小型PLC OEM需求占比超過60%以上，贏得市場份額的因素在于從配置的合理性和經(jīng)濟性、響應(yīng)的快速性、質(zhì)量、價格等多方面滿足OEM廠家配套的要求。應(yīng)該說，靈活性是國內(nèi)PLC廠家的優(yōu)勢，以嵌入式定制PLC作為應(yīng)對方法是一種很合適的選項；與此同時，穩(wěn)定的質(zhì)量是國內(nèi)廠家必須保證的目標。這些年國內(nèi)諸多的PLC廠家還能生存和發(fā)展，經(jīng)驗就是開拓和服務(wù)于細分行業(yè)和市場。像新冠病毒肆虐期間對口罩生產(chǎn)線或裝備的需求一下子增加許多，而進口PLC因芯片等原因交貨期延遲，這類相對簡單的PLC系統(tǒng)國內(nèi)大可滿足，給了國產(chǎn)PLC一些機會，但顯而易見此類機會性需求是不會持久的。

從開發(fā)的角度看，市場并不需要很多的PLC軟件IDE供應(yīng)商，但需要他們保持持久穩(wěn)定和高質(zhì)量的服務(wù)以及與時俱進的技術(shù)進步。只要看目前全世界的PLC軟件供應(yīng)商也就區(qū)區(qū)的幾個（如3S、KW、ISaGRAF、Axel、COPA-DATA等），便可明白這個道理。目前國內(nèi)涌現(xiàn)的這個小行當(dāng)還是有相當(dāng)活力的，不需要在數(shù)量上有大的擴展，重要的是有足夠的行業(yè)支持，保證其長期持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的動力。從供應(yīng)鏈的角度看，PLC廠商是PLC軟件開發(fā)商的下游。PLC軟件開發(fā)商對其客戶（即PLC廠商）過去一般是銷售IDE軟件授權(quán)，可以針對客戶的MCU品種和實時操作系統(tǒng)再提供相關(guān)的運行時系統(tǒng)。最近幾年根據(jù)國內(nèi)的市場需求，國內(nèi)有的PLC軟件開發(fā)商另辟蹊徑，為客戶提供基于ARM或X86（包括***）的PLC控制系統(tǒng)、I/O模塊、實時工業(yè)以太網(wǎng)主站和從站等的硬件設(shè)計參考模板。由于PLC軟件開發(fā)商在軟件上的優(yōu)勢，可以在更小型化的MCU平臺上支持其它公司需要使用更高性能處理器才能完成的更多功能，而且還可保證更好的實時性和更低的硬件成本。當(dāng)然，作為具有工業(yè)質(zhì)量的硬件模板還需要有環(huán)境適應(yīng)性和電磁兼容性的保證。這種軟硬一體Design house的營銷方式的潛力在于可以讓下游客戶、PLC集成商或終端用戶在短時間內(nèi)（譬如三個月或半年）擁有符合工業(yè)質(zhì)量的自有品牌產(chǎn)品。由PLC平臺軟件研發(fā)公司來把控PLC各種模塊的硬件選型及供貨渠道的確認，無疑會為PLC產(chǎn)品質(zhì)量提供基本保證；PLC廠商應(yīng)該做的是批量生產(chǎn)時的質(zhì)量控制和如何把自己的知識訣竅通過軟件模塊集成到自己的系統(tǒng)中。這樣，一方面PLC軟件平臺供應(yīng)商就進化為PLC ODM供應(yīng)商；另一方面在PLC的軟硬件設(shè)計開發(fā)和PLC產(chǎn)品的生產(chǎn)制造之間形成了良性發(fā)展的生態(tài)。

結(jié)束語 ? ? ?

綜上所述，我們高興地看到我國目前的PLC技術(shù)已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，其顯著的特點是不僅從硬件、軟件和系統(tǒng)，還是從應(yīng)用來看都沒有所謂被“卡脖子”的軟肋，而且正在根據(jù)我國工業(yè)市場的多樣化需求走自主可控的發(fā)展之路。這種狀態(tài)完全與往昔不可同日而語。

為了今后更好地有序發(fā)展，必須建立良好的開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、使用和服務(wù)各方合作的生態(tài)，推進提高國產(chǎn)PLC的市場占有率。同時要繼續(xù)努力學(xué)習(xí)工業(yè)發(fā)達國家的質(zhì)量控制經(jīng)驗，例如西門子的PLC生產(chǎn)制造的質(zhì)量控制人員其數(shù)量和質(zhì)量都不弱于開發(fā)人員，日本三菱電機的小型PLC生產(chǎn)的零庫存供應(yīng)鏈管理和質(zhì)檢方法，等等。在這些方面我們還任重道遠，還有許多工程技術(shù)問題要一一攻克。

編輯：黃飛