人們談起工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就會討論起工業(yè)現(xiàn)場的PLC，不過，大部分人似乎對PLC的理解停留在20年前——PLC就是邏輯控制嗎？其實，20年前就已經(jīng)不是這樣了。

控制器的形式已經(jīng)發(fā)生了變化

是的，今天的自動化行業(yè)，在軟硬件上都不像當(dāng)年的MCS-51單片機(jī)的時代，寄存器只有128字節(jié)，就算16位8096級的CPU尋址空間也僅能支持512kB的存儲卡，在那樣的CPU上處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀封裝和解包這樣的任務(wù)實在是不敢想象，因此帶有以太網(wǎng)接口的PLC在21世紀(jì)初期還是很厲害的，如果要處理高速的任務(wù)DSP、CPLD更是極其昂貴的，回想起來，即使在上個世紀(jì)80年代的PLC，一個邏輯點在當(dāng)時就達(dá)到1000元。

這些問題已然解決，一個手機(jī)的處理器就能處理當(dāng)年登月工程所有計算機(jī)的處理能力，而一個芯片才幾百塊錢，128GB的USB也不到100元，科技的進(jìn)步也讓自動化享用了這些資源，硬件不再是問題。

當(dāng)然了，另一方面，機(jī)器的控制任務(wù)也比以前復(fù)雜了，早期PLC主要用于處理替代不便利的繼電器控制柜，因此，它的任務(wù)主要在繼電器開關(guān)、延時、順序控制這樣的動作，區(qū)別于DCS的連續(xù)型自動化，但是，今天我們的機(jī)器包括了更為復(fù)雜的任務(wù)，運動控制、視覺、機(jī)器人、安全、復(fù)雜的工藝算法、液壓，包括一個機(jī)器的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、配方、用戶、報警、趨勢、文件等任務(wù)，因此，本身對控制器的需求也更為復(fù)雜—確切的說，機(jī)器對控制器的要求已經(jīng)早已超越了PLC這個詞，可編程邏輯控制器的要求了。

圖1-早期PLC主要為了代替復(fù)雜而不靈活的繼電器回路

盡管現(xiàn)在大家還習(xí)慣上把機(jī)器的控制器稱為PLC，但是，實際上PLC的形式是多樣的，例如PLC會與HMI結(jié)合構(gòu)成一個控制器，這樣就省略通信連接造成的不穩(wěn)定性，另外，PLC的控制任務(wù)也可以納入到工業(yè)PLC中，現(xiàn)在的多核處理CPU完全可以支持兩個不同的操作系統(tǒng)運行不同的任務(wù)，如RTOS和Windows/Linux同時運行。

PLC可以寫算法嗎？

這個問題大概你可以在20多年前就可以問了，那個時候的PLC就可以了，貝加萊有一款黑色系列PLC，在1993年推出，其運行了一個名為pSOS+的操作系統(tǒng)，可以支持BASIC的編程，這個pSOS+是一個定性分時多任務(wù)的操作系統(tǒng)，可以支持復(fù)雜的算法設(shè)計。

后來的PLC就更不用提了，傳統(tǒng)需要專用的控制系統(tǒng)來處理的套色控制任務(wù)也被貝加萊給集成到一個PLC上了，因為這種針對多變量系統(tǒng)耦合解耦的算法完全可以用C/C++來編寫并運行在一個PLC上。

在貝加萊的集成套色凹版印刷無軸傳動系統(tǒng)中，邏輯、色標(biāo)檢測、套色、電子軸傳動完全由一個控制器來實現(xiàn)控制。

圖2-集成套色控制算法由一個PLC實現(xiàn)處理

這樣的應(yīng)用案例舉不勝舉，PLC早就可以針對復(fù)雜的工藝算法進(jìn)行處理了。

PLC的網(wǎng)絡(luò)通信怎么樣？

其實，IT在討論低延時的需求時，是在現(xiàn)有的高帶寬需求然后想進(jìn)入OT時開始的，而事實上在2001年基于百兆以太網(wǎng)的POWERLINK當(dāng)時就可以達(dá)到比較高的響應(yīng)，最初90個節(jié)點（2000個I/O，50個伺服軸）的刷新是2.4mS，現(xiàn)在采用OPC UA over TSN的話這些節(jié)點刷新也就100μS了。

那別的通信呢？

圖3-支持豐富連接的PLC

2 個USB

1個標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)

1個POWERLINK實時以太網(wǎng)接口

1個RS232接口

3個槽位，可選插入：

Profibus-DP主站/從站

Profinet主從

DeviceNet/ControlNet

Ethernet/IP

CAN/CANopen

RS485

通常每個插入的卡可以有兩個不同的接口，這意味著X20一個PLC可以支持到的接口最大可以達(dá)到11個。

運動控制可以玩嗎？

什么！運動控制可以玩嗎？——Yes，of course.

PLCopen就是大家平時用的IEC61131-3那些編程的梯形圖、結(jié)構(gòu)文本都是PLCopen的標(biāo)準(zhǔn)，在PLCopen Motion Part IV的協(xié)同運動控制中，機(jī)器人、CNC、定位與同步控制早已納入統(tǒng)一架構(gòu)了。

一個PLC就可以搞定了。

在傳統(tǒng)的PLC因為CPU僅能處理比較簡單的邏輯任務(wù)，往往需要一個專用的Motion Control模塊，早期采用了脈沖或模擬量，那么需要大量的接線，現(xiàn)在早已采用實時以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行連接，而另一個方面，運動控制模塊這種方式也會帶來較低的反應(yīng)速度，尤其是在PLC的邏輯與運動控制要協(xié)同的時候，舉個例子，在一個電子凸輪裁切的時候，需要一個外接編碼器，而這個在原有的PLC+運動控制模塊的架構(gòu)中，就會因為響應(yīng)慢而無法達(dá)到比較高速的裁切，但是，在ACOPOS系統(tǒng)中可以通過直接的編碼器輸入解決此問題。

在1997年貝加萊推出ACOPOS系列伺服驅(qū)動器時即采用了基于總線的控制，采用CAN總線與PLC的控制器進(jìn)行通信，由PLC對其進(jìn)行復(fù)雜的電子齒輪同步任務(wù)的協(xié)同、包括電子凸輪，后來又將NC模塊加入可以實現(xiàn)針對CNC的插補(bǔ)運算的處理，到了2010年推出GMC（Generic Motion Control-通用運動控制），將機(jī)器人、液壓也納入了統(tǒng)一的控制架構(gòu)，并采用了標(biāo)準(zhǔn)化的PLCopen Motion的Part IV協(xié)同運動控制進(jìn)行編程，在此基礎(chǔ)又封裝可復(fù)用的mappMotion模塊。

圖4-PLC可以處理復(fù)雜的運動控制任務(wù)

復(fù)雜的運動曲線需要高階的函數(shù)支持，而函數(shù)的階次又決定了能夠達(dá)到的曲線光滑度，而曲線光滑度影響對機(jī)械的沖擊會帶來較大影響，這會影響精度與機(jī)器的壽命，由于采用高階曲線（最大達(dá)到六階），使得傳動控制更為平滑，就像乘坐電梯，有些電梯是比較舒適度高的，因為變頻器的曲線比較光滑，階次比較高的緣故。

PLC可以做邊緣計算嗎？

邊緣側(cè)的計算通常會針對一些策略性、優(yōu)化類的問題，邊緣計算是一種計算的疆界擴(kuò)展，從本地控制到分布式計算，控制器也在其中扮演了非常重要的角色，邊緣焦點首先解決連接問題，例如通過Profibus、POWERLINK、CAN等的邊緣節(jié)點進(jìn)行連接，在嵌入式節(jié)點可以進(jìn)行一些本地的計算處理如產(chǎn)線的OEE、能源狀態(tài)顯示、資產(chǎn)管理等任務(wù)，到車間與工廠級的邊緣控制器則可以針對協(xié)同、優(yōu)化、規(guī)劃類問題進(jìn)行處理。

圖5-PLC可以用于邊緣側(cè)任務(wù)處理

這樣的邊緣側(cè)任務(wù)可以從一個PLC的邊緣連接模塊、也可以是一個PLC或一個Windows+RTOS的工業(yè)PC。

請參考《輕松入門-什么是邊緣計算》。

PLC可以有Web服務(wù)嗎？

這事都說到十多年前了，PLC早就可以集成一個Web Server或一個VNC Server，通過遠(yuǎn)程的IE瀏覽器就可以訪問了。

早期的PLC往往采用RISC架構(gòu)的CPU，而且沒有實時操作系統(tǒng)，僅有類似計算機(jī)BIOS的處理，其硬件執(zhí)行的邏輯任務(wù)速度極快，但這也使得無法處理復(fù)雜算法、復(fù)雜的高速信號處理、以太網(wǎng)任務(wù)等，而基于Intel復(fù)雜指令集的CPU可以運行功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，可以運行Web Server這樣的大塊數(shù)據(jù)任務(wù)處理，因此，在X20系列CPU中可以集成Web Server、VNC Server、FTP Server。

圖6-基于Web技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷

基于Web技術(shù)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程的診斷與維護(hù)，并且，支持Web方式的數(shù)據(jù)發(fā)布，任意支持IE瀏覽器的終端均可以訪問遠(yuǎn)程的設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)，包括通過FTP服務(wù)來上傳和下載程序。

PLC可以仿真嗎？

仿真建模這個大概也發(fā)生在很早很早以前，在之前就可以了，2008年Mathworks推出SimulinkPLC的時候，貝加萊就是第一批接受這個接口的，通過C代碼導(dǎo)入，由MATLAB/Simulink建模仿真，自動代碼生成的程序就可以下載到PLC上，實現(xiàn)硬件在環(huán)測試（Hardware In the Loop）。

圖7-支持與建模仿真軟件的接口

圖8-采用建模仿真可以自動代碼生成并直接運行于PLC

PLC的安全性怎么樣？

其實，安全性包括了三個方面的問題，程序安全性、信息安全、功能安全；

（1）程序安全性：普通的PLC采用的是解釋執(zhí)行方式，這個不難破解，但是，如果像X20那樣的，采用了編譯系統(tǒng)直接編譯為二進(jìn)制代碼下載到PLC，你的確可以把程序讀出來，只是你看到的全是二進(jìn)制代碼，你認(rèn)識二進(jìn)制代碼嗎？

（2）信息安全性（Security）：PLC通?？刂撇捎玫氖欠巧逃玫腤indows/Linux這樣的OS，并且網(wǎng)絡(luò)也是POWERLINK、Profinet這樣的工業(yè)實時網(wǎng)絡(luò)，因此，與通用的系統(tǒng)還是隔離的，即使采用了OPC UA來連接上位系統(tǒng)，其本身也有授權(quán)、驗證的環(huán)節(jié)，并且，通常也提供SiteManager的專用通道來建立VPN連接確保數(shù)據(jù)加密傳輸。

圖9-基于安全的PLC遠(yuǎn)程連接

（3）功能安全性（Safety）：滿足IEC61508、IEC62061、IEC62784的安全規(guī)約的SafeLOGIC和軟件的SafeDesigner、總線的openSAFETY。

圖10-完整的Safety產(chǎn)品線

PLC可以玩機(jī)器學(xué)習(xí)嗎？

機(jī)器學(xué)習(xí)能干嗎？——沒問題?。?/p>

其實，如果我們認(rèn)識到機(jī)器學(xué)習(xí)是一個“數(shù)學(xué)問題”即，選擇特征值、建立損失函數(shù)（或成本函數(shù)）或懲罰函數(shù)、選擇模型、測試評估，那么，你可以發(fā)現(xiàn)這些都是可以用軟件來實現(xiàn)的。

圖11-機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以對現(xiàn)有控制任務(wù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測

像貝加萊的X20系列PLC支持定性分時多任務(wù)的操作系統(tǒng)，以及支持高級語言編程，那么，問題簡單了，機(jī)器學(xué)習(xí)的程序相當(dāng)于高級語言開發(fā)的一個線程，并可以對控制器的現(xiàn)有控制任務(wù)如一個注塑機(jī)射膠過程PID控制進(jìn)行觀測，并獲得質(zhì)量與工藝參數(shù)之間的關(guān)系（可以采用遺傳算法、監(jiān)督學(xué)習(xí)），這樣就可以獲得最優(yōu)的工藝學(xué)習(xí)。

是的，PLC早已不是那個“可編程邏輯控制器”了。
編輯：lyn