软PLC助力智慧工厂

　　前面《智慧工厂及设备制造商遇到的挑战 》我们讲到了智慧工厂对机械装备的迫切需求和我们的现状，下面我们讲讲软PLC。

　　什么叫PLC？这个问题，相信我回答的还不如在座的各位专业，因为我之前不知道PLC，只是我从IT行业来到工控行业，才知道原来在计算机领域还有一个PLC。那么，PLC简单的来说，叫做可编程控制器。大家公认的是1969年DEC公司发明了PLC，大家知道PLC单任务循环，梯形图或者其它几种语言的一个编程环境，PLC在全球应用非常广泛。为什么 PLC能风靡工业界，这个问题也困扰了我好久，我是做计算机出身的，工业界拿个计算机就能做控制，为什么一定是要PLC？事实上是PLC之父，Dick Morley先生说过一句很经典的话：PLC实际上是一个概念。因为PLC是给工人现场编程用的，没学过计算机的也可以用来编程，这个我认为是PLC非常成功的一点，第二，像梯形图大家应该用的很多，接近电气图，学习也比较容易，而且与底层硬件基本无关。所以有人统计过，在欧洲70%-80%的控制器都是用PLC的模式，所以，为什么PLC能风靡工业界？就是刚才唐总说的，用户的体验很重要，PLC就是把计算机变成一个能让用户很好体验的一个产品。

　　去年7月11日，我们中科院计算所在济宁开了一次院士大会，就是计算机把各个行业计算机化。其中让我来讲PLC，当时阿里巴巴，联想，华为的人都在场，大家一起来讨论这个问题。后来得到的结论，1969年发明的PLC在思想和形态上，领先了我们IT界整整40年，因为工业界的人，绝大多数没有学过计算机，所以当年做PLC的这些专家，就是让这些没学过计算机的人也能编程，这就是PLC的成功之处。今天来看PLC的成功，反而呼应了互联网时代的概念，要让一件事成功，就得让用户体验做到极佳。

　　现在看来，我们的机械装备不仅仅是逻辑控制，包括机器人，数控加工，纺织机械，造纸机械，还有非常复杂的运动伺服，逻辑控制简单的开关是做不到的。所以，当代PLC发生了一个华丽的转身，为什么是华丽转身呢？因为当代的机械装备对控制系统的需求已经发生了本质的变化，第一要求硬件平台的高度通用化，第二是可靠性，第三是标准化，第四是软件模块化，第五平台具有一定的开放性，第六是要融合多种功能：PLC的功能，运动控制的功能，数据通信的功能，都要能融合。PLC是一个与时俱进的产品，PLC当年有先进的思想和理念，而且它的工作模式也决定了它的可靠性比一般的计算机要可靠，所以当代的软PLC是融合了当代的计算机软件和信息技术发展的最新成果，这是时代的产物，就是把PLC的优势和计算机的最新成果做了一个真正的整合，这就是软PLC。

　　当今的软PLC的处理器平台，可以是手机的处理器，也可以电脑处理器，甚至可以是中科院的龙芯。第二，当代新型的PLC的I/O基本上都是通过现场总线，工业以太网来实现的。第三，是集成开发平台，集成开发平台遵循国际上IEC 61131-3的标准，而且必须用C或C++或高级语言来编程。另外，还有一些基础的工业库，就是说，如果底下的这层是工业计算机层的话，那么这个工业库的话就是面向行业的应用，比如说，PLCOPEN组织，它们发布了很多关于运动控制和PLC的一些技术标准，在这个基础之上，用户拿到这个软PLC平台之后，会在上面开发自己的行业库，以行业库和这些基础做支撑的话，实际上最后才是面向自己产品的应用。其实在PLC平台里，有一部分在当代已经实现了标准化。在用户的行业库里，有的是客户自己开发的，有的是第三方的，所以实际上当今的软PLC平台，第一把机械装备软件化，第二，对于用户来讲，应用软PLC做它的机械装备，只需关心它的应用部分，底层的都已完全实现标准化。

　　基础软硬件平台、实时操作系统、包括开发环境、基础软件库、I/O通道，这些形成了软PLC的结构。大家有机会去看一下德国倍福、库卡等等的控制器，完全是按照这样的一个体系和架构来做的，只是不同厂家选择的操作系统、处理器有差异，但是整个体系是一致的。当然在软PLC里，还是英特尔的处理器优势更加明显，因为我们现在做的好多机械装备都是高端装备，客户的需求是能否提供一个的整线的解决方案，所以在这种情况下，对计算能力的要求非常高，而且在很多设备里，有数控、有视觉，一般的处理器做不到这么强的性能。X86的处理器做软PLC，现在在国际是这样做的了，为什么呢？因为硬件平台是可以多样化选择的，如西门子，研华等买一个工控机，装个软件就可以。

　　第三是操作系统，真正用在软PLC里的实时系统是比较多的，包括实时Linux系统，windows+实时补丁。实时操作系统是软PLC的一个基础，实时操作系统的选择，考虑更多的是实时性、开发的开放程度、费用问题。目前来讲，在国际上比较多的三个操作系统，实时Linux、windows、Vxworks,像史陶比尔公司机器人用的是Windows，实际上在Linux、windows的平台上，从理论上来讲，这两个操作系统实际上不是实时操作系统，但是，它们两个操作系统打完补丁以后，可以满足绝大多数的应用需求，包括数控机床的需求都可以满足的，只要精度要求不是特别的极端，都是可以做到的。实时Linux，对于很多做装备的来说，有优越性，不要钱，第二，Linux有个好处就是病毒少，有的客户抱怨，因为机床是由windows系统插着运动控制卡，开机床的工人，用数控界面来看电影，客户要求说陈博士，能不能换掉这个windows系统？选择Linux软PLC，就解决了。

　　第四，是工业以太网，对于现代的软PLC来讲，已经不是插运动控制卡的年代了，所有的模块都是软件化，不需要卡制式的了。全球各种工业以太网很多，如Profinet、EtherCAT等。实际上这两年EtherCAT发展的非常快，不是说EtherCAT的技术一定是最牛的，但是有一点，全球支持它的用户数量是最多的，现在有2700个会员，I/O、伺服、驱动、变频，你可以在全球选，当你用EtherCAT这个标准的时候，你可以把全球的工控配件集成在一起，做成合适你用的工控系统解决方案。

　　实际上软PLC的体系架构，一个最基本的出发点，就是机械架构软件化。为什么机械可以软件化，就是因为今天我们的计算机计算性能已经很高了。软PLC软件开发高度标准化，软件高度的模块化，模块可重用，配合广泛的工业实时以太网的支持。

　　对于软PLC来讲，到底给我们客户能带来什么？

　　机械装备的客户面临的很多挑战，软PLC带来的第一大优势就是，加快产品研发进度，因为平台是标准化的，模块是可重用的，也就是说之前写的软件，可以用在别的项目上。客户说，做机械装备，他们的产品有100多种型号，产品长的模样都差不多，但是，公司为每种型号都写了一次软件，如果用软PLC的平台，帮客户把软件做成一个标准的模块，变成一个模块参数可配置的模块。你面对不同的客户，不同的需求，只要给模块改几个参数就可以了。以前开发一个软件要3个月，现在3分钟就搞定，这就是当今的软PLC平台高度的标准化以后，它给客户带来的就是加快研发的进度。大家请看数控车床的数控系统，当你要给客户提供数控系统的时候，把模块集合，这几个参数双击配置并连线，这个数控系统就成了。

　　系统集成商研发了一条生产线，里面既有机器人，也有自身研发的一些设备，事实上在软PLC里面，就是一个控制器，就可以把所有的软件装在一个控制器里，所有的设备都可以映射成PLC里的一个软件模块。那么，当你做一个生产线只需要一个控制器的时候，比你有十个PLC的时候的可靠性要高很多。

　　很多客户也关心，我可不可以利用这个平台，实现它的差异化，因为做机械装备行业互相抄的年代已经过去了，互相抄只能是互相压价，互相压价的结果，只能导致大家都不挣钱。其实很简单，当你使用软PLC作为控制平台的时候，可以把诀窍写成软件打包在模块里，这样的话，你做出来的软件是别人没有的，别人可以抄你的机械结构，但是抄不走你的软件。

　　另外，软PLC可以实现很多智慧工厂的信息系统集成，PLCopen组织和OPC组织现在已经形成一个紧密的合作，PLCopen里通信技术组织是采用了OPC UA的架构，OPC UA是一个跨操作系统的一个通信协议，主要是面向智慧工厂的信息化的集成形成的一个标准。

　　另外，软PLC的计算能力很强，具有很丰富的网络化接口。如果产品卖到全国各地可以通过远程的售后服务来解决。

　　整个软PLC的技术体系包括了编程语言、运动控制，XML数据交换、OPC UA通讯标准。对于很多企业来讲，智慧工厂的基础信息平台架构，包括PLC平台，包括了信息化的平台，包括了设备之间数据接口的技术标准。当你在做机械装备的时候，你可以参照这个架构来对我们的供应商提出要求。

　　未来的制造业要的不是一台单机，要的是整体解决方案，你的机械装备如果不具备信息化的接口或不具备信息化的能力，那么在未来的竞争中是要被淘汰的，所以软PLC就是为高端机械制造商定制的软件平台，充分满足了装备制造商的四大需求，第一是可靠性，第二，快速响应市场，第三有效的控制研发成本，第四，实现装备的差异化。不要把PLC当作一个简简单单的零配件来看，其实是一个公司的战略平台，当你选择了一个战略平台的时候，你的机械装备未来发展是可持续的，如果仅仅是当作一个零配件来看的话，实际上最后害的是自己。例如，客户的智能涂装生产线的解决方案，把待加工的零部件随意的放到传输带上，希望有一个扫描相机把零件的周边轮廓扫描出来，生成一个精到的轨迹，对它的静表面进行喷涂，因为生产线没有工装，没有夹具，所以这个必须通过视觉系统来完成。最早用的控制系统采用的方案，它的生产线与逻辑开关量有关的控制是用PLC做的，喷涂的环节是买了一台数控系统来完成的，视觉部分是买了个工控机插了个运动控制卡，这个项目做了7年，到现在为止，还没有真正完全弄好，像这种大型生产线要跳出传统思维，考虑软PLC的方案，后来给对方提供了一个软PLC方案，就是用一个控制器用EtherCAT把伺服轴、变频器、I/O连接，然后，所有的机台都是用软件模块的方式，那么，这样控制器的数量大大的减少，然后，软件开发是一个统一的平台，最后将机械装备变成软件模块组装起来。同时，利用软PLC的信息化能力，还开发了一个简单的生产管理系统，也称为MES。那么所以这个方案就是把所有的控制器变成软件装在一个控制器里，全都变成软件模块，叫做All-IN-ONE。而现在它也就是整个体系，变成这个样子，非常简单。而且开发起来也非常的方便，还有一个案例，这是我们一个客户的案例，就是集成生产线的案例，它原来就是每台机器配了一组PLC，有好多PLC组成的，那么它组成的电缆连接非常复杂，每个PLC要单独编程。这个项目，客户做了以后，这个软件上始终存在BUG，为什么呢？因为他给多个PLC编程的时候，PLC之间的协同是件很麻烦的事，所以后来我们给他改进了一个方案，就是用这个软PLC这个方案把三个机台最后映射成三个软件功能块，然后就很简单，用模块化的方法就实现了。最后整个电缆的连接数量少了70%。所以最后它这台设备还出口了几个国家，国外的这些客户就看了这个方案以后就决定用这个EtherCAT、软PLC方案来做。最后，它就采用现在我们提供的这个。所以，大家记住现在是个信息化的年代。所以刚才唐总说的信息化的年代，我们要有信息化的思维，或是互联网的思维，其实软PLC也是这个时代，就是软件和这个工控真正结合的一个产物，而且在这将来还能玩很多的商业模式，所以我们唐总要帮我们把这个做出来，是不是咱们可以分成，最后，我把PLC介绍完了。