工业互联网时代需要怎样的PLC?

​从上世纪六十年代末PLC诞生之日起,伴随着几十年工业自动化的发展,PLC的应用技术已经相当成熟,在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保、水处理及文化娱乐等各个行业,发挥了巨大的作用。

工业4.0时代,企业数字化转型与智能制造成为大趋势,中国的自动化水平日益提高, IT与OT加速融合,工业互联网的发展尤其迅速。 工业互联网的发展交织着三条主线:IT(信息技术)、OT(运营技术)与CT(通讯技术)。一条线是以OT为代表的设备、自动化与工业协议的发展,这其中包括PLC、以太网、传感器;一个是IT为代表:包括软件、互联网的发展,以至到云计算、大数据和人工智能。第三条线,则是以CT为代表的4G/5G通讯技术和芯片技术。

而可编程控制器(PLC)作为OT(运营技术)以及工业自动化的关键设备以及工业互联网底层的重要组件,也随之得到了巨大的进步。 同时,由于现场设备、机器和工厂已经变得“更智能”,对PLC以及DCS等设备提出了更高的要求。

01 PLC如何实现与上层架构的数据连接?

工业4.0是关于物联网(IoT),网络物理系统(CPS),信息技术(IT)和操作技术(OT)的融合,其中,变革首先从信息技术领域引发,云计算,机器学习和大数据等IT技术引导现代信息企业采用新的业务模式,改进自身业务流程和运营效率,提升企业核心竞争力。例如,企业的生产数据可以规模化集中存储,并利用云计算平台前所未有的计算能力对这些大数据进行分析、挖掘和优化生产效率。

传统的工业控制系统通常被称为五层金字塔模型,从现场传感层到PLC/DCS控制层,再到上面的数据采集和监控SCADA层,生产执行MES层和企业管理ERP层。 随着工业互联网的应用,MES和ERP开始互联融合和云化。

工业互联网本质上来说就是一个将工业控制系统数据全部汇聚到一个云计算平台上。在工业互联网的架构实现上,要么是工业互联网平台直接采集PLC上的生产数据,要么是工业互联网平台采集工业控制和监控系统(如MES或者SCADA)的实时数据,要么就是开发出一个数据采集网关,通过数据采集网关将所有数据全部采集后,网关再将数据上传至工业互联网平台。

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​02 实现柔性生产,PLC需要灵活性和可拓展性

随着市场需求的不断增长,企业现有的自动化控制越来越无法满足生产效率以及产品多元化的需求。 制造企业需要更多的灵活性来保障快速的产品生产销售,需要柔性化的生产方式以及柔性化的产线。只有灵活性和可扩展的控制系统才能实现产线工艺的迅速调整以及柔性化的制造,这也是现在工业自动化的关键和重点,具体表现在:越来越多的工厂数据应该是可复用的,逻辑代码应该是易于移动和可重用的,系统应该是模块化和可扩展的。而传统的控制核心PLC设备不能够灵活扩展,这一限制无疑会大大减弱产线的柔性。

在工业互联网中,工厂车间具有更高级别应用程序的机器的数据集成主要是使用传统协议完成的,而传统协议缺乏对新设备灵活集成的支持。可以在这两者之间引入一个中间层,通过虚拟化PLC控制器或软件定义PLC将控制逻辑与机器分离,可以获得更灵活的重新配置。具体来说实现PLC灵活性和可扩展性的方案主要有以下两种:

1、实现PLC虚拟化。 利用PLC虚拟化是虚拟PLC(vPLC)取代传统硬件PLC;

2、PLC硬件重构。 实现下一代新型和智能的PLC设备,取代传统硬件PLC。

PLC虚拟化在这里并非是指软件PLC(SoftPLC)或安装虚拟机里面的软件PLC,而是指将PLC执行环境与I/O模块解耦,并将PLC执行环境标准化、模块化、虚拟化的实现。

03 与边缘计算结合,未来PLC还需具备一定的智力。

在工业互联网应用的初级阶段,仅仅将数据采集上来进行大数据分析、预测、优化等还不够,企业还需要设备本身拥有智能计算、智能处理的能力,比如边缘计算能力。落地到工业生产过程中,设备最终的控制过程还需要PLC来进行,PLC的智能计算、智能处理必须具有软件定义的能力。

只有通过软件定义的PLC,才能够通过上层的数据分析、预测和优化之后,根据应用功能优化和调整PLC控制程序,实现工业生产的效率提升,同时也避免了人员的繁琐调试等,提高运营成本。而现有的云平台还无法做到直达底层的控制优化,因此只有在打通关键核心控制设备PLC后,才能够打通工业互联网的第二阶段。​

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