導讀

近期，杭州電子科技大學某團隊採用倍福的CX1200 PLC完成了一項艱鉅的任務——6軸機器人控制的全部程序範例，深切感受到由PLCopen的運動控制功能塊所帶來的便捷、超凡的體驗。衆所周知，在機器人領域，諸如KUKA、安川、史陶比爾、KEBA、埃斯頓、新時達、大族激光、固高、匯川等企業，都是用PLC實現對機器人的控制。當前，國內存在一個普遍現象，幾乎所有工科大學還停留在“logic”層面的PLC教學，而工業領域的PLC早已悄然完成了向運動“motion”爲重心的轉變，離散工業控制所需的運動控制（motioncontrol）功能徹底改變了傳統PLC只有邏輯，即“logic”的概念。因此，將運動、網絡、安全、智能等新概念與傳統的PLC結合，我們迎來了PLC的新技術時代。

PLC的新硬件結構

外形與內部功能統一使PLC產生了新的硬件結構。傳統的“box”直立線插方式的PLC變得體積更小、I/O密度更高、運算速度更快，但更多的嵌入式板式結構、專用特殊結構大量涌現，滿足了各行各業的需求。工控板不是PLC，就像很多機器人控制器是用PLC的運動控制功能塊實現一樣，一直讓人感到無法對它們進行解釋。事實上，板狀結構的專用PLC數量已經或將超過傳統的結構。如今，工業實時以太網接口不僅爲運動控制的多軸伺服驅動器的高精度同步提供了支撐，而且實現了工業視覺傳感器、變頻驅動器、安全控制迴路、遠端I/O等部件的連接，形成一網到底的新結構。目前，NXP、Renesas、Ti、ST等半導體企業已經提供了帶實時以太網的從站協議CPU芯片。隨着種類更多、性價比更高的帶工業實時以太網協議的CPU出現，以實時以太網爲基礎的分佈式可編程網絡控制系統必有很大的發展空間。對於PLC而言，雖然時間敏感網（TSN）的概念已經提出，但是，工業實時以太網的路程卻剛剛開始，它與CANbus、RS485等接口一樣，未來還有較大的發展空間，探索未有窮期。

PLC智能控制

人工智能已經成爲當下熱門的話題。10多年前，當PLC編程語言國際標準IEC61131-3第三版採用面向對象技術和開放結構的時候，就奠定了PLC與智能的連接。目前，大多數以IEC61131-3標準爲基礎的PLC均有了與MATLAB軟件的接口，可以直接生成PLC執行代碼Simlink PLCcode。研究智能算法的專家們現在有機會將深度學習算法、遺傳算法、BP網絡、支持向量機、蟻羣算法等算法與物理的機器世界連接，可將更多論文中算法借鑑到實際中。智能裝備生產實際需要大量有智能知識的軟件，據考察，國內極少有開發人員使用到這個智能開發接口功能。工業是務實的，智能優化控制一直是控制行業的追求，但與真正應用仍有距離。

PLC與互聯網連接

與智能概念不同的是，PLC與工業互聯網、工業物聯網（IIoT）結合成爲新技術的熱點。首先，從源於微軟的OLE（Object Linking and Embedding）到OPC（OLE for Process Control），到進一步統一通信方法OPC UA的引入，使得PLC與互聯網服務器的連接變得十分便捷。目前支持OPC UA已經成爲高端PLC的標配，如霍尼韋爾、西門子、倍福、歐姆龍等公司的PLC產品。其次，基於雲服務與雲管理技術已經到來，遠端可編程技術不足爲奇，設想10萬個在不同地區、不同應用的PLC，需要同時升級，管理編程將變得十分困難，而杭州義益鈦迪信息技術有限公司實現了雲的可編程技術，用PLC雲端多線程批量編程技術，使得這項工作變得十分容易。在今年中國（北京）國際工業智能及動力傳動與自動化展覽會上，德國3S公司展示了他們的PLC雲服務與管理系統，未來所有設備的控制器可以實現統一的雲管理。最後，邊緣計算與PLC的結合產生了新的結晶，據悉美國A-B公司已推出邊緣PLC、美國OP22宣佈推出OP22 Groov邊緣PLC、霍尼韋爾發佈全新可編程邏輯控制器ControlEdgeTM PLC、杭州義益鈦迪信息技術有限公司推出的FSU—ePLC等，這些PLC集PC機、OPC服務器、邊緣網管爲一體，具有監測、控制、數據採集、可視化設備、過程控制、雲服務等功能，實質上是一個工業物聯網（IIoT）結構。

PLC實現對複雜運動的控制

隨着PLCopen的運動控制功能塊標準的Part4——協同運動技術的滲透，PLC成爲了數控加工中心（CNC）的控制器。PLC作爲機器人控制器的事實讓很多同行不以爲然，甚至難以接受。新的運動控制概念和原理的引入，從力矩、速度、位置到單軸的運動、軸組的運動、一個運動過程接一個運動的協同與混成在PLCopen運動控制功能塊的標準下技術變得更規範、更強大。在此方面，德國的ISG公司提供給我們一個開放的解決方案，如：西班牙法格公司的數控最新一代FAGOR 8070的數控控制系統，結合了控制器的高端性能和操作的靈活性。瀋陽機牀廠的新一代5i高端數控系統也是我國在使用PLCopen協同運動技術的第一個成功範例。

PLC的新技術重點體現在軟件上，需要強大的軟件支撐。PLCopen是目前國際上PLC軟件唯一的國際標準組織，其發佈的IEC61131-3標準已經成爲共識，包括從邏輯（logic）、運動（motion）、安全（safety）到網絡（OPC-UA）的標準。目前，PLC o pen組織在制定的交互（XML）標準IEC61131-10會使PLC技術更加開放，交互更加便利。PLC作爲製造業的核心，在“工業4.0”和 《中國製造2025》中，扮演着重要的角色。未來，要實現《中國製造2025》的宏偉目標，我們需要樹立正確的理念，更需要堅定正確的方向，從PLC的平臺工具軟件抓起，十年磨一劍，立足當下，把握時機。

作者簡介:

嚴義，二級教授，博士生導師，計算機應用、計算機系統結構專業方向。工業互聯網研究院院長，兼杭州電子科技大學國家級計算機基礎實驗示範中心主任，浙江省嵌入式系統重點實驗室（杭電）主任，浙江省重點科技創新團隊（面向行業的嵌入式關鍵技術）負責人。現任PLCopen中國主席。中國機電一體化應用協會常務理事，浙江省重大專項專家組電子網絡組組長。

研究領域：計算機系統結構、嵌入式系統、機電一體化、自動化智能儀器儀表等。先後主持過國家自然基金、國家863項目，省部級科技重大、重點攻關項目若干。在國內外重要學術刊物及國際重要學術會議上發表論文40多篇，被SCI、EI檢索論文20餘篇，教材論著3部，授權發明專利10多項。主持的項目獲浙江省技術發明一等獎一項，浙江省科技進步獎一等獎一項、浙江省科技進步獎二等獎2項，浙江省科技進步獎三等獎1項。

現爲享受政府特貼專家，浙江省有突出貢獻中青年專家，全國信息產業科技創新先進個人，浙江省151人才工程一層次人員（重點資助人員）。

i4CN（工業4.0中國-簡稱），是中國最系統化、最全面的工業4.0、工業互聯網、智能製造、無人工廠領域的第三方諮詢公司。公司整合華爲、博世、騰訊、美的等專家，首家提供工業4.0整合方案，包括i4技術項目、i4四大管理體系、十大思想變革的三層金字塔式諮詢架構；能夠指導企業實施專業化的工業4.0變革和無人工廠規劃建設與運營管理。助力國家實現中國製造2025的宏偉藍圖。

樑卓業 i4CN首席諮詢顧問中國工業4.0、智能製造、無人工廠、工業互聯網專家，華爲ISC、IPD體系專家華爲ISC+項目組成員，智能製造標杆車間項目經理工業4.0十大思想變革、無人工廠建設體系首創人中山大學麻省理工學院雙MBA，廣東工業大學機電學院本科歡迎需要導入華爲ISC、IPD體系，實施工業4.0無人工廠的企業與i4CN合作。

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