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軟PLC助力智慧工廠——陳冰冰博士《軟PLC與智慧工廠》演講實錄(下)

http://bfqmb.cn 2014-07-04 11:10 《中華工控網(wǎng)》原創(chuàng)

   2014年6月18日,中科院計算所順德分所所長陳冰冰博士受邀參由中華工控網(wǎng)舉辦的“工控技術(shù)沙龍”,結(jié)合軟PLC平臺,為大家分享了傳統(tǒng)制造過程改造升級的方向、智慧工廠模式、智慧工廠對裝備制造商的需求等等細分話題并進行了精彩的講解。

   以下為演講實錄:

   前面《智慧工廠及設(shè)備制造商遇到的挑戰(zhàn) 》我們講到了智慧工廠對機械裝備的迫切需求和我們的現(xiàn)狀,下面我們講講軟PLC。

  什么叫PLC?這個問題,相信我回答的還不如在座的各位專業(yè),因為我之前不知道PLC,只是我從IT行業(yè)來到工控行業(yè),才知道原來在計算機領(lǐng)域還有一個PLC。那么,PLC簡單的來說,叫做可編程控制器。大家公認的是1969年DEC公司發(fā)明了PLC,大家知道PLC單任務(wù)循環(huán),梯形圖或者其它幾種語言的一個編程環(huán)境,PLC在全球應(yīng)用非常廣泛。為什么 PLC能風(fēng)靡工業(yè)界,這個問題也困擾了我好久,我是做計算機出身的,工業(yè)界拿個計算機就能做控制,為什么一定是要PLC?事實上是PLC之父,Dick Morley先生說過一句很經(jīng)典的話:PLC實際上是一個概念。因為PLC是給工人現(xiàn)場編程用的,沒學(xué)過計算機的也可以用來編程,這個我認為是PLC非常成功的一點,第二,像梯形圖大家應(yīng)該用的很多,接近電氣圖,學(xué)習(xí)也比較容易,而且與底層硬件基本無關(guān)。所以有人統(tǒng)計過,在歐洲70%-80%的控制器都是用PLC的模式,所以,為什么PLC能風(fēng)靡工業(yè)界?就是剛才唐總說的,用戶的體驗很重要,PLC就是把計算機變成一個能讓用戶很好體驗的一個產(chǎn)品。

  去年7月11日,我們中科院計算所在濟寧開了一次院士大會,就是計算機把各個行業(yè)計算機化。其中讓我來講PLC,當(dāng)時阿里巴巴,聯(lián)想,華為的人都在場,大家一起來討論這個問題。后來得到的結(jié)論,1969年發(fā)明的PLC在思想和形態(tài)上,領(lǐng)先了我們IT界整整40年,因為工業(yè)界的人,絕大多數(shù)沒有學(xué)過計算機,所以當(dāng)年做PLC的這些專家,就是讓這些沒學(xué)過計算機的人也能編程,這就是PLC的成功之處。今天來看PLC的成功,反而呼應(yīng)了互聯(lián)網(wǎng)時代的概念,要讓一件事成功,就得讓用戶體驗做到極佳。

  現(xiàn)在看來,我們的機械裝備不僅僅是邏輯控制,包括機器人,數(shù)控加工,紡織機械,造紙機械,還有非常復(fù)雜的運動伺服,邏輯控制簡單的開關(guān)是做不到的。所以,當(dāng)代PLC發(fā)生了一個華麗的轉(zhuǎn)身,為什么是華麗轉(zhuǎn)身呢?因為當(dāng)代的機械裝備對控制系統(tǒng)的需求已經(jīng)發(fā)生了本質(zhì)的變化,第一要求硬件平臺的高度通用化,第二是可靠性,第三是標準化,第四是軟件模塊化,第五平臺具有一定的開放性,第六是要融合多種功能:PLC的功能,運動控制的功能,數(shù)據(jù)通信的功能,都要能融合。PLC是一個與時俱進的產(chǎn)品,PLC當(dāng)年有先進的思想和理念,而且它的工作模式也決定了它的可靠性比一般的計算機要可靠,所以當(dāng)代的軟PLC是融合了當(dāng)代的計算機軟件和信息技術(shù)發(fā)展的最新成果,這是時代的產(chǎn)物,就是把PLC的優(yōu)勢和計算機的最新成果做了一個真正的整合,這就是軟PLC。

  當(dāng)今的軟PLC的處理器平臺,可以是手機的處理器,也可以電腦處理器,甚至可以是中科院的龍芯。第二,當(dāng)代新型的PLC的I/O基本上都是通過現(xiàn)場總線,工業(yè)以太網(wǎng)來實現(xiàn)的。第三,是集成開發(fā)平臺,集成開發(fā)平臺遵循國際上IEC 61131-3的標準,而且必須用C或C++或高級語言來編程。另外,還有一些基礎(chǔ)的工業(yè)庫,就是說,如果底下的這層是工業(yè)計算機層的話,那么這個工業(yè)庫的話就是面向行業(yè)的應(yīng)用,比如說,PLCOPEN組織,它們發(fā)布了很多關(guān)于運動控制和PLC的一些技術(shù)標準,在這個基礎(chǔ)之上,用戶拿到這個軟PLC平臺之后,會在上面開發(fā)自己的行業(yè)庫,以行業(yè)庫和這些基礎(chǔ)做支撐的話,實際上最后才是面向自己產(chǎn)品的應(yīng)用。其實在PLC平臺里,有一部分在當(dāng)代已經(jīng)實現(xiàn)了標準化。在用戶的行業(yè)庫里,有的是客戶自己開發(fā)的,有的是第三方的,所以實際上當(dāng)今的軟PLC平臺,第一把機械裝備軟件化,第二,對于用戶來講,應(yīng)用軟PLC做它的機械裝備,只需關(guān)心它的應(yīng)用部分,底層的都已完全實現(xiàn)標準化。

  基礎(chǔ)軟硬件平臺、實時操作系統(tǒng)、包括開發(fā)環(huán)境、基礎(chǔ)軟件庫、I/O通道,這些形成了軟PLC的結(jié)構(gòu)。大家有機會去看一下德國倍福、庫卡等等的控制器,完全是按照這樣的一個體系和架構(gòu)來做的,只是不同廠家選擇的操作系統(tǒng)、處理器有差異,但是整個體系是一致的。當(dāng)然在軟PLC里,還是英特爾的處理器優(yōu)勢更加明顯,因為我們現(xiàn)在做的好多機械裝備都是高端裝備,客戶的需求是能否提供一個的整線的解決方案,所以在這種情況下,對計算能力的要求非常高,而且在很多設(shè)備里,有數(shù)控、有視覺,一般的處理器做不到這么強的性能。X86的處理器做軟PLC,現(xiàn)在在國際是這樣做的了,為什么呢?因為硬件平臺是可以多樣化選擇的,如西門子,研華等買一個工控機,裝個軟件就可以。

  第三是操作系統(tǒng),真正用在軟PLC里的實時系統(tǒng)是比較多的,包括實時Linux系統(tǒng),windows+實時補丁。實時操作系統(tǒng)是軟PLC的一個基礎(chǔ),實時操作系統(tǒng)的選擇,考慮更多的是實時性、開發(fā)的開放程度、費用問題。目前來講,在國際上比較多的三個操作系統(tǒng),實時Linux、windows、Vxworks,像史陶比爾公司機器人用的是Windows,實際上在Linux、windows的平臺上,從理論上來講,這兩個操作系統(tǒng)實際上不是實時操作系統(tǒng),但是,它們兩個操作系統(tǒng)打完補丁以后,可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需求,包括數(shù)控機床的需求都可以滿足的,只要精度要求不是特別的極端,都是可以做到的。實時Linux,對于很多做裝備的來說,有優(yōu)越性,不要錢,第二,Linux有個好處就是病毒少,有的客戶抱怨,因為機床是由windows系統(tǒng)插著運動控制卡,開機床的工人,用數(shù)控界面來看電影,客戶要求說陳博士,能不能換掉這個windows系統(tǒng)?選擇Linux軟PLC,就解決了。

  第四,是工業(yè)以太網(wǎng),對于現(xiàn)代的軟PLC來講,已經(jīng)不是插運動控制卡的年代了,所有的模塊都是軟件化,不需要卡制式的了。全球各種工業(yè)以太網(wǎng)很多,如Profinet、EtherCAT等。實際上這兩年EtherCAT發(fā)展的非???,不是說EtherCAT的技術(shù)一定是最牛的,但是有一點,全球支持它的用戶數(shù)量是最多的,現(xiàn)在有2700個會員,I/O、伺服、驅(qū)動、變頻,你可以在全球選,當(dāng)你用EtherCAT這個標準的時候,你可以把全球的工控配件集成在一起,做成合適你用的工控系統(tǒng)解決方案。

  實際上軟PLC的體系架構(gòu),一個最基本的出發(fā)點,就是機械架構(gòu)軟件化。為什么機械可以軟件化,就是因為今天我們的計算機計算性能已經(jīng)很高了。軟PLC軟件開發(fā)高度標準化,軟件高度的模塊化,模塊可重用,配合廣泛的工業(yè)實時以太網(wǎng)的支持。

  對于軟PLC來講,到底給我們客戶能帶來什么?

  機械裝備的客戶面臨的很多挑戰(zhàn),軟PLC帶來的第一大優(yōu)勢就是,加快產(chǎn)品研發(fā)進度,因為平臺是標準化的,模塊是可重用的,也就是說之前寫的軟件,可以用在別的項目上??蛻粽f,做機械裝備,他們的產(chǎn)品有100多種型號,產(chǎn)品長的模樣都差不多,但是,公司為每種型號都寫了一次軟件,如果用軟PLC的平臺,幫客戶把軟件做成一個標準的模塊,變成一個模塊參數(shù)可配置的模塊。你面對不同的客戶,不同的需求,只要給模塊改幾個參數(shù)就可以了。以前開發(fā)一個軟件要3個月,現(xiàn)在3分鐘就搞定,這就是當(dāng)今的軟PLC平臺高度的標準化以后,它給客戶帶來的就是加快研發(fā)的進度。大家請看數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng),當(dāng)你要給客戶提供數(shù)控系統(tǒng)的時候,把模塊集合,這幾個參數(shù)雙擊配置并連線,這個數(shù)控系統(tǒng)就成了。

  系統(tǒng)集成商研發(fā)了一條生產(chǎn)線,里面既有機器人,也有自身研發(fā)的一些設(shè)備,事實上在軟PLC里面,就是一個控制器,就可以把所有的軟件裝在一個控制器里,所有的設(shè)備都可以映射成PLC里的一個軟件模塊。那么,當(dāng)你做一個生產(chǎn)線只需要一個控制器的時候,比你有十個PLC的時候的可靠性要高很多。

  很多客戶也關(guān)心,我可不可以利用這個平臺,實現(xiàn)它的差異化,因為做機械裝備行業(yè)互相抄的年代已經(jīng)過去了,互相抄只能是互相壓價,互相壓價的結(jié)果,只能導(dǎo)致大家都不掙錢。其實很簡單,當(dāng)你使用軟PLC作為控制平臺的時候,可以把訣竅寫成軟件打包在模塊里,這樣的話,你做出來的軟件是別人沒有的,別人可以抄你的機械結(jié)構(gòu),但是抄不走你的軟件。

  另外,軟PLC可以實現(xiàn)很多智慧工廠的信息系統(tǒng)集成,PLCopen組織和OPC組織現(xiàn)在已經(jīng)形成一個緊密的合作,PLCopen里通信技術(shù)組織是采用了OPC UA的架構(gòu),OPC UA是一個跨操作系統(tǒng)的一個通信協(xié)議,主要是面向智慧工廠的信息化的集成形成的一個標準。

  另外,軟PLC的計算能力很強,具有很豐富的網(wǎng)絡(luò)化接口。如果產(chǎn)品賣到全國各地可以通過遠程的售后服務(wù)來解決。

  整個軟PLC的技術(shù)體系包括了編程語言、運動控制,XML數(shù)據(jù)交換、OPC UA通訊標準。對于很多企業(yè)來講,智慧工廠的基礎(chǔ)信息平臺架構(gòu),包括PLC平臺,包括了信息化的平臺,包括了設(shè)備之間數(shù)據(jù)接口的技術(shù)標準。當(dāng)你在做機械裝備的時候,你可以參照這個架構(gòu)來對我們的供應(yīng)商提出要求。

  未來的制造業(yè)要的不是一臺單機,要的是整體解決方案,你的機械裝備如果不具備信息化的接口或不具備信息化的能力,那么在未來的競爭中是要被淘汰的,所以軟PLC就是為高端機械制造商定制的軟件平臺,充分滿足了裝備制造商的四大需求,第一是可靠性,第二,快速響應(yīng)市場,第三有效的控制研發(fā)成本,第四,實現(xiàn)裝備的差異化。不要把PLC當(dāng)作一個簡簡單單的零配件來看,其實是一個公司的戰(zhàn)略平臺,當(dāng)你選擇了一個戰(zhàn)略平臺的時候,你的機械裝備未來發(fā)展是可持續(xù)的,如果僅僅是當(dāng)作一個零配件來看的話,實際上最后害的是自己。例如,客戶的智能涂裝生產(chǎn)線的解決方案,把待加工的零部件隨意的放到傳輸帶上,希望有一個掃描相機把零件的周邊輪廓掃描出來,生成一個精到的軌跡,對它的靜表面進行噴涂,因為生產(chǎn)線沒有工裝,沒有夾具,所以這個必須通過視覺系統(tǒng)來完成。最早用的控制系統(tǒng)采用的方案,它的生產(chǎn)線與邏輯開關(guān)量有關(guān)的控制是用PLC做的,噴涂的環(huán)節(jié)是買了一臺數(shù)控系統(tǒng)來完成的,視覺部分是買了個工控機插了個運動控制卡,這個項目做了7年,到現(xiàn)在為止,還沒有真正完全弄好,像這種大型生產(chǎn)線要跳出傳統(tǒng)思維,考慮軟PLC的方案,后來給對方提供了一個軟PLC方案,就是用一個控制器用EtherCAT把伺服軸、變頻器、I/O連接,然后,所有的機臺都是用軟件模塊的方式,那么,這樣控制器的數(shù)量大大的減少,然后,軟件開發(fā)是一個統(tǒng)一的平臺,最后將機械裝備變成軟件模塊組裝起來。同時,利用軟PLC的信息化能力,還開發(fā)了一個簡單的生產(chǎn)管理系統(tǒng),也稱為MES。那么所以這個方案就是把所有的控制器變成軟件裝在一個控制器里,全都變成軟件模塊,叫做All-IN-ONE。而現(xiàn)在它也就是整個體系,變成這個樣子,非常簡單。而且開發(fā)起來也非常的方便,還有一個案例,這是我們一個客戶的案例,就是集成生產(chǎn)線的案例,它原來就是每臺機器配了一組PLC,有好多PLC組成的,那么它組成的電纜連接非常復(fù)雜,每個PLC要單獨編程。這個項目,客戶做了以后,這個軟件上始終存在BUG,為什么呢?因為他給多個PLC編程的時候,PLC之間的協(xié)同是件很麻煩的事,所以后來我們給他改進了一個方案,就是用這個軟PLC這個方案把三個機臺最后映射成三個軟件功能塊,然后就很簡單,用模塊化的方法就實現(xiàn)了。最后整個電纜的連接數(shù)量少了70%。所以最后它這臺設(shè)備還出口了幾個國家,國外的這些客戶就看了這個方案以后就決定用這個EtherCAT、軟PLC方案來做。最后,它就采用現(xiàn)在我們提供的這個。所以,大家記住現(xiàn)在是個信息化的年代。所以剛才唐總說的信息化的年代,我們要有信息化的思維,或是互聯(lián)網(wǎng)的思維,其實軟PLC也是這個時代,就是軟件和這個工控真正結(jié)合的一個產(chǎn)物,而且在這將來還能玩很多的商業(yè)模式,所以我們唐總要幫我們把這個做出來,是不是咱們可以分成,最后,我把PLC介紹完了。

  小編插句話:

  PLCOpen組織中國主席彭瑜教授在微信中回復(fù):“我想說幾句話。軟PLC這個詞出現(xiàn)在上世紀90年代在美國興起了一股用PC機取代PLC的風(fēng)浪。核心就是在PC中運行PLC功能的軟件,也就是軟PLC的由來。當(dāng)時提倡這一技術(shù)方向的公司公開打出PLC死了的口號。如今過去了十幾二十年,PLC活得好好的,還有滋有味,而以PC為基礎(chǔ)的控制,在美國已找不到有代表性的企業(yè)。反而在歐洲出現(xiàn)了倍福、貝加萊這些在全球都有影響的以PC技術(shù)開發(fā)工控系統(tǒng)的優(yōu)秀公司。他們的產(chǎn)品仍然被人叫做PLC,不過充分發(fā)揮了PC強大的運算功能,遠遠超出了經(jīng)典PLC的功能。從形態(tài)上,確實還是PLC的結(jié)構(gòu)和外形,而內(nèi)涵卻適應(yīng)了市場和技術(shù)的發(fā)展趨勢,豐富多了,高強多了。他們沒有把這樣的產(chǎn)品叫軟PLC,還是稱之為PLC。如果一定要歸類,還不如稱之為嵌入式PLC。嵌入式芯片越來越強有力了,隨之而來的嵌入式PLC也會越來越強大。嵌入式系統(tǒng)將替代PC,據(jù)此,軟PLC的叫法也不能算很確切了,叫嵌入式PLC更有生命力。”

  (完)

  公司相關(guān)介紹

  因為說實話,我們合耕公司,在工控行業(yè)真的是非常年輕的一個公司。在座的都是前輩,我就大概介紹一下我們公司的情況,我們是中科院計算所全資的子公司,我們來自北京,然后公司成立于2009年,然后現(xiàn)在是41個員工,我們現(xiàn)在就是致立于做智慧工廠的一站式服務(wù)。

   我們所謂的一站式服務(wù)就是,我們有咨詢,有教育,培訓(xùn),我們有做智能控制,我們其實不做控制器,我們就做軟PLC軟件,控制器讓客戶自己去買,他可以買研華,買研祥,買西門子買誰都可以,我給他裝個軟件,他的PLC就出來了,我們也幫助一些客戶做一些裝備,同時我們還做信息化系統(tǒng)。所謂的一站式服務(wù)就是,對機械裝備制造商來講,我們幫客戶去做軟PLC的選型,人才培養(yǎng),信息化系統(tǒng)的深度融合,同時我們也為一些終端制造業(yè)的廠商提供一站式服務(wù),比如說像大自然這樣的廠商,主要是制造環(huán)節(jié)和物流改善,一個裝備制造商的PLC和MES的應(yīng)用,我們重點就這兩個,PLC的機械裝備和MES的信息化系統(tǒng),最后是怎么融合在一起的。

   我們也有一個相對年輕的專家咨詢團隊,涵蓋了這個生產(chǎn)管理,包括制造,包括軟件、PLC都有,這個就是我們自己研發(fā)的軟PLC,大家可以看Linux操作系統(tǒng),軟PLC的平臺,EtherCAT通信,然后我們自己還研發(fā)了一個叫BUTTERWINGS的軟PLC平臺。目前來講,我們也是跟全球的很多廠商做配合,而這個就是我們軟PLC平臺。這是我們的AKENSYS平臺,MES系統(tǒng)。這個AKENSYS系統(tǒng)是我們自己研發(fā)的叫智慧工廠實時操作系統(tǒng),AKENSYS和軟PLC無縫對接,直達設(shè)備的任務(wù)排產(chǎn),就設(shè)備和生產(chǎn)任務(wù)之間實時調(diào)度,然后生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控,數(shù)據(jù)實時采集、存儲、分析。目前我們做到這個程度,同時開放式架構(gòu),允許客戶做二次開發(fā),我們認為對這個智慧工廠來說,我們現(xiàn)在可能要的是所謂的基礎(chǔ)信息架構(gòu),因為今天的這個制造業(yè),它已經(jīng)不再是一個單打獨斗的年代,它必須是一個整合信息化和自動化的時代。德國在提工業(yè)4.0,其實我們中國也完全可以走,我們的制造業(yè)應(yīng)該走到這一步,真正的把自動化的控制系統(tǒng)和后臺的信息化系統(tǒng)做一個完整的融合,而這個將是我們提倡的一個信息系統(tǒng)架構(gòu),包括一些大數(shù)據(jù)的分析。我們現(xiàn)在也已經(jīng)開始為順德的一個機械裝備制造商做了,把它在全國的機械裝備點連網(wǎng),連到我們這個平臺上,我們已經(jīng)幫他開始做數(shù)據(jù)分析,我不敢說那是大數(shù)據(jù),但數(shù)據(jù)分析這個肯定是我們工業(yè)時代未來的另外一個新興的增長點--數(shù)據(jù),所以德國的工業(yè)4.0,非常提倡,將來數(shù)據(jù)的應(yīng)用,在上面會產(chǎn)生一些新的商業(yè)模式和增長點。

   同時,大家可以看我們的生產(chǎn)線,這個也可以到我們公司來看。同時我們的教育,我們的教育就看幾件事,一個是思想理念的分享,第二我們注重這種高端跨界的人才的培養(yǎng)。所謂的跨界就是,要懂PLC應(yīng)用,要懂計算機,而且還要懂裝備,懂工藝。你不僅要懂生產(chǎn)管理,還要懂控制裝備,但是在我們中國來講,我們的教育體系來講,懂計算機的人往往不懂裝備,搞生產(chǎn)管理的人往往對計算機不熟,所以這就是我們教育的失敗,但是我們的制造業(yè)又需要這樣的大量的跨界人才,跨界人才怎么培養(yǎng),我認為這是我們共同的一個話題,我們現(xiàn)在有一個開放式培訓(xùn),大家有機會可以來聽,我們每一年大概都有五期,這個是我們?nèi)ツ甑恼n程,我們?nèi)ツ甑恼n程總共有650人/次,305家。我們今年的第一期是在德國漢諾威展會上,就是一個軟件論壇。這個規(guī)模將近是150個人,囊括了順德南海,浙江的大批做機械的企業(yè)家。比如說像這位Elco先生,是PLCopen國際組織執(zhí)行主席,講一些軟件,其實也就是把真正的機械裝備的控制后臺的一些行業(yè)專家人請出來。讓大家能深刻的理解軟PLC在這個信息化的時代,我們工控到底應(yīng)該怎么去做,同時我們也是PLCopen在中國的第三家培訓(xùn)中心,我們能頒發(fā)國際證書,大家有興趣也可以關(guān)注,同時我們在廣東做了一個廣東智能裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟,重點就是服務(wù)我們廣東裝備制造業(yè)企業(yè),這是我們這個聯(lián)盟里的成員,大家可能很多也比較熟悉。

   同時,我們也做了很多解決方案,比如這個我們做的壓鑄車間,整體的智能車間解決方案,這是我們做的智能瓦楞紙車間的整體解決方案,都是跟機械裝備融合在一起的,這是我們做的智能注塑車間的解決方案,其中這個軟PLC部分,它是德國倍福的控制器,我們提供的控制系統(tǒng)。同時這是我們做的玻璃生產(chǎn)線,這是流程工業(yè)的。演講結(jié)束,我在這里感謝這些屏幕上的這些人,他們給我提供了很多素材,謝謝大家。

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