人們談起工業互聯網，就會討論起工業現場的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年前就已經不是這樣了。

控制器的形式已經發生了變化

是的，今天的自動化行業，在軟硬件上都不像當年的MCS-51單片機的時代，寄存器只有128字節，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上處理以太網數據幀封裝和解包這樣的任務實在是不敢想象，因此帶有以太網接口的PLC在21世紀初期還是很厲害的，如果要處理高速的任務DSP、CPLD更是極其昂貴的，回想起來，即使在上個世紀80年代的PLC，一個邏輯點在當時就達到1000元。

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

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

圖1-早期PLC主要為了代替復雜而不靈活的繼電器回路

（圖片來源于網絡）

盡管現在大家還習慣上把機器的控制器稱為PLC，但是，實際上PLC的形式是多樣的，例如PLC會與HMI結合構成一個控制器，這樣就省略通信連接造成的不穩定性，另外，PLC的控制任務也可以納入到工業PLC中，現在的多核處理CPU完全可以支持兩個不同的操作系統運行不同的任務，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，可以支持BASIC的編程，這個pSOS+是一個定性分時多任務的操作系統，可以支持復雜的算法設計。

后來的PLC就更不用提了，傳統需要專用的控制系統來處理的套色控制任務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中，邏輯、色標檢測、套色、電子軸傳動完全由一個控制器來實現控制。

圖2-集成套色控制算法由一個PLC實現處理

這樣的應用案例舉不勝舉，PLC早就可以針對復雜的工藝算法進行處理了。

PLC的網絡通信怎么樣？

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

那別的通信呢？

圖3-支持豐富連接的PLC

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2 個USB

1個標準以太網

1個POWERLINK實時以太網接口

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、結構文本都是PLCopen的標準，在PLCopen Motion Part IV的協同運動控制中，機器人、CNC、定位與同步控制早已納入統一架構了。

一個PLC就可以搞定了。

在傳統的PLC因為CPU僅能處理比較簡單的邏輯任務，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，現在早已采用實時以太網技術進行連接，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速度，尤其是在PLC的邏輯與運動控制要協同的時候，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中，就會因為響應慢而無法達到比較高速的裁切，但是，在ACOPOS系統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的控制器進行通信，由PLC對其進行復雜的電子齒輪同步任務的協同、包括電子凸輪，后來又將NC模塊加入可以實現針對CNC的差不運算的處理，到了2010年推出GMC(Generic Motion Control-通用運動控制)，將機器人、液壓也納入了統一的控制架構，并采用了標準化的PLCopen Motion的Part IV協同運動控制進行編程，在此基礎又封裝可復用的mappMotion模塊。

圖4-PLC可以處理復雜的運動控制任務

復雜的運動曲線需要高階的函數支持，而函數的階次又決定了能夠達到的曲線光滑度，而曲線光滑度影響對機械的沖擊會帶來較大影響，這會影響精度與機器的壽命，由于采用高階曲線（最大達到六階），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？

邊緣側的計算通常會針對一些策略性、優化類的問題，邊緣計算是一種計算的疆界擴展，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等的邊緣節點進行連接，在嵌入式節點可以進行一些本地的計算處理如產線的OEE、能源狀態顯示、資產管理等任務，到車間與工廠級的邊緣控制器則可以針對協同、優化、規劃類問題進行處理。

圖5-PLC可以用于邊緣側任務處理

這樣的邊緣側任務可以從一個PLC的邊緣連接模塊、也可以是一個PLC或一個Windows+RTOS的工業PC。

PLC可以有Web服務嗎？

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，通過遠程的IE瀏覽器就可以訪問了。

早期的PLC往往采用RISC架構的CPU，而且沒有實時操作系統，僅有類似計算機BIOS的處理，其硬件執行的邏輯任務速度極快，但這也使得無法處理復雜算法、復雜的高速信號處理、以太網任務等，而基于Intel復雜指令集的CPU可以運行功能強大的操作系統，可以運行Web Server這樣的大塊數據任務處理，因此，在X20系列CPU中可以集成Web Server、VNC Server、FTP Server。

圖6-基于Web技術的遠程診斷

基于Web技術可以實現遠程的診斷與維護，并且，支持Web方式的數據發布，任意支持IE瀏覽器的終端均可以訪問遠程的設備維護數據，包括通過FTP服務來上傳和下載程序。

PLC可以仿真嗎？

仿真建模這個大概也發生在很早很早以前，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，實現硬件在環測試（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，采用了編譯系統直接編譯為二進制代碼下載到PLC，你的確可以把程序讀出來，只是你看到的全是二進制代碼，你認識二進制代碼嗎？

（2）信息安全性（Security）：PLC通常控制采用的是非商用的Windows/Linux這樣的OS，并且網絡也是POWERLINK、Profinet這樣的工業實時網絡，因此，與通用的系統還是隔離的，即使采用了OPC UA來連接上位系統，其本身也有授權、驗證的環節，并且，通常也提供SiteManager的專用通道來建立VPN連接確保數據加密傳輸。

圖9-基于安全的PLC遠程連接

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

圖10-完整的Safety產品線

PLC可以玩機器學習嗎？

機器學習能干嗎？——沒問題啊！

其實，如果我們認識到機器學習是一個“數學問題”即，選擇特征值、建立損失函數（或成本函數）或懲罰函數、選擇模型、測試評估，那么，你可以發現這些都是可以用軟件來實現的。

圖11-機器學習算法可以對現有控制任務的數據進行監測

像貝加萊的X20系列PLC支持定性分時多任務的操作系統，以及支持高級語言編程，那么，問題簡單了，機器學習的程序相當于高級語言開發的一個線程，并可以對控制器的現有控制任務如一個注塑機射膠過程PID控制進行觀測，并獲得質量與工藝參數之間的關系（可以采用遺傳算法、監督學習），這樣就可以獲得最優的工藝學習。

是的，PLC早已不是那個“可編程邏輯控制器”了。

編輯：黃飛

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