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近期，杭州電子科技大學(xué)某團(tuán)隊(duì)采用倍福的CX1200 PLC完成了一項(xiàng)艱巨的任務(wù)——6軸機(jī)器人控制的全部程序范例，深切感受到由PLCopen的運(yùn)動控制功能塊所帶來的便捷、超凡的體驗(yàn)。眾所周知，在機(jī)器人領(lǐng)域，諸如KUKA、安川、史陶比爾、KEBA、埃斯頓、新時(shí)達(dá)、大族激光、固高、匯川等企業(yè)，都是用PLC實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制。當(dāng)前，國內(nèi)存在一個(gè)普遍現(xiàn)象，幾乎所有工科大學(xué)還停留在“l(fā)ogic”層面的PLC教學(xué)，而工業(yè)領(lǐng)域的PLC早已悄然完成了向運(yùn)動“motion”為重心的轉(zhuǎn)變，離散工業(yè)控制所需的運(yùn)動控制（motioncontrol）功能徹底改變了傳統(tǒng)PLC只有邏輯，即“l(fā)ogic”的概念。因此，將運(yùn)動、網(wǎng)絡(luò)、安全、智能等新概念與傳統(tǒng)的PLC結(jié)合，我們迎來了PLC的新技術(shù)時(shí)代。

PLC的新硬件結(jié)構(gòu)

外形與內(nèi)部功能統(tǒng)一使PLC產(chǎn)生了新的硬件結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的“box”直立線插方式的PLC變得體積更小、I/O密度更高、運(yùn)算速度更快，但更多的嵌入式板式結(jié)構(gòu)、專用特殊結(jié)構(gòu)大量涌現(xiàn)，滿足了各行各業(yè)的需求。工控板不是PLC，就像很多機(jī)器人控制器是用PLC的運(yùn)動控制功能塊實(shí)現(xiàn)一樣，一直讓人感到無法對它們進(jìn)行解釋。事實(shí)上，板狀結(jié)構(gòu)的專用PLC數(shù)量已經(jīng)或?qū)⒊^傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。如今，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)接口不僅為運(yùn)動控制的多軸伺服驅(qū)動器的高精度同步提供了支撐，而且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)視覺傳感器、變頻驅(qū)動器、安全控制回路、遠(yuǎn)端I/O等部件的連接，形成一網(wǎng)到底的新結(jié)構(gòu)。目前，NXP、Renesas、Ti、ST等半導(dǎo)體企業(yè)已經(jīng)提供了帶實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的從站協(xié)議CPU芯片。隨著種類更多、性價(jià)比更高的帶工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議的CPU出現(xiàn)，以實(shí)時(shí)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的分布式可編程網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)必有很大的發(fā)展空間。對于PLC而言，雖然時(shí)間敏感網(wǎng)（TSN）的概念已經(jīng)提出，但是，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)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(fā)展空間，探索未有窮期。

PLC智能控制

人工智能已經(jīng)成為當(dāng)下熱門的話題。10多年前，當(dāng)PLC編程語言國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3第三版采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和開放結(jié)構(gòu)的時(shí)候，就奠定了PLC與智能的連接。目前，大多數(shù)以IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的PLC均有了與MATLAB軟件的接口，可以直接生成PLC執(zhí)行代碼Simlink PLCcode。研究智能算法的專家們現(xiàn)在有機(jī)會將深度學(xué)習(xí)算法、遺傳算法、BP網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、蟻群算法等算法與物理的機(jī)器世界連接，可將更多論文中算法借鑒到實(shí)際中。智能裝備生產(chǎn)實(shí)際需要大量有智能知識的軟件，據(jù)考察，國內(nèi)極少有開發(fā)人員使用到這個(gè)智能開發(fā)接口功能。工業(yè)是務(wù)實(shí)的，智能優(yōu)化控制一直是控制行業(yè)的追求，但與真正應(yīng)用仍有距離。

PLC與互聯(lián)網(wǎng)連接

與智能概念不同的是，PLC與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）結(jié)合成為新技術(shù)的熱點(diǎn)。首先，從源于微軟的OLE（Object Linking and Embedding）到OPC（OLE for Process Control），到進(jìn)一步統(tǒng)一通信方法OPC UA的引入，使得PLC與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的連接變得十分便捷。目前支持OPC UA已經(jīng)成為高端PLC的標(biāo)配，如霍尼韋爾、西門子、倍福、歐姆龍等公司的PLC產(chǎn)品。其次，基于云服務(wù)與云管理技術(shù)已經(jīng)到來，遠(yuǎn)端可編程技術(shù)不足為奇，設(shè)想10萬個(gè)在不同地區(qū)、不同應(yīng)用的PLC，需要同時(shí)升級，管理編程將變得十分困難，而杭州義益鈦迪信息技術(shù)有限公司實(shí)現(xiàn)了云的可編程技術(shù)，用PLC云端多線程批量編程技術(shù)，使得這項(xiàng)工作變得十分容易。在今年中國（北京）國際工業(yè)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云服務(wù)與管理系統(tǒng)，未來所有設(shè)備的控制器可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的云管理。最后，邊緣計(jì)算與PLC的結(jié)合產(chǎn)生了新的結(jié)晶，據(jù)悉美國A-B公司已推出邊緣PLC、美國OP22宣布推出OP22 Groov邊緣PLC、霍尼韋爾發(fā)布全新可編程邏輯控制器ControlEdgeTM PLC、杭州義益鈦迪信息技術(shù)有限公司推出的FSU—ePLC等，這些PLC集PC機(jī)、OPC服務(wù)器、邊緣網(wǎng)管為一體，具有監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)采集、可視化設(shè)備、過程控制、云服務(wù)等功能，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）結(jié)構(gòu)。

PLC實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜運(yùn)動的控制

隨著PLCopen的運(yùn)動控制功能塊標(biāo)準(zhǔn)的Part4——協(xié)同運(yùn)動技術(shù)的滲透，PLC成為了數(shù)控加工中心（CNC）的控制器。PLC作為機(jī)器人控制器的事實(shí)讓很多同行不以為然，甚至難以接受。新的運(yùn)動控制概念和原理的引入，從力矩、速度、位置到單軸的運(yùn)動、軸組的運(yùn)動、一個(gè)運(yùn)動過程接一個(gè)運(yùn)動的協(xié)同與混成在PLCopen運(yùn)動控制功能塊的標(biāo)準(zhǔn)下技術(shù)變得更規(guī)范、更強(qiáng)大。在此方面，德國的ISG公司提供給我們一個(gè)開放的解決方案，如：西班牙法格公司的數(shù)控最新一代FAGOR 8070的數(shù)控控制系統(tǒng)，結(jié)合了控制器的高端性能和操作的靈活性。沈陽機(jī)床廠的新一代5i高端數(shù)控系統(tǒng)也是我國在使用PLCopen協(xié)同運(yùn)動技術(shù)的第一個(gè)成功范例。

PLC的新技術(shù)重點(diǎn)體現(xiàn)在軟件上，需要強(qiáng)大的軟件支撐。PLCopen是目前國際上PLC軟件唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)組織，其發(fā)布的IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為共識，包括從邏輯（logic）、運(yùn)動（motion）、安全（safety）到網(wǎng)絡(luò)（OPC-UA）的標(biāo)準(zhǔn)。目前，PLC o pen組織在制定的交互（XML）標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-10會使PLC技術(shù)更加開放，交互更加便利。PLC作為制造業(yè)的核心，在“工業(yè)4.0”和 《中國制造2025》中，扮演著重要的角色。未來，要實(shí)現(xiàn)《中國制造2025》的宏偉目標(biāo)，我們需要樹立正確的理念，更需要堅(jiān)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(dāng)下，把握時(shí)機(jī)。

作者簡介：

嚴(yán)義，二級教授，博士生導(dǎo)師，計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)方向。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院院長，兼杭州電子科技大學(xué)國家級計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)示范中心主任，浙江省嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（杭電）主任，浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（面向行業(yè)的嵌入式關(guān)鍵技術(shù)）負(fù)責(zé)人。現(xiàn)任PLCopen中國主席。中國機(jī)電一體化應(yīng)用協(xié)會常務(wù)理事，浙江省重大專項(xiàng)專家組電子網(wǎng)絡(luò)組組長。

研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)、機(jī)電一體化、自動化智能儀器儀表等。先后主持過國家自然基金、國家863項(xiàng)目，省部級科技重大、重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目若干。在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物及國際重要學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文40多篇，被SCI、EI檢索論文20余篇，教材論著3部，授權(quán)發(fā)明專利10多項(xiàng)。主持的項(xiàng)目獲浙江省技術(shù)發(fā)明一等獎一項(xiàng)，浙江省科技進(jìn)步獎一等獎一項(xiàng)、浙江省科技進(jìn)步獎二等獎2項(xiàng)，浙江省科技進(jìn)步獎三等獎1項(xiàng)。

現(xiàn)為享受政府特貼專家，浙江省有突出貢獻(xiàn)中青年專家，全國信息產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新先進(jìn)個(gè)人，浙江省151人才工程一層次人員（重點(diǎn)資助人員）。