近期，杭州電子科技大學(xué)某團隊采用倍福的CX1200 PLC完成了一項艱巨的任務(wù)——6軸機器人控制的全部程序范例，深切感受到由PLCopen的運動(dòng)控制功能塊所帶來(lái)的便捷、超凡的體驗。眾所周知，在機器人領(lǐng)域，諸如KUKA、安川、史陶比爾、KEBA、埃斯頓、新時(shí)達、大族激光、固高、匯川等企業(yè)，都是用PLC實(shí)現對機器人的控制。當前，國內存在一個(gè)普遍現象，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動(dòng)“motion”為重心的轉變，離散工業(yè)控制所需的運動(dòng)控制（motioncontrol）功能徹底改變了傳統PLC只有邏輯，即“l(fā)ogic”的概念。因此，將運動(dòng)、網(wǎng)絡(luò )、安全、智能等新概念與傳統的PLC結合，我們迎來(lái)了PLC的新技術(shù)時(shí)代。

PLC的新硬件結構

外形與內部功能統一使PLC產(chǎn)生了新的硬件結構。傳統的“box”直立線(xiàn)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(zhuān)用特殊結構大量涌現，滿(mǎn)足了各行各業(yè)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(dòng)控制功能塊實(shí)現一樣，一直讓人感到無(wú)法對它們進(jìn)行解釋。事實(shí)上，板狀結構的專(zhuān)用PLC數量已經(jīng)或將超過(guò)傳統的結構。如今，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)接口不僅為運動(dòng)控制的多軸伺服驅動(dòng)器的高精度同步提供了支撐，而且實(shí)現了工業(yè)視覺(jué)傳感器、變頻驅動(dòng)器、安全控制回路、遠端I/O等部件的連接，形成一網(wǎng)到底的新結構。目前，NXP、Renesas、Ti、ST等半導體企業(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(zhù)種類(lèi)更多、性?xún)r(jià)比更高的帶工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議的CPU出現，以實(shí)時(shí)以太網(wǎng)為基礎的分布式可編程網(wǎng)絡(luò )控制系統必有很大的發(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(kāi)始，它與CANbus、RS485等接口一樣，未來(lái)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)成為當下熱門(mén)的話(huà)題。10多年前，當PLC編程語(yǔ)言國際標準IEC61131-3第三版采用面向對象技術(shù)和開(kāi)放結構的時(shí)候，就奠定了PLC與智能的連接。目前，大多數以IEC61131-3標準為基礎的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(zhuān)家們現在有機會(huì )將深度學(xué)習算法、遺傳算法、BP網(wǎng)絡(luò )、支持向量機、蟻群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，據考察，國內極少有開(kāi)發(fā)人員使用到這個(gè)智能開(kāi)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的標配，如霍尼韋爾、西門(mén)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(lái)，遠端可編程技術(shù)不足為奇，設想10萬(wàn)個(gè)在不同地區、不同應用的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)現了云的可編程技術(shù)，用PLC云端多線(xiàn)程批量編程技術(shù)，使得這項工作變得十分容易。在今年中國（北京）國際工業(yè)智能及動(dòng)力傳動(dòng)與自動(dòng)化展覽會(huì )上，德國3S公司展示了他們的PLC云服務(wù)與管理系統，未來(lái)所有設備的控制器可以實(shí)現統一的云管理。最后，邊緣計算與PLC的結合產(chǎn)生了新的結晶，據悉美國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、OPC服務(wù)器、邊緣網(wǎng)管為一體，具有監測、控制、數據采集、可視化設備、過(guò)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）結構。

PLC實(shí)現對復雜運動(dòng)的控制

隨著(zhù)PLCopen的運動(dòng)控制功能塊標準的Part4——協(xié)同運動(dòng)技術(shù)的滲透，PLC成為了數控加工中心（CNC）的控制器。PLC作為機器人控制器的事實(shí)讓很多同行不以為然，甚至難以接受。新的運動(dòng)控制概念和原理的引入，從力矩、速度、位置到單軸的運動(dòng)、軸組的運動(dòng)、一個(gè)運動(dòng)過(guò)程接一個(gè)運動(dòng)的協(xié)同與混成在PLCopen運動(dòng)控制功能塊的標準下技術(shù)變得更規范、更強大。在此方面，德國的ISG公司提供給我們一個(gè)開(kāi)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。沈陽(yáng)機床廠(chǎng)的新一代5i高端數控系統也是我國在使用PLCopen協(xié)同運動(dòng)技術(shù)的第一個(gè)成功范例。

PLC的新技術(shù)重點(diǎn)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(fā)布的IEC61131-3標準已經(jīng)成為共識，包括從邏輯（logic）、運動(dòng)（motion）、安全（safety）到網(wǎng)絡(luò )（OPC-UA）的標準。目前，PLC o pen組織在制定的交互（XML）標準IEC61131-10會(huì )使PLC技術(shù)更加開(kāi)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(zhù)重要的角色。未來(lái)，要實(shí)現《中國制造2025》的宏偉目標，我們需要樹(shù)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(shí)機。

作者簡(jiǎn)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(zhuān)業(yè)方向。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院院長(cháng)，兼杭州電子科技大學(xué)國家級計算機基礎實(shí)驗示范中心主任，浙江省嵌入式系統重點(diǎn)實(shí)驗室（杭電）主任，浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng )新團隊（面向行業(yè)的嵌入式關(guān)鍵技術(shù)）負責人?，F任PLCopen中國主席。中國機電一體化應用協(xié)會(huì )常務(wù)理事，浙江省重大專(zhuān)項專(zhuān)家組電子網(wǎng)絡(luò )組組長(cháng)。

研究領(lǐng)域：計算機系統結構、嵌入式系統、機電一體化、自動(dòng)化智能儀器儀表等。先后主持過(guò)國家自然基金、國家863項目，省部級科技重大、重點(diǎn)攻關(guān)項目若干。在國內外重要學(xué)術(shù)刊物及國際重要學(xué)術(shù)會(huì )議上發(fā)表論文40多篇，被SCI、EI檢索論文20余篇，教材論著(zhù)3部，授權發(fā)明專(zhuān)利10多項。主持的項目獲浙江省技術(shù)發(fā)明一等獎一項，浙江省科技進(jìn)步獎一等獎一項、浙江省科技進(jìn)步獎二等獎2項，浙江省科技進(jìn)步獎三等獎1項。

現為享受政府特貼專(zhuān)家，浙江省有突出貢獻中青年專(zhuān)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）。