工業(yè)控制系統的全國產(chǎn)化，正在出現新突破。更重要的是，它立足于未來(lái)工廠(chǎng)，面向數據驅動(dòng)的數字化車(chē)間。

　　基于龍芯中科3A5000芯片與國產(chǎn)編譯器，通過(guò)在指令集、代碼級的完美融合，一款響應速度達到30微秒（0.03毫秒）的全國產(chǎn)化自主JIC PLC（可編程邏輯控制器）已經(jīng)在實(shí)際應用中得到驗證。

　　除了完成常規功能，該控制器響應速度甚至超過(guò)一些國外主流產(chǎn)品。當前，國內占優(yōu)勢地位的控制器主要是歐系、美系、日系三大流派?，F在，中國工業(yè)控制產(chǎn)品也有了新的標桿產(chǎn)品。這是信創(chuàng )在工業(yè)控制領(lǐng)域的重大突破。

　　該JIC PLC由深圳華龍訊達信息技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“華龍訊達”）與龍芯中科技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“龍芯中科”）聯(lián)合打造。

　　華龍訊達CEO龍小昂說(shuō)：“30微秒的JIC PLC控制器，只是國產(chǎn)控制系統的一個(gè)新起點(diǎn)?！饼埿局锌聘笨偛枚虐怖赋觯骸褒埿局锌婆c華龍訊達的合作，目的是擺脫X86和ARM在工業(yè)控制系統最底層的‘卡脖子’難題?！?/p>

　　工業(yè)控制系統是智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵底層技術(shù)，其自主創(chuàng )新與最新突破，對以智能制造為主攻方向的中國工業(yè)轉型意義重大。

　　一點(diǎn)彎路都沒(méi)走

　　PLC是工業(yè)控制系統的核心“組件”。工業(yè)控制系統是一個(gè)泛稱(chēng)，由PLC、SCADA（數據采集與監控系統）、DCS（分布式控制系統）、IPC（工業(yè)計算機）等組成。

　　全球工業(yè)革命從機械化到電子化、自動(dòng)化，從自動(dòng)化到信息化、數字化，逐漸形成了龐大復雜的工業(yè)控制系統生態(tài)，推動(dòng)著(zhù)工業(yè)制造的螺旋式發(fā)展。

　　一條工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)，可以抽象為工業(yè)裝備與工業(yè)控制系統，后者與工業(yè)裝備的融合，保證了生產(chǎn)的自動(dòng)化、柔性化。隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)向人機協(xié)同發(fā)展，要求從工業(yè)控制系統、各信息系統中共享數據并發(fā)揮數據價(jià)值，以實(shí)現數字化、智能化的數字化工廠(chǎng)。

　　生產(chǎn)是工業(yè)企業(yè)的本質(zhì)。工業(yè)控制系統是數字化轉型的底座，而這個(gè)底座牢牢掌握在國外企業(yè)“手中”。

　　長(cháng)期以來(lái)，從芯片到操作系統再到應用，信息技術(shù)形成了Wintel（Windows+Intel）和AA（ARM+Android）兩大生態(tài)。

　　在工業(yè)控制系統領(lǐng)域，則形成了四層嵌套結構，第一層是芯片，主要是英特爾、ARM。第二層是操作系統，主要是Windows、VxWorks。第三層是軟件編譯器。第四層是控制器。

　　目前，全球工業(yè)控制系統基本都基于X86、ARM架構。而國內工控系統機器端，90%以上都采用了國外芯片。

　　這是工業(yè)控制系統最底層的“卡脖子”技術(shù)，也是PLC信創(chuàng )最需要“攻克”的目標。而“華龍訊達和龍芯中科的合作成果，基本上解決了這個(gè)問(wèn)題”。

　　這是一種基于供應鏈的聯(lián)合創(chuàng )新。從三年前開(kāi)始探討聯(lián)合打造新型工業(yè)控制系統開(kāi)始，華龍訊達與龍芯中科的團隊進(jìn)行了深度的嵌合，組成聯(lián)合攻關(guān)組。龍芯開(kāi)放了底層的芯片指令集，而華龍訊達則將其融合在高速高動(dòng)態(tài)響應的各種工業(yè)場(chǎng)景。

　　這種開(kāi)放指令集的動(dòng)作，對于行業(yè)占主導地位的Intel或者ARM芯片，是根本不可能的。而現在，有了芯片、控制器和用戶(hù)的三方信任和聯(lián)動(dòng)，控制器的進(jìn)展速度就很快。

　　2021年，龍芯中科推出具有100%自研LoongArch指令集的3A5000芯片，就已經(jīng)考慮到很多工業(yè)應用的場(chǎng)合。其跟華龍訊達的控制器構成了原生態(tài)的匹配。2022年11月，華龍訊達成功研制出基于龍芯的中大型JIC PLC。

　　“將芯片直接嵌入到場(chǎng)景中進(jìn)行打磨，可以說(shuō)是一點(diǎn)彎路都沒(méi)走?！倍虐怖f(shuō)。

　　這只是雙方合作的階段性成果。隨著(zhù)不久前龍芯3D5000的發(fā)布，以及未來(lái)龍芯系列化產(chǎn)品的迭代，下一步，雙方將共同開(kāi)發(fā)更快的工控系統。

　　中國的控制器系統，第一次開(kāi)始基于自主芯片版本迭代進(jìn)行同步更新。

　　為什么是華龍訊達

　　工業(yè)控制系統的核心技術(shù)有四大版塊：芯片技術(shù)、操作系統技術(shù)、編譯器技術(shù)和控制器技術(shù)，構成了國產(chǎn)化的巨大鴻溝。

　　工業(yè)控制市場(chǎng)西門(mén)子、歐姆龍等PLC，往往都是基于傳統指令的全封閉結構。

　　德國倍福在15年前推出微秒級IPC，是西門(mén)子毫秒級的幾十倍?，F在，盡管倍福在全球風(fēng)電市場(chǎng)、煙草市場(chǎng)“獨領(lǐng)風(fēng)騷”，但從全行業(yè)看，倍福的市場(chǎng)占有率是“頂流”的零頭。

　　華龍訊達和龍芯中科成功推出完全自主的微秒級PLC，是因為基于新的技術(shù)架構的升級：一是龍芯自主LoongArch指令集和基礎操作系統，二是華龍訊達多年對于控制器架構的深度研發(fā)。

　　對PLC信創(chuàng )而言，從0到1尤其珍貴。這意味著(zhù)華龍訊達由此成為工業(yè)控制系統的“攪局者”。

　　但是，為什么是華龍訊達？

　　華龍訊達成立于2003年，從成立之日起就聚焦于工業(yè)控制系統的升級、改造、迭代。一直在幕后。

　　早在2011年，華龍訊達就已經(jīng)研發(fā)出基于英特爾的編譯器，以及推出了國內第一款基于英特爾芯片的PLC，并在機臺上得到十幾年實(shí)際應用，積累了豐富的控制經(jīng)驗。

　　與此同時(shí)，2004年公司開(kāi)始做數據采集，也就是從控制系統中拿數據，相繼，做了物聯(lián)網(wǎng)、數字孿生，從而打通工業(yè)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現數據互聯(lián)互通與數據應用。2017年，開(kāi)始研發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。從底層到云端，從硬件到軟件，打通云、邊、端。

　　二十多年來(lái)，華龍訊達圍繞頂級的國外PLC產(chǎn)品進(jìn)行電氣配套與升級工作，對國際各種PLC的內部架構和電氣電子實(shí)現方式了如指掌。通過(guò)吃透這些工控產(chǎn)品的各種參數，發(fā)展出“深井打水”的獨特競爭力，在數據采集、數字孿生等技術(shù)在國內拔得頭籌，得到廣泛應用。

　　今天，公司的主營(yíng)業(yè)務(wù)收入中，工業(yè)控制占50%以上，包括新機內置、系統升級等。

　　2020年，公司做出一個(gè)重大決定， 將內部使用的控制系統，對外開(kāi)放出來(lái)，并且跟工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺相結合。從內部產(chǎn)品化，到外部商業(yè)化。跟國產(chǎn)芯片合作，打造全國產(chǎn)化的控制系統，則水到渠成，從而可以徹底解放數據生產(chǎn)力。

　　控制才是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的底盤(pán)

　　隨著(zhù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的深入，企業(yè)的需求正在發(fā)生全新變化。企業(yè)不再滿(mǎn)足諸多控制系統、人機界面之間的頻繁切換——這形成了很多孤島。在產(chǎn)線(xiàn)機器上，多層系統、多層協(xié)議導致數據流動(dòng)非常不暢，無(wú)法形成有效的數據驅動(dòng)和決策。

　　華龍訊達希望能夠實(shí)現一個(gè)工業(yè)控制級的自動(dòng)化平臺。它將PLC、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、工業(yè)網(wǎng)關(guān)等物理資產(chǎn)進(jìn)行打通，實(shí)現監控軟件SCADA、人機界面HMI等軟件的無(wú)縫切換。這意味著(zhù)底層的控制系統，可以直接跟整個(gè)機器的軟件環(huán)境連接在一起。

　　在這個(gè)過(guò)程中，把工業(yè)控制與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、數字孿生打通。而控制系統是最為核心的底層技術(shù)。

　　當工業(yè)控制的指令集和數字孿生打通后，數字孿生的每個(gè)動(dòng)作、每個(gè)防控、每個(gè)開(kāi)關(guān)、每個(gè)傳感器等每一個(gè)指標，都將是由控制節點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)驅動(dòng)。圍繞著(zhù)過(guò)程優(yōu)化的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數字孿生，將發(fā)揮洞察機器“黑洞”的能力。

　　也只有將控制系統與數字孿生真正打通，數字孿生才開(kāi)始具備采用“活數據”支撐實(shí)時(shí)決策的能力。

華龍訊達的自動(dòng)化平臺，是將各種軟件系統進(jìn)行原生的融合。在底層，龍芯指令集與華龍訊達工業(yè)控制系統指令集進(jìn)行融合與匯編?；诖?，在控制器進(jìn)行編譯的時(shí)候，才可以實(shí)現原生的HMI和SCADA，實(shí)現各個(gè)機臺之間無(wú)差別的交互操作。

　　龍小昂認為，工業(yè)控制才是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心能力。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的實(shí)施往往費時(shí)費力，難點(diǎn)在于OT與IT的融合，在于控制系統如何與其他數據進(jìn)行同步分析與處理。芯片級的指令交互，是整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大廈的根基。

　　新的工業(yè)自動(dòng)化平臺，可以實(shí)現平臺級的編譯器。這是基于控制器的IT和OT融合的平臺。它可以實(shí)現每個(gè)傳感器、每個(gè)工位，以及每個(gè)設備、生產(chǎn)線(xiàn)、車(chē)間、工廠(chǎng)的真正連接。通過(guò)平臺，向上，可以與ERP、MES、物流、WMS等整個(gè)信息系統對話(huà)，向下，可以和機器對話(huà)。

　　這些，都得益于華龍訊達和龍芯的合作，實(shí)現了控制系統的向上夠頂、向下扎根的全棧式連通。

　　生態(tài)遷移之戰

　　中國信創(chuàng )產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，很多時(shí)候就是生態(tài)之戰，而非單點(diǎn)技術(shù)的突破。龍芯已經(jīng)將芯片做的很扎實(shí)，而在自動(dòng)化控制系統領(lǐng)域，則需要有一個(gè)完整的生態(tài)支撐。

　　以前的工業(yè)控制系統，由于底層系統由國外廠(chǎng)商壟斷，不會(huì )開(kāi)放源代碼，因此非常封閉。如果沒(méi)有源代碼，要實(shí)現架構遷移很困難。這使得國內大量的生態(tài)，不得不根植在既有的壟斷格局之上。

　　龍芯中科是國產(chǎn)自主CPU的引領(lǐng)者，已形成大、中、小三條處理器產(chǎn)品線(xiàn)，分別是1、2、3號系列。性能由低到高，可以廣泛用在工業(yè)控制系統上。龍芯1號系列芯片可以做邊緣層的數據采集和傳輸工作。2號可以做控制器、網(wǎng)關(guān)等，而3號則適合工業(yè)計算機/服務(wù)器、工業(yè)云的應用。

　　可以說(shuō)，龍芯已經(jīng)搭建一個(gè)很好的底層基礎，但向上“生產(chǎn)”，則還需要更多的“主干”。對此，華龍訊達提供了很大的支撐。龍芯中科副總裁杜安利對此表示，“華龍訊達的控制系統線(xiàn)非常全面。我很少見(jiàn)到國內企業(yè)能夠在工業(yè)控制領(lǐng)域把編譯器做得這么深的同時(shí)，又能將控制軟件、數字孿生、標識解析等全部打通的企業(yè)?！?/p>

　　現在，基于龍芯完全自主、國產(chǎn)的指令系統、CPU、操作系統，華龍訊達可以跟龍芯一起，跟很多工業(yè)合作伙伴打造真正的自主的工業(yè)解決方案。這為中國自動(dòng)化新生態(tài)的建設，提供了主干支撐的能力。

　　企業(yè)可以直接調用龍芯的指令系統，基于國產(chǎn)的軟硬件技術(shù)，建設面向未來(lái)數字工廠(chǎng)的各種應用。國產(chǎn)工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)商的軟件應用，完全可以在龍芯平臺上進(jìn)行遷移。從車(chē)間最底層，到管理最上層，都可以形成全面連通的解決方案。

　　2022年12月，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、龍芯中科、華龍訊達舉行“新型工業(yè)控制系統聯(lián)合實(shí)驗室”簽約儀式。實(shí)驗室未來(lái)將在新型工業(yè)控制系統的標準、規范、體系、架構等層面不斷迭代。這意味著(zhù)，新型工業(yè)控制系統，可以向更多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行賦能。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入深水區，新型控制系統的攻堅將成為一個(gè)重點(diǎn)。華龍訊達和龍芯，提供了一條控制級里的OT和IT的融合之路，未來(lái)有望建立一個(gè)全國產(chǎn)自動(dòng)化生態(tài)系統。這會(huì )有力推動(dòng)中國自動(dòng)化的國產(chǎn)化進(jìn)程，助力建設數據驅動(dòng)、高效運轉的數字工廠(chǎng)。（馬永和）

來(lái)源 : 中國工業(yè)新聞