中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院研究員王德吉

控制系統(tǒng)是制造企業(yè)制造過程中的神經(jīng)中心、操作中心和安全屏障。它實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視、控制和優(yōu)化整個(gè)過程流程和產(chǎn)品質(zhì)量的功能，是確保重大工程和重大裝備安全可靠和高效優(yōu)化運(yùn)行的不可或缺的關(guān)鍵通用硬軟件平臺(tái)與系統(tǒng)。隨著控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用日益成熟。然而，隨著智能制造時(shí)代的到來，IT與OT的集成發(fā)展已成為大勢所趨。作為智能制造的基礎(chǔ)層和自動(dòng)化控制層的核心，控制系統(tǒng)不可避免地面臨新的挑戰(zhàn)。智能制造基于數(shù)據(jù)，因此有必要獲得完整且相互關(guān)聯(lián)的全局?jǐn)?shù)據(jù)，以更好地協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)過程。控制系統(tǒng)是整個(gè)智能制造架構(gòu)中硬功能的核心鏈接。它需要具有更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析功能，以更好地支持上層智能軟件的開發(fā)。具體說來，PLC面臨以下挑戰(zhàn)：

高性能控制：智能制造環(huán)境需要PLC以比以往更快的速度來處理指令、服務(wù)中斷并支持集成的HMI。這需要處理器具有更高的MIPS和多個(gè)內(nèi)核，這必將導(dǎo)致高昂的成本和功耗。

互連接性：不同機(jī)器之間的M2M連接性要求在單個(gè)PLC系統(tǒng)中支持多種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，而企業(yè)連接性則需要對應(yīng)用程序互連接性框架（如OPC-UA）的支持。

安全的通信：工廠網(wǎng)絡(luò)外部連接到企業(yè)的PLC容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，這使安全成為主要問題。

跨平臺(tái)的互連接性：選擇錯(cuò)誤的處理器可能會(huì)導(dǎo)致代價(jià)高昂的錯(cuò)誤，因?yàn)椴煌到y(tǒng)之間的功能互連接性要求使用在非專有處理器內(nèi)核上運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化操作系統(tǒng)。

市場的多變性：隨著連接性和互連接性環(huán)境的不斷發(fā)展，市場需求的更改變得更加頻繁，這需要對軟件和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行更改。

此外，傳統(tǒng)的挑戰(zhàn)仍然存在，包括可伸縮性、功能安全性、更低的功耗、更小的面積。

總之，隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的逐步實(shí)現(xiàn)，工廠邊緣智能化是實(shí)現(xiàn)智能的關(guān)鍵所在。PLC面臨著大數(shù)據(jù)、高性能控制、互連接性、安全性、跨平臺(tái)等挑戰(zhàn)。通過片上系統(tǒng)（SoC）現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）設(shè)計(jì)的片上PLC能夠應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。片上PLC通過云實(shí)現(xiàn)工廠與企業(yè)之間的安全通信，支持工業(yè)生產(chǎn)商獲取并使用工業(yè)過程數(shù)據(jù)，提高了效率，還支持海量定制，通過預(yù)測性維護(hù)降低了由于工廠停工帶來的高成本。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年4月刊