工業(yè)控制系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢分析

（文章來源：?IT168）

第一次工業(yè)革命發(fā)生于18世紀到19世紀，通過創(chuàng)造新的制造工藝改進了生產(chǎn)流程從而促進了社會的進步。當(dāng)時的制造業(yè)主要依賴于手工進行商品的生產(chǎn)，而誕生于英國的第一次工業(yè)革命改變了這種狀況，使得機器制造業(yè)能夠更好地利用水和蒸汽動力促進生產(chǎn)力提升。而這些改進的創(chuàng)新思想和體系在第二次、第三次工業(yè)革命中自然也起了很大的作用。工業(yè)4.0的基本概念與其他工業(yè)革命相同：通過改進業(yè)務(wù)流程和制造工藝，減少生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)材料成本，減少制造缺陷產(chǎn)品的數(shù)量，并通過創(chuàng)造能夠代替人工作的機器來使工業(yè)制造更容易。

關(guān)于實踐的最新進展情況，我們通過分析傳統(tǒng)的自動化金字塔模型來進行說明。傳統(tǒng)的自動化金字塔代表了當(dāng)今工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的一個典型模型。從傳感器到執(zhí)行器的所有物理設(shè)備都處于現(xiàn)場級，用于控制這些現(xiàn)場級物理設(shè)備的數(shù)據(jù)和動作處于第二級，第二級通過使用PLC等物理硬件來控制現(xiàn)場級的物理硬件。第三個級別是一個數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控級別，允許用戶通過SCADA系統(tǒng)監(jiān)視和控制他們的工業(yè)控制過程。

SCADA是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的縮寫，典型的SCADA架構(gòu)包括傳統(tǒng)自動化金字塔的前三個級別。MES和ERP系統(tǒng)則在SCADA架構(gòu)之上。MES代表制造執(zhí)行系統(tǒng)，它是指實時監(jiān)控制造數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。MES系統(tǒng)可以跟蹤整個生產(chǎn)過程的貨物情況。企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)提供了自動化金字塔的最高級別。ERP系統(tǒng)管理核心業(yè)務(wù)流程的實時監(jiān)控，如生產(chǎn)或產(chǎn)品計劃，物料管理和財務(wù)情況等。

在自動化控制誕生之前，系統(tǒng)和機器的生產(chǎn)必須依靠手工進行操作。而自動化所帶來的好處是，將那些需要重復(fù)操作的環(huán)節(jié)利用自動化控制實現(xiàn)，解放了人的雙手并實現(xiàn)了諸多優(yōu)勢--從縮短上市時間到減少故障產(chǎn)品均能夠很好表現(xiàn)自動化控制的優(yōu)點。人們需要更多的靈活性來保障快速的產(chǎn)品生產(chǎn)上市銷售，靈活性是現(xiàn)在工業(yè)自動化的關(guān)鍵和重點。這些靈活性表現(xiàn)在：越來越多的工廠數(shù)據(jù)應(yīng)該是可復(fù)用的，邏輯代碼應(yīng)該是易于移動和可重用的，系統(tǒng)應(yīng)該是模塊化和可擴展的，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自己的需求選擇他們的優(yōu)選供應(yīng)商而不是現(xiàn)在的綁定銷售等等。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的這些實現(xiàn)支持了未來工業(yè)控制系統(tǒng)靈活性和可擴展性的需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使得我們的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以進行規(guī)?；?u>存儲，實現(xiàn)以前不可能實現(xiàn)的大數(shù)據(jù)，并利用云計算平臺前所未有的計算能力對這些大數(shù)據(jù)進行分析，挖掘和優(yōu)化生產(chǎn)效率。工業(yè)4.0使得現(xiàn)場設(shè)備、機器和工廠已經(jīng)變得“更智能”，所以我們可以談?wù)撝悄茉O(shè)備、智能機器和智能工廠。

但是，我們會發(fā)現(xiàn)，無論是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還是工業(yè)4.0，均未對工業(yè)控制系統(tǒng)的的“大腦”PLC做出任何更進一步的技術(shù)變革。這種兩頭重中間輕的現(xiàn)象，就好比是高速路上的收費站，光高速路擴寬遠遠不能夠?qū)崿F(xiàn)更大的汽車吞吐，矗立與高速路上的各個收費站才是這條路上的瓶頸點。因此現(xiàn)在針對收費站都需要設(shè)置更多收費窗口、實現(xiàn)電子收費等等舉措改革而適應(yīng)高速快速增長的車流。適用于工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域也是一樣，控制的核心PLC設(shè)備不能夠靈活擴展，無疑這一限制將會大大減弱工業(yè)控制系統(tǒng)靈活性和可擴展性。

因此目前業(yè)界針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0等的技術(shù)體系探索，重點將圍繞PLC展開。具體來說實現(xiàn)PLC靈活性和可擴展性的方案主要有以下兩種：1、實現(xiàn)PLC虛擬化。利用PLC虛擬化是虛擬PLC（vPLC）取代傳統(tǒng)硬件PLC；2、PLC硬件重構(gòu)，實現(xiàn)下一代新型和智能的PLC設(shè)備，取代傳統(tǒng)硬件PLC。

這兩種技術(shù)是目前工業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)化的技術(shù)熱點和研究方向，至少從理論實現(xiàn)的角度上來說，實現(xiàn)PLC虛擬化將最大程度的保障現(xiàn)有的大部分廠家及其用戶的現(xiàn)有利益，并且基于信息系統(tǒng)的成功案例，使得大家對其實現(xiàn)信心滿滿。另外的PLC硬件重構(gòu)，主要以軟件定義思想為核心，將PLC硬件的邏輯運算平面和邏輯控制平面進行分離，PLC硬件將實現(xiàn)通用的邏輯運算，統(tǒng)一由控制器進行控制平面的邏輯控制和邏輯管理。