而基于这样的梯形图逻辑进行编程,只需要根据现场工厂环境的的生产流程对照编程梯形图逻辑即可,从而实现控制过程的可编程性。这个可编程逻辑控制器(PLC)虽然是可编程的,但是和现今热炒的软件定义还是有一些区别,主要在于可编程逻辑控制器(PLC)的可编程性具有一定的限制条件。即每台可编程逻辑控制器(PLC)对其进行编程,都需要特定的编程软件将程序实现之后,通过和可编程逻辑控制器(PLC)通讯来实施最终的控制过程程序的上载。可编程逻辑控制器(PLC)介于传统硬件设备和软件定义之间,实现了数据平面的可编程性,但是控制平面并没有抽离出来实现统一集中控制。
PLC是为了应对机电继电器复杂的机器控制而开发的。目的是开发更灵活的控制系统,减少机器停机时间,并用这种新设备执行逻辑功能。从PLC开发出来到现在,确实也达到了最初设计和开发的目的。PLC已经在工业自动化领域默默奉献了有几十年的历史,即使在对安全至关重要的应用中,它们也已经实现了对机器进行控制的可靠性。以至于几乎所有的现代工业自动化的控制器都是由PLC实现,在工业环境下,PLC几乎无所不能。
工业控制系统发展趋势
第一次工业革命发生于18世纪到19世纪,通过创造新的制造工艺改进了生产流程从而促进了社会的进步。当时的制造业主要依赖于手工进行商品的生产,而诞生于英国的第一次工业革命改变了这种状况,使得机器制造业能够更好地利用水和蒸汽动力促进生产力提升。而这些改进的创新思想和体系在第二次、第三次工业革命中自然也起了很大的作用。正在进行的工业革命是第四次工业革命,也被称为工业4.0(德国提出)或工业互联网(美国提出)。工业4.0的基本概念与其他工业革命相同:通过改进业务流程和制造工艺,减少生产时间,降低生产材料成本,减少制造缺陷产品的数量,并通过创造能够代替人工作的机器来使工业制造更容易。
工业4.0或工业互联网是正在进行的工业革命的术语。它最初是指制造业的数字化,但实际上也指医疗、物流、石油和天然气等其他行业的数字化。也指我们经常听到的有关智能工厂,智能城市或智能设备的概念。工业4.0是关于物联网(IoT),网络物理系统(CPS),信息技术(IT)和操作技术(OT)的融合,其中,变革首先从信息技术领域引发,云计算,机器学习和大数据等IT技术引导现代信息企业采用新的业务模式,改进自身业务流程和运营效率,提升企业核心竞争力。而这些IT新技术的发展解决了互联网企业和传统企业共同的一个诉求,即解决规模不断扩张、业务快速变化的挑战,同时还有效控制成本。在传统企业中,其他类型的企业愿意通过在早期阶段部署新技术来承担风险,而工业企业可能会更谨慎。由于工业环境的特殊性,工业企业的这个诉求是否能够借鉴互联网企业的成功还是一个未知数。为了克服这个门槛,这个行业需要创新,因此类似工业4.0等概念和体系的兴起,目的就是为了进行大量的研究、测试和实施这些技术变革引导到工业企业中。
关于实践的最新进展情况,我们通过分析传统的自动化金字塔模型来进行说明。传统的自动化金字塔(图1)代表了当今工业控制系统领域的一个典型模型。从传感器到执行器的所有物理设备都处于现场级,用于控制这些现场级物理设备的数据和动作处于第二级,第二级通过使用PLC等物理硬件来控制现场级的物理硬件。第三个级别是一个数据采集和监控级别,允许用户通过SCADA系统监视和控制他们的工业控制过程。SCADA是数据采集与监视控制系统的缩写,典型的SCADA架构包括传统自动化金字塔的前三个级别。MES和ERP系统则在SCADA架构之上。MES代表制造执行系统,它是指实时监控制造数据的系统。MES系统可以跟踪整个生产过程的货物情况。企业资源规划(ERP)系统提供了自动化金字塔的最高级别。ERP系统管理核心业务流程的实时监控,如生产或产品计划,物料管理和财务情况等。
图1--传统的自动化金字塔