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时空——王者之师

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发表于：2013-01-12 21:16:38

楼主

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预测探讨前明确几个概念问题
1、控制器间、同一控制器不同处理器间的数据交换作为控制器的功能讨论，不作控制器的通讯性能讨论。

2、系统程序、函数块等作为控制器硬件不可分割的部分，作为控制器的功能性能讨论，不作为控制器的软件讨论。

PLC由开始之初的可编程逻辑控制器，到可编程控制器，再到具有各种中断、位置、模数信号处理功能的控制器，今天的PLC再也不是当初的简单逻辑控制了。随着计算机技术的不断发展，PLC技术也大踏步的发展着，但由于PLC大都应用于工业控制，由于其生产价值、可靠性、安全性等因素，导致其发展速度远远落后于个人计算机。

我们就从PLC控制器的处理器位数谈起！

将采用32位及以上处理器，数据处理、交换更加高效

随着部分32位处理器逐步投入市场，未来处理器将迎来数据处理速度倍速阶段，这也对目前PLC控制器处理器速度偏慢，无法满足超大数据即时处理问题得以有效缓解。相信未来PLC控制器将采用更加高速的64位128位甚至更快速的处理器，对于数据处理更显即时性，由此带来被处理数据的值更大，对应物理单元精度更高，控制更加精确、即时、可靠。

首先发一张图片给大家看看：

这是一张2012年上海工博会上机械手打乒乓球的照片。当时看到乒乓球台围了很多人，要知道机械手打乒乓绝对是个高技术活儿，球这么轻，这么小，运动空间虽然不大，但是乒乓球的运动位置与状态绝对够CPU处理一阵了，况且球来回也就2秒左右的时间。结果，相信很多同行看了都比较失望，机械手只是发球给互动同行接球!更加失望的是，机械手是定点发球！后来想想，这也不怪厂家，如果真要是机械手与互动同行打上几个回合的话，那个难度可以想象的。实际上，除去检测、执行时间，真正留给机械手控制器的处理时间基本没有了。尽管控制器的理论处理速度很快，但应用中控制器处理速度受到诸多限制，必须有更快的处理速度才能满足应用需求。

因此，本人认为未来第六代PLC控制器必将采用32位及以上处理器，进行更加高效的数据处理与交换。

将大量采用并行数据交换，采用光纤等高保真传输技术，取消目前通讯协议中的数据校验方式

PLC控制器处理器速度的提高，给数据交换即时性带来的现实可行的特性，但是目前控制器与控制器间大都采用串行数据交换的方式，数据交换较慢，还有校验等冗余数据处理，使得PLC控制器处理器的速度提高无法发挥出其速度特性。因此，未来PLC数据交换将大量采用并行通讯，同时随着光纤等传输技术的发展，数据校验等方式将会消失，所有的数据交换进行并行传输方式，通过光纤等高保真传输技术，实现控制器间高效、高质数据交换。

可以说无论是个人电脑、手机等民用计算机领域，还是PLC、HMI等工业计算机领域，串行传输数据都是当之无愧的霸主。那么我为什么还要说未来PLC控制器将大量采用并行数据交换（数据传输）呢？原因有二：1、并行较之串行数据传输的高效（速度快）；2、并行数据传输过去缺点是当传输距离较远、位数又多时，导致了通信线路复杂且成本提高，并且并行数据传输干扰较大，然而光纤传输技术的发展，将并行数据的这些缺点不足一扫而净！

数据传输光纤传输的优势

1、光纤几乎不存在任何衰减，只有lc或sc头自身略有衰减，而且这并不会造成距离上的影响，通常在20dB以内，完全忽略不计。除非这条光纤距离太长，例如长达2.2公里的多模光纤，在传输中就彻底没信号了，否则只要有信号，速度就是与发送端相当的。

2、抗干扰性强、零掉包率，无论在光纤周围盘绕着多么复杂的强电，传输速度始终保持一致。此外，传输过程中掉包现象的概率几乎为零，测试时200成品多模跳线作为干线，电信的软件在满机时是测不出来。

3、使用寿命很长、兼容性高，市场上一般的光纤可以用到10年甚至更久，这一点铜缆网线是无法相比的。而且兼容性很高，光纤在未来网络高速提升中，无论是1兆10兆甚至未来的万兆，10万兆，任何一条跳线都是通用的，不会像铜缆网线那样有5类6类甚至十几类，不会存在淘汰的问题。

光纤传输技术请参阅：http://baike.baidu.com/view/1192388.htm

另一方面，并行光纤传输技术也正在大力发展之中，目前已经有很多此类专利，有的公司已经开始研发这一技术，比如：安捷伦与敏迪联手共建4通道并行光纤模块统一标准、Avago推出新一代12通道并行光纤模块产品等等。相信某一天，我们拿着手里的PLC编程线，感想——世界变化真快，居然变成光纤线了！

因此，本人认为未来PLC控制器必将大量采用并行数据交换，光纤传输也将取代众多目前采用电缆传输的线路，而目前通讯协议中冗杂的数据校验也将取消，变得更加简单高效的校验方式。

对于此类变化发展，本人认为将在第六代PLC控制器中晚期开始。

将大量出现中央控制器搭配现场控制器的云控制模式

高效、高质、即时的数据交换给未来PLC控制器的云控制提供了切实可行的技术基础。未来PLC控制器，将可以控制一个工厂，一个公司集团的所有工业设备，甚至办公设备。形如一个PLC作为中心处理器的大脑，各设备控制器作为既独立又受控的神经元。

其实云控制的简易或者说是雏形，现实应用中已经大量出现，比如一台PLC、HMI通过总线对子站进行数据交换和简单的工艺控制，这一技术基本上所有的PLC、HMI、工控机等厂家都拥有。只是这种雏形的云控制模式目前主要用于数据交换，其控制对象多为即时性要求较低，控制工艺较为单一的重复，并且控制工艺一般都较简单。因此，目前这种云控制还不是真正意义的云控制。

那么真正的云控制是什么样呢？我们借助两部科幻影片来简要说说。

首先以大家更为熟知，并更接近我们工业云控制的《我，机器人》（《机械公敌》）为例来说说。

影片中一个名为“薇琪”的中央控制系统对所有NS-5型超能机器人进行控制，执行“人类保护计划”。薇琪可以对成千上万的NS-5型机器人进行同时控制，可以对各个机器人同时差异性监督与控制，而各个机器人也可以按照薇琪给予的任务独自完成。这种中央控制器可以对现场控制器进行即时、精确、高效地监督与控制，现场控制器也可以按照中央控制器给予的任务独立完成控制，并即时传输控制状态给中央控制器的模式，即是本文所说的中央控制器搭配现场控制器的云控制模式。

云控制中还有一种更为高级的控制模式，我们再以另一部电影《天地逃生》（《Gamer》）为例说说。

影片中有一个叫“凶手”的真人操作游戏，将死刑犯们置入残酷的杀戮战场，由线下的玩家指挥他们作战。玩家可以通过游戏服务器对死刑犯进行任一动作同步控制，用一句影片中被操作者的话——鬼上身！这种现场控制器可以独立运行，也可以通过中央控制器控制另一或多个现场控制器同步运行控制，也是本文所说的中央控制器搭配现场控制器的云控制模式。

两部电影说明什么样的控制模式为云控制模式，而工业控制采用云控制有什么意义呢？我们来继续讨论！

举个例子，不管我们使用哪一种品牌的PLC控制器，编程时总会感觉功能指令（或者函数、函数块）太多，根本用不到这么多，同时这也无形中加大了我们使用PLC做工程的效率。

   另一方面，我们应用中也发现，再强大PLC控制器总有某个或多个功能没有办法实现，或者实现起来很是冗杂。这一问题说明什么呢？说明当前PLC控制器依然有很多不合理的地方，同时这也说明为什么当前PLC控制器在向两个方向强势发展的真正原因！相信未来第六代PLC控制器中，大型PLC将成为本文所说云端的中央控制器（当然这是集PLC、工控PC等优点于一身的大型控制器），而中型、小型PLC控制器将成为本文所说的现场控制器。
   中央控制器因其天生具有超高速的运算处理能力，在各种工艺算法上，利用其速度优势，利用高速高保真的数据交换线路分担甚至取代现场控制器的这一任务。同时中央控制器云控制的模式，将把复杂的工艺编程、数据处理集中到其自身，而现场控制器的编程使用更加方便、简单、快捷。
   在应用方面，云控制将为一些行业应用降低成本。
   比如双机热备冗余，因中央控制器具有取代现场控制器的进行现场控制的能力，这种场合将有很多情况下可以采用“单机热备冗余”方式进行取代。
   再比如，很多设备现场控制器可以简单到如同一台远程I/O站，其控制功能都由中央控制器来完成，甚至有些设备直接将执行、信号采集等单元的控制接入中央控制器的数据总线，由中央控制器直接控制。当然现在有些工艺要求不高的场合已经有这么控制的，但是工艺要求很高的场合，目前依然没有哪一个PLC厂家可以用一台大型PLC（就像<机械公敌>中‘薇琪‘那样）控制成千上万的各车间各种设备。
   因此本人认为，云控制的意义在于，他将解决当前PLC功能上过多又过少的问题，同时可以有效降低成本。

将出现各种各样具有工艺特性的专用控制器取代当前较为通用的通用控制器

PLC控制器作为一个中央处理器的存在，将分担大量数据处理及相关控制工作，而现场控制器将更多的处理能力留给必须现场在线处理的工艺加工。未来的现场PLC控制器，现场功能将逐渐由现在的通用性变化为专用性，不同设备，不同工艺，将有更加细化的专用控制器。

   首先我们来统一一下概念。
   为什么说当前PLC控制器为较为通用的通用控制器？当前的PLC控制器能够适用于绝大部分工业应用场合，同时很多场合还需要其他扩展模块与其配合才能达到控制要求。因此，当前通用的PLC控制器，实际上并不通用！
   本文讨论的未来现场PLC控制器，其电路、芯片等物理硬件将以一个更为统一的平台出现，其操作、控制、功能指令（系统函数、函数块）等软硬件将随应用场合的不同呈现专用性，并且其本身将可以根据客户自身要求进行自行选择安装加载。打个比方，未来现场PLC控制器比如是一台PC机，你可以安装家庭版、专业版、服务器版WINDOWS，实现不同应用的需要，但是电路、芯片等物理硬件可以是一模一样的。所以本文所说的各种各样具有工艺特性的专用控制器主要指操作、控制算法等软硬件的专用性，而其物理硬件将在目前PLC控制器的基础上更加通用。
   下面举个例子来说明未来PLC控制器必须在操作、控制算法上进行专用性的必要。
   以我司喷气织机电气系统为例，主喷、辅喷等电磁阀运行频率为41~50HZ（即在0.02S内有15个左右的电磁阀要完成一个循环动作），如果用PLC输出点控制的话，以目前主流PLC扫描速度10MS（假设程序不长）为例，可以达到100HZ。而实际上，PLC还要进行变频、伺服、各种限位保护、起停、高速计数等控制，使得PLC实际工作时，根本不能以50HZ的控制速度来控制主喷、辅喷等电磁阀工作。目前这一控制，我们通过使用单片机独立控制来完成。所以，本人认为，未来喷气织机上的PLC控制器，必须在控制算法上把这一功能单独罗列，而我们只需要进行对应的调用配置，即可完成这一功能。
   当然，其他行业，比如位置控制、过程控制（压力、温度、流量等）等等，都将进行这样的功能罗列，减轻大家实际应用时的负担。同时这些功能只有应用需要是，进行软硬件配置，而不是一股脑地全部放到系统里，给应用时带来不必要的麻烦。