1104
从诞生至今，PLC出色的完成了衔接设备层与信息层的任务，承担了上传下达的职责，并收获了易用、可靠的美名。我们将工业领域的架构，分为现场层、控制层、信息层等多个层级“金字塔”的做法，也伴随PLC一起深入人心。但是在最近几年，工业领域发生了很大的变化，工厂需要更扁平的架构、更简单的流程和更智能的分析。这时如果依然沿用过去的分层架构思路，有些不合时宜。
物女皇：PLC不再是当年那个PLC
随着工业互联网的发展，有些变化是不可避免的，有些趋势是不可逆转的。市场、需求和技术的迭代，推动产品的演进，一切只是时间问题。
作为跨越OT与IT的桥梁，PLC的作用不容小觑。PLC连接与控制多种设备，将数据分析、处理，并传递到上层的信息系统，成为工厂与车间的控制中枢。
从诞生至今，PLC出色的完成了衔接设备层与信息层的任务，承担了上传下达的职责，并收获了易用、可靠的美名。我们将工业领域的架构，分为现场层、控制层、信息层等多个层级“金字塔”的做法，也伴随PLC一起深入人心。
但是在最近几年，工业领域发生了很大的变化，工厂需要更扁平的架构、更简单的流程和更智能的分析。加之PLC的功能日益完善，具备了更强大的数据处理，被赋予了跳出原有层级束缚的能力。
这时如果依然沿用过去的分层架构思路，有些不合时宜。
伟大的冰球选手韦恩·格雷茨基，保持着40项常规赛纪录、15项季后赛纪录和6项全明星赛纪录，当他被问到如何在冰上跑位时，他说：“我滑向球下一步的位置，而不是它现在的位置。”对于PLC，我们也应该如此对待。
面向未来，突破“金字塔”的束缚逐渐成为一种必然，PLC的使命也有可能被重新定义。
跳出“金字塔”的架构，过去的一些基本假设需要被重置：
数据不必被分层，不同层级之间的数据可以相对自由的流动
数据的来源方和使用方，都更加丰富多样
每个节点具备一定的智能，就近可以对数据进行初步分析和处理
5年之后，PLC会变成什么样子？思考这个问题，更易把握工业互联网的发展机遇。本文试图呈现一些PLC的未来演进路径和方向。
01、从PLC到工业智能控制器
第一种演进路径，由OT领域的传统巨头主导，他们均已推出了下一代PLC的雏形。
最早启动变革的是施耐德电气，不仅积极推动PLC直连到云，还大力推进开放自动化体系，采纳开放环境的编程语言IEC 61499，成为传统自动化巨头中的一股清流。
知名的事件要属在2019年汉诺威工业展上，施耐德电气推出了面相工业互联网的控制器M262。简单介绍，M262是一款集逻辑控制和运动控制于一体的PLC，能够直接连接到云平台，不需要中间加一个网关进行数据中转。
延续直连云端、开放易用的思路，菲尼克斯电气推出的下一代PLC，PLCnext，也值得关注。这款PLC基于Linux的操作系统，允许使用Node-Red等开源编程工具，它既可以用作边缘网关，也可以用作PLC。
PLCnext通过将操作系统、编程环境、通信接口和用户界面全面开放，将传统且稳定的PLC与现代软件工程的灵活性结合起来，在一个系统内既有实时控制的PLC，又有非实时的可直接链接IT（包括云、数据中心等）的系统，为OT与IT融合给出了一种解决方案。
西门子推出了一款S7-1500神经网络处理模块，使机器能够识别复杂模式。罗克韦尔自动化推出了LogixAI分析模块，为自动化系统提供了对异常情况进行预测性分析的能力。
两家企业的做法有些相似之处，这些轻量级的智能模块与原有PLC可以紧密集成。基于原有的控制系统，通过新增模块可以实现基础级的人工智能应用，不要求用户具备复杂繁琐的IT知识，无需部署IT网络，也无需切换控制平台。
从用户的使用习惯和心智认知出发，这些品牌挖掘了很深的护城河。
根据MIR睿工业的统计数据，PLC产品在国内市场的整体规模大约为130亿元人民币，其中大部分以国外品牌为主。西门子占据40%左右的市场份额，罗克韦尔自动化和施耐德电气紧随其后。他们对于PLC的演进路径具有较强的话语权。
依靠前期积累的品牌壁垒，这些知名企业一般采用循序渐进的方式，将PLC中嵌入更多的智能化功能，并成为连接到云的边缘设备。在这个过程中，可编程逻辑控制器这个名称已经不能涵盖PLC的全部能力，它逐渐变成了工业智能控制器。
这种循序渐进的方式充分迎合了用户的新使用习惯，不仅自动化系统可以承载更多的数据分析和处理能力，满足运算与控制的实时性、安全性要求，还能降低IT系统运营和部署的成本，分担管理系统的运转负荷。
02、从端到云，云化PLC
第二种演进路径，推动者来自CT领域，提出了云化PLC的概念。
云化PLC，是指在云端运行的可编程控制器。通过将物联接口标准化和应用云化，采用软件定义的PLC与工业互联网平台直接相通，实现PLC的远程控制，将APP和分析结果嵌入机器和云，实现智能化和自我感知，通过API和生态系统扩大工业互联网平台应用。
这种路径的顺利发展需要依靠一些前提条件。
首先，PLC的研发门槛已经被极大降低，标准化的硬件配合Codesys等工业领域的“安卓”平台，保证了新一代PLC开发的快捷性和易用性。
其次，通信技术的发展，让5G和TSN等技术融合成为可能，保证了数据传输的实时性和可靠性。
第三，云端应用和开发者生态的极大丰富，以及在B2C验证的成功实践，让新一代PLC的市场开拓可以探索更多的商业模式。
今年6月，华为携手紫金山实验室、上海交通大学、宝信软件正式发布了首个广域云化PLC的试验成果。试验基于新一代工业控制边缘计算架构和确定性广域网技术，实现了跨越600公里距离的广域云化PLC的部署和稳定运行。
实验中，云化PLC部署在上海，采用开放性架构实现，包括鲲鹏CPU、欧拉开源操作系统、面向IEC61499标准的PLC开发运行环境，远程控制部署在南京的执行端机械臂。在重度负载的背景流量冲击下，确定性广域网的平均时延小于4ms，时延抖动小于20us。
在此之前，已有云化PLC推出，运营商是重要的推动力量之一。
2020年11月，广东电信联合美的集团、华为公司，发布了“云化PLC创新应用”。今年10月，中国联通和浙江中控联合发布基于5G MEC的云化PLC品牌“DeepControl”。
物联网、虚拟化和5G等技术发展，正在为PLC开启许多新的可能性。在未来，一些工业流程可能会通过云端进行控制。但是在大多数场景中，仍然需要现场硬件来处理和传输数据。即便将5G与TSN结合，创造前所未有的无线通信速度，也不足以完全虚拟化所有机器控制，将其迁移上云。
物理上距离实体设备较近、充分满足实时性和控制复杂度的要求，以及对数据隐私和安全性的考虑，位于边缘侧的PLC仍然具有更大的施展空间。
云化PLC的落地还有待时间的考验，有些朋友可能会认为这类产品是来自CT领域的企业在试图用自己擅长的产品以改造自己不擅长的场景，这种初始判断无可厚非。
云化PLC的更大意义在于，它带给我们思维模式上的突破。
5G用无线的方式解决了实时性的问题，云化让PLC不必再受到物理位置的束缚。既然PLC可以云化，其它设备也具备云化的可能性。云化与5G的结合，让分布式控制系统的规模化、扁平性和分散性，都达到了史无前例的量级。
多个云化PLC产品的落地，说明工业领域的软硬件解耦已经发生，通用性的硬件和开放式的软件正在变成“新常态”。
03、从外到内，植入型PLC
第三种路径，推动者来自于OT领域的创新型企业，他们逐渐将PLC内置于各种设备。
这一路径的发展也有三个前提条件。
第一，PLC的尺寸极大降低。
PLC诞生时，外形尺寸很大，比电机大得多，甚至比一些小型设备还大，因此当时的PLC安装在电气柜中，还配备了冷却装置。今非昔比，如今PLC的尺寸缩小了10倍，而且性能有很大提升。
第二，电子器件的可靠性得到验证。
从历史上看，电子部件比机器部件发生故障的概率更高，蓝屏、死机在过去是家常便饭。因此，那时有娇贵的电子部件的产品，一般都需要被放置于易于访问，可以触及的位置，容易重启、更换和维修。
时光如梭，来到2021年，谁手上都有几个掉地不易碎、泡水不易坏、开机永在线的“皮实”手机。电子部件的可靠性已经得到了很大改善，可以与机器部件平起平坐。
第三，PLC的成本遵从反摩尔定律，快速降低。
过去，电子部件的成本远高于DIN导轨、外壳和电缆等支撑组件。现在微型PLC的成本仅为20年前的十分之一，为这些PLC配备导轨、外壳和电缆，不再划算。
综合考虑以上种种因素，在万物皆有智能的时代，PLC不再有独立外置于电气柜中的必要，而是可以植入到机器内部，甚至以PCB板的形式，成为机器内部的一个“器官”。
有不少提供运动控制解决方案的企业，已经将PLC、PCB板、模组或者同等功能的器件，内置于机械臂、CNC机床、移动机器人等设备“体内”。
典型的比如倍福和贝加莱（已经被ABB收购），他们发展的后劲十足，采用基于PC的控制，实现PLC的功能，让用户品尝到PC在软件工程方面的灵活性和开放性的优势。倍福还通过提供软件开发套件的方式，支撑第三方厂家的深度定制需求。
在这个快鱼吃慢鱼，群鱼吃大鱼的时代，很多大型企业面临着创新者的窘境。中小创新型企业具有轻装上阵的优势，随着PLC的演进，软硬件充分解耦、基于Linux等开源操作系统、使用开源软件工具，不受物理位置和外形束缚的新一代“PLC”，将渐渐壮大。
----写在最后----
本文分析了PLC的三种演进路径：
第一，支持PLC直连云端，并嵌入人工智能模块，从PLC发展为工业智能控制器。
第二，从端到云，PLC在云端运行，通过将物联接口标准化和应用云化，采用软件定义的PLC与工业互联网平台直接相通，实现PLC的远程控制。
第三，从外到内，PLC不再有独立外置于电气柜中的必要，而是可以植入到机器内部，甚至以PCB板的形式，成为机器内部的一个“器官”。
当然，PLC的演进路径不仅限于以上几种，如果你有更多发现，欢迎留言。
PLC作为工厂中控制能力的源泉，位于工业互联网的核心位置，它的前世今生值得更多关注。无论未来如何发展，PLC可编程逻辑控制器这个名称似乎难以概括它的概念和定位，也许即将被赋予新的命名。
作者：彭昭
参考资料：
1. PLC江湖波澜不惊，自动化风云录，作者：彭瑜、林雪萍，来源：知识自动化
2. 如何理解罗家的LogixAI产品，作者：Mike Zheng，来源：智造商
3. Is There Life without the PLC? How to Build a Better Embedded Controller，来源：Design News
4. 全球首个广域云化PLC试验成果发布，加速下一代工业控制边缘计算架构升级，来源：边缘云
5. 基于5G和软件定义的工业控制技术（云化PLC）行业产生背景和应用场景，来源：中国联通
