PLCnext

揭秘PLCnext架構(gòu)特點(diǎn)及核心組件

目前，傳統(tǒng)自動(dòng)化廠商多數(shù)是提供特定的IDE編程環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)編程人員與控制器之間交互，方式相對(duì)固定，開(kāi)發(fā)自由度不高，相關(guān)功能主要依賴于自動(dòng)化廠商的開(kāi)發(fā)維護(hù)與更新，給用戶的自主開(kāi)發(fā)工作帶來(lái)了不少困擾。面對(duì)新形勢(shì)下工業(yè)4.0以及IIoT的場(chǎng)景，用戶期待更自由靈活，符合個(gè)性化需求的編程交互方式。大家熟知菲尼克斯電氣全新推出的PLCnext Technology開(kāi)放式控制平臺(tái)，相較于傳統(tǒng)的控制器架構(gòu)具有顛覆性優(yōu)勢(shì)。

區(qū)別于傳統(tǒng)控制器，PLCnext在保障傳統(tǒng)IEC61131-3程序?qū)崟r(shí)運(yùn)行的同時(shí)又兼容多種高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)和開(kāi)源程序的自由應(yīng)用。PLCnext平臺(tái)究竟是采用何種機(jī)制來(lái)保障此開(kāi)放式平臺(tái)穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、高效的運(yùn)行？在此平臺(tái)上又可以做哪些多樣化的開(kāi)發(fā)？其實(shí)這些面向客戶端可呈現(xiàn)出的內(nèi)容都取決于控制器的架構(gòu)和核心組件，它們是控制器底層堅(jiān)實(shí)的基石。

PLCnext總體架構(gòu)分為五大部分：硬件與操作系統(tǒng)、中間件、PLCnext核心組件、內(nèi)部用戶組件、外部用戶組件。

硬件與操作系統(tǒng)

PLCnext底層硬件，我們根據(jù)控制器類別可采用Intel或是ARM架構(gòu)的處理器的配置。操作系統(tǒng)采用RT-Linux系統(tǒng)，控制器具備確定性實(shí)時(shí)功能。Linux相對(duì)于Windows具備穩(wěn)定且更有效率、漏洞少且快速修補(bǔ)、多任務(wù)多用戶、更加安全的用戶和文件權(quán)限策略等特點(diǎn)，從而一方面實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)的自由度，另一方面保障程序的實(shí)時(shí)運(yùn)行。

Linux系統(tǒng)最大特點(diǎn)是底層全部由文件組成，這樣使得我們更加便捷的去訪問(wèn)控制器。PLCnext Engineer可以作為傳統(tǒng)IDE實(shí)現(xiàn)程序編輯下裝，也可以通過(guò)SSH或SFTP等安全方式訪問(wèn)到底層文件，直接修改文件參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)無(wú)IDE環(huán)境條件下安全、自由、快捷的組態(tài)設(shè)置。

中間件

中間件部分實(shí)現(xiàn)將PLCnext Technology固件與操作系統(tǒng)解耦。GDS (Global Data Space)是中間件的重要一部分，它實(shí)現(xiàn)了不同實(shí)時(shí)組件之間交互的數(shù)據(jù)一致性。RSC（Remote Service Call）：Function Extension（功能擴(kuò)展）上運(yùn)行的程序通過(guò)RSC接口可以與PLCnext Technology核心組件進(jìn)行通信。您可以通過(guò)接口訪問(wèn)各種函數(shù)和數(shù)據(jù)項(xiàng)。例如，您可以使用RSC服務(wù)中“IDataAccessService”獲取對(duì)GDS數(shù)據(jù)的讀寫訪問(wèn)權(quán)。

PLCnext核心組件

IO與現(xiàn)場(chǎng)總線組件

現(xiàn)場(chǎng)總線及IO管理器將實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線及本地IO與PLCnext Technology相連接，用于處理數(shù)據(jù)的輸入和輸出。支持下列現(xiàn)場(chǎng)總線(視具體情況而定):

◾PROFINET 控制器

◾PROFINET 設(shè)備

◾Axioline F 主站 (本地總線)

◾INTERBUS (AXC F IL Adapt and AXC F XT IB)

◾……

服務(wù)組件

服務(wù)組件提供對(duì)ESM(執(zhí)行和同步管理器)、GDS(全局?jǐn)?shù)據(jù)空間)和以下系統(tǒng)組件的訪問(wèn): OPC UA 服務(wù)器、Proficloud網(wǎng)關(guān)、基于web的PLC診斷管理、eHMI web服務(wù)器（PLCnext Engineer內(nèi)基于HTML5網(wǎng)頁(yè)可視化頁(yè)面）、借助于Linux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)SFTP、VPN、SSH、NTP、Trace controller等服務(wù)。

系統(tǒng)組件

系統(tǒng)組件提供了PLCnext Technology的底層所有基本功能。其中系統(tǒng)管理器和PLC管理器實(shí)現(xiàn)加載所有其他系統(tǒng)組件并監(jiān)視系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

系統(tǒng)管理器：在固件啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)管理器會(huì)確保所集成的組件和程序都按正確順序配置和啟動(dòng)。

PLC管理器：PLC管理器是一個(gè)固件組件，用于加載PLC程序代碼進(jìn)入內(nèi)存并啟動(dòng)或關(guān)閉程序。程序代碼可以是由PLCnext Engineer創(chuàng)建的IEC 61131-3程序，也可以由C++或者M(jìn)atlab ®Simulink®創(chuàng)建。它們以代碼庫(kù)（.so）文件的形式存在于PLCnext控制器上，PLC管理器通過(guò)配置文件可以加載并實(shí)例化目標(biāo)庫(kù)文件。

ESM（執(zhí)行同步管理器）：ESM可以自動(dòng)識(shí)別不同來(lái)源的程序，確保IEC 61131-3、C++和MATLAB®Simulink®程序能夠?qū)崟r(shí)同步執(zhí)行。并且根據(jù)需求可將任務(wù)部署在不同核上以達(dá)到均衡負(fù)載的目的。用戶則無(wú)需關(guān)心底層具體運(yùn)行細(xì)節(jié)。在與控制器交互機(jī)制上，用戶既可以通過(guò)PLCnext Engineer IDE進(jìn)行組態(tài)，也可以通過(guò)系統(tǒng)配置文件的方式對(duì)ESM進(jìn)行設(shè)置。

用戶管理器：擴(kuò)展了標(biāo)準(zhǔn)的Linux用戶管理功能，它可以管理各種各樣的用戶角色。您只能以既定的用戶角色對(duì)PLCnext固件執(zhí)行操作。您可以為每個(gè)用戶選擇一個(gè)或多個(gè)具有不同權(quán)限的用戶角色。

IEC61131運(yùn)行時(shí)：ProConOS eCLR是可以執(zhí)行多個(gè)菲尼克斯自動(dòng)化任務(wù)的IEC 61131控制運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)。所有在PLCnext Engineer內(nèi)創(chuàng)建的IEC 61131程序組件均為Arp.Plc.Eclr格式，如下圖所示。

內(nèi)部擴(kuò)展組件

用戶可以將一些輕量級(jí)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)部署在內(nèi)部用戶組件上，基于PLCnext固件之上進(jìn)行的開(kāi)發(fā)。在充分了解固件本身的內(nèi)容特性后，可實(shí)現(xiàn)輕松調(diào)用多種PLCnext的API：RSC、GDS數(shù)據(jù)交互共享、組件接口、通用層等。基于此菲尼克斯開(kāi)發(fā)了多種應(yīng)用：云連接器、MQTT通訊、Modbus TCP、Ethernet/IP、SQL等多種應(yīng)用。用戶可在PLCnext Store上可以獲取相關(guān)應(yīng)用。

外部擴(kuò)展組件

在外部用戶組件上，用戶可以直接將運(yùn)行時(shí)部署在Linux系統(tǒng)上，進(jìn)行多種應(yīng)用的自由開(kāi)發(fā)，這也是PLCnext開(kāi)放性最直接的體現(xiàn)。例如：Codesys runtime、Java、 Python、Node.js、Rust、.NET core等。用戶可以將所需的環(huán)境直接部署在PLCnext上，在最小改動(dòng)的情況下便利將原程序運(yùn)行在PLCnext平臺(tái)上，并且可以通過(guò)OS API直接訪問(wèn)控制器硬件。并通過(guò)service manager來(lái)啟用RSC 服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與PLCnext component部分交互。

可以看出，用戶既可以在外部用戶組件上相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行熟悉的高級(jí)語(yǔ)言算法，集成已有多種開(kāi)源算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)智能應(yīng)用開(kāi)發(fā)。又可以通過(guò)服務(wù)管理器調(diào)用相關(guān)RSC服務(wù)實(shí)現(xiàn)與控制器本體硬件及相關(guān)PLC程序數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。

菲尼克斯電氣瞄準(zhǔn)工業(yè)4.0及智能制造需求打造的全新控制平臺(tái)PLCnext，架構(gòu)先進(jìn)，組件豐富，結(jié)合了傳統(tǒng)控制器和智能設(shè)備的特點(diǎn)，真正在控制層實(shí)現(xiàn)了IT與OT融合，為IT工程師和電氣工程師提供了實(shí)現(xiàn)全新自動(dòng)化模式的平臺(tái)，助力用戶全面提升面向未來(lái)數(shù)字化世界和智能制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。