工业控制系统未来的发展趋势分析

（文章来源： IT168）

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。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。

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。

在自动化控制诞生之前，系统和机器的生产必须依靠手工进行操作。而自动化所带来的好处是，将那些需要重复操作的环节利用自动化控制实现，解放了人的双手并实现了诸多优势--从缩短上市时间到减少故障产品均能够很好表现自动化控制的优点。人们需要更多的灵活性来保障快速的产品生产上市销售，灵活性是现在工业自动化的关键和重点。这些灵活性表现在：越来越多的工厂数据应该是可复用的，逻辑代码应该是易于移动和可重用的，系统应该是模块化和可扩展的，生产企业应该根据自己的需求选择他们的优选供应商而不是现在的绑定销售等等。

工业互联网和工业4.0的这些实现支持了未来工业控制系统灵活性和可扩展性的需求。工业互联网使得我们的生产数据可以进行规模化集中存储，实现以前不可能实现的大数据，并利用云计算平台前所未有的计算能力对这些大数据进行分析，挖掘和优化生产效率。工业4.0使得现场设备、机器和工厂已经变得“更智能”，所以我们可以谈论智能设备、智能机器和智能工厂。

但是，我们会发现，无论是工业互联网还是工业4.0，均未对工业控制系统的的“大脑”PLC做出任何更进一步的技术变革。这种两头重中间轻的现象，就好比是高速路上的收费站，光高速路扩宽远远不能够实现更大的汽车吞吐，矗立与高速路上的各个收费站才是这条路上的瓶颈点。因此现在针对收费站都需要设置更多收费窗口、实现电子收费等等举措改革而适应高速快速增长的车流。适用于工业控制系统领域也是一样，控制的核心PLC设备不能够灵活扩展，无疑这一限制将会大大减弱工业控制系统灵活性和可扩展性。

因此目前业界针对工业互联网、工业4.0等的技术体系探索，重点将围绕PLC展开。具体来说实现PLC灵活性和可扩展性的方案主要有以下两种：1、实现PLC虚拟化。利用PLC虚拟化是虚拟PLC（vPLC）取代传统硬件PLC；2、PLC硬件重构，实现下一代新型和智能的PLC设备，取代传统硬件PLC。

这两种技术是目前工业向互联网转化的技术热点和研究方向，至少从理论实现的角度上来说，实现PLC虚拟化将最大程度的保障现有的大部分厂家及其用户的现有利益，并且基于信息系统的成功案例，使得大家对其实现信心满满。另外的PLC硬件重构，主要以软件定义思想为核心，将PLC硬件的逻辑运算平面和逻辑控制平面进行分离，PLC硬件将实现通用的逻辑运算，统一由控制器进行控制平面的逻辑控制和逻辑管理。