引言/導(dǎo)讀
隨著以信息技術(shù)為代表的第四次工業(yè)革命的到來，工業(yè)自動化系統(tǒng)將進(jìn)一步提升全要素生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的產(chǎn)品、更低的成本和更高的效率。作為工業(yè)自動化系統(tǒng)核心組成部件的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正經(jīng)歷著巨大的變革，從現(xiàn)場離散化的PLC轉(zhuǎn)變?yōu)樵贫巳萜骰脑苹疨LC。云化PLC的優(yōu)點(diǎn)有：1、云化PLC通過軟硬件解耦，打破了傳統(tǒng)工業(yè)自動化系統(tǒng)多層的約束，使系統(tǒng)的架構(gòu)更加簡單和扁平化。2、云化PLC通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)硬件資源配置和定義，便于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用和系統(tǒng)遷移，從而降低了成本。3、云化PLC將不依賴于設(shè)備硬件廠家的通信終端，可靈活地選擇供應(yīng)商，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。4、云化PLC建立在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺之上，能夠快速實(shí)現(xiàn)對異構(gòu)數(shù)據(jù)（如圖像、視頻和音頻等）的分析、挖掘與共享。同時(shí)，控制、數(shù)據(jù)分析和AI功能可以直接在云端上運(yùn)行，符合工業(yè)自動化系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。5、云化PLC使用多核處理器，并采用容器化技術(shù)構(gòu)建出多個(gè)虛擬PLC（vPLC），能夠快速實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的高效協(xié)同控制。6、云化PLC不僅原生支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)語言編程，還支持主流的高級編程語言(如C語言)，用戶可以自由地組合這些編程語言，從而加快應(yīng)用開發(fā)的過程并快速穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)在行業(yè)應(yīng)用中的落地。綜上所述，基于云化PLC可構(gòu)建出融合互通、協(xié)同開放、統(tǒng)一管控、智能高效的新一代工業(yè)自動化系統(tǒng)，契合工業(yè)自動化系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。
一、關(guān)鍵詞
云化PLC、容器化、vPLC、IEC61131、工業(yè)AI智能體、確定性網(wǎng)絡(luò)、5G、TSN
二、測試床項(xiàng)目承接主體
1、發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式
浙大城市學(xué)院
浙江至控科技有限公司
聯(lián)系人：劉泓，15988155567，郵箱liuhong@hzcu.edu.cn
2、合作公司
邊緣智能技術(shù)與裝備浙江省工程研究中心
浣江實(shí)驗(yàn)室
華為技術(shù)有限公司
三、測試床項(xiàng)目目標(biāo)
云化PLC采用國產(chǎn)云平臺軟硬件技術(shù)，將PLC運(yùn)行時(shí)部署在云平臺的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，利用容器化技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)中的軟硬件解耦。通過5G/TSN等確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高可靠實(shí)時(shí)傳輸，構(gòu)建出新一代云邊端架構(gòu)的工業(yè)控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，依托大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，打造工業(yè)智能體，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，提供設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售和服務(wù)等全鏈?zhǔn)街悄芊?wù)。本項(xiàng)目的研制將加速云化PLC的發(fā)展，對探索具有智能化、高可靠和開放性等功能的新一代工業(yè)控制系統(tǒng)具有重要意義。
本項(xiàng)目的具體目標(biāo)有：
研制云化PLC控制器，采用國產(chǎn)云平臺軟硬件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)vPLC運(yùn)行時(shí)的多核RTE部署和冗余機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，以及基于容器化的多RTE協(xié)同等功能；云端集成開發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment，IDE）
的開發(fā)，IDE具有IEC61131-3編程系統(tǒng)，C編程系統(tǒng)，AI系統(tǒng)，具有遠(yuǎn)程編輯、協(xié)同開發(fā)、云端編譯、在線調(diào)試，模塊化控制、智能編排等功能；面向PLC云化部署的端到端確定性網(wǎng)絡(luò)的研究，包括確定性網(wǎng)絡(luò)TSN，免授權(quán)頻段超高可靠低時(shí)延5G通信等研究內(nèi)容；工業(yè)智能體的搭建，結(jié)合大語言模型、多模態(tài)、人工智能等技術(shù)，搭建具有規(guī)劃、執(zhí)行、反思、長短期記憶的工業(yè)智能體。
四、測試床方案架構(gòu)
1、測試床應(yīng)用場景
智慧化高端裝備（設(shè)備中包含機(jī)器人、機(jī)械臂、圖像視頻等）。使用各類傳感器（如攝像頭等）獲取環(huán)境、工況、加工等數(shù)據(jù)；利用人工智能技術(shù)對這些異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘與共享；通過自主學(xué)習(xí)和建模實(shí)現(xiàn)自主控制與執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、安全、可靠的運(yùn)行。
鋼鐵等工作環(huán)境惡劣的行業(yè)。可以通過云端遠(yuǎn)程集中控制來減少危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境對人的依賴，從而降低人員傷亡并提升工作環(huán)境。
集團(tuán)型企業(yè)。通過集團(tuán)統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)公司的工藝水平拉齊，確保工藝的一致性。同時(shí)對于特殊關(guān)鍵產(chǎn)品的工藝參數(shù)集中管控，實(shí)現(xiàn)工藝保密。
柔性生產(chǎn)、多軸加工等協(xié)同產(chǎn)線。通過云化PLC快速實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜協(xié)同功能，以滿足現(xiàn)代柔性生產(chǎn)的需求。同時(shí)，云化PLC還可以增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和協(xié)同性，提升效率并降低成本。
各類工業(yè)智能體場景。如復(fù)雜質(zhì)檢，涵蓋工業(yè)面陣/線掃相機(jī)、3D相機(jī)、多相機(jī)和機(jī)械臂等的協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜異形件的高速高精度在線檢測。
其他場景，如高速傳輸、確定性計(jì)算等。
2、測試床架構(gòu)
云化PLC系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。在云端構(gòu)建云化PLC集成開發(fā)環(huán)境，包括云工業(yè)組態(tài)、AI組態(tài)、工業(yè)智能體組態(tài)、云編程、容器化配置、編譯器等核心組件，符合IEC61131-3自動化編程語言標(biāo)準(zhǔn)，具有高級編程語言編程能力。在云邊端，基于國產(chǎn)異構(gòu)芯片，掛載高性能非易失性存儲器，在國產(chǎn)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上開展云化PLC軟硬件研究工作，實(shí)現(xiàn)vPLC運(yùn)行時(shí)，包括多核RTE部署和冗余機(jī)制的、基于容器化的多RTE協(xié)同等。在邊側(cè)，提供邊側(cè)云化PLC，滿足廠區(qū)云化PLC系統(tǒng)的私有化部署的需求。在端側(cè)，提供端側(cè)云化I/O控制器。端側(cè)云化I/O控制器可以被云化PLC集成開發(fā)環(huán)境和邊側(cè)云化PLC直接控制，用于執(zhí)行相關(guān)操作。
面向云化PLC的確定型網(wǎng)絡(luò)以5G無線和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN為主要研究對象。有線TSN主要在時(shí)間同步、流量調(diào)度以及互操作三個(gè)方面對以太網(wǎng)技術(shù)協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化升級，包括利用gPTP技術(shù)提升時(shí)間同步機(jī)制的性能，利用時(shí)間分片、搶占、流過濾等技術(shù)擴(kuò)展流量調(diào)度手段，以及利用路徑控制、冗余備份以及YANG模型等技術(shù)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的互操作功能。時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)為以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層提供一套通用的時(shí)間敏感機(jī)制，在確保以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊的時(shí)間確定性的同時(shí)，為不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互操作提供了可能。IEEE 802.1TSN工作組目前已經(jīng)完成基礎(chǔ)共性協(xié)議的制定和發(fā)布，主要特性集中在時(shí)間同步、流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全可靠三大類。無線5G是一種主要應(yīng)用低時(shí)延、高可靠和大帶寬性能的新一代無線通信技術(shù)。為了進(jìn)一步適配工業(yè)場景，可以將5G無線通信技術(shù)應(yīng)用于免授權(quán)頻段，以降低運(yùn)營成本。本項(xiàng)目將提供TSN網(wǎng)關(guān)、端側(cè)智能網(wǎng)關(guān)、免授權(quán)頻段5G網(wǎng)關(guān)及相關(guān)的TSN模塊和5G模塊。
3、測試床方案
本項(xiàng)目將研制一套基于云化PLC的柔性生產(chǎn)線測試床（下簡寫為測試床）。測試床包含若干個(gè)柔性生產(chǎn)過程，部分柔性生產(chǎn)過程包含視覺感知系統(tǒng)和機(jī)器控制系統(tǒng)。測試床使用端側(cè)云化I/O控制器進(jìn)行控制，通過確定性網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器通信，云端服務(wù)器運(yùn)行PLC集成開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)IEC61131-3編程、AI編程，遠(yuǎn)程編輯、協(xié)同開發(fā)、云端編譯、在線調(diào)試，模塊化控制、智能編排等功能。測試床內(nèi)部情況如圖4所示。
4、方案重點(diǎn)技術(shù)
云化PLC集成開發(fā)環(huán)境
云化PLC集成開發(fā)環(huán)境以核心功能模塊為單元進(jìn)行圖形界面和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的模塊化組件設(shè)計(jì)開發(fā)，高內(nèi)聚低耦合功能模塊單元構(gòu)建了可靠性高、拓展性強(qiáng)的云化PLC集成開發(fā)環(huán)境。
核心編程：符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，提供人機(jī)界面友好的文本語言(IL、ST)和圖形語言（LD、FBD、SFC）編輯器，編程輔助組件提供變量的交叉引用查看、全局搜索替換等功能，為編程人員設(shè)計(jì)開發(fā)邏輯控制程序提供高效支撐；工程管理組件：提供全局變量申明管理功能，數(shù)據(jù)類型定義功能以及POU管理功能，方便用戶快速工程組態(tài)。
編譯鏈接：通過對編程開發(fā)的POU文件進(jìn)行詞法分析、語法分析、語義分析、鏈接等操作，生成目標(biāo)程序，下裝至控制器運(yùn)行。
網(wǎng)絡(luò)通訊：提供變量監(jiān)視、聯(lián)機(jī)調(diào)試、斷點(diǎn)調(diào)試等功能，方便用戶通過集成開發(fā)環(huán)境連接仿真器或者邊緣控制器對控制邏輯程序進(jìn)行調(diào)測。
云化集成：面向云函數(shù)的庫管理功能通過在云端開發(fā)部署行業(yè)常用的云函數(shù)算法庫，提供云函數(shù)庫的解析和邊緣側(cè)協(xié)同部署能力。
AI算法組態(tài)功能通過智能調(diào)度算法，將應(yīng)用于模型訓(xùn)練或推理等的深度學(xué)習(xí)算法根據(jù)云邊的資源情況分配部署至云端服務(wù)器或者邊緣側(cè)設(shè)備，為算法的開發(fā)測試和高效的落地于工業(yè)現(xiàn)場提供支撐。
編譯鏈接組件通過對編程開發(fā)的POU文件進(jìn)行詞法分析、語法分析、語義分析、鏈接等操作，生成目標(biāo)程序，下裝至控制器運(yùn)行。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)通訊組件提供變量監(jiān)視、聯(lián)機(jī)調(diào)試、斷點(diǎn)調(diào)試等功能，方便用戶通過集成開發(fā)環(huán)境連接仿真器或者邊緣控制器對控制邏輯程序進(jìn)行調(diào)測。
云化PLC控制器
基于混合部署框架，單個(gè)或者多個(gè)云化PLC控制器部署在同一邊緣服務(wù)器，其關(guān)鍵技術(shù)包括POU實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度、多協(xié)議通信管理和熱備冗余。
（1）POU實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度：IEC 61131-3程序的加載、編譯/解釋執(zhí)行、多任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度以及斷點(diǎn)調(diào)試。
（2）多協(xié)議通信管理：基于私有通信協(xié)議ZC-ISCP的IDE-RTE交互技術(shù)；OPC UA/DA和Modbus TCP/RTU等數(shù)采通信協(xié)議；EtherCAT、EtherNet/IP、Profinet等工業(yè)以太網(wǎng)總線協(xié)議；vPLC間的網(wǎng)絡(luò)變量NetVar通信協(xié)議。
（3）熱備冗余：基于上電順序檢測、通信總線檢測、冗余互斥線檢測和網(wǎng)線檢測的低時(shí)延冗余狀態(tài)切換；任務(wù)、變量、時(shí)鐘、IO數(shù)據(jù)和POU的實(shí)時(shí)同步。
面向PLC云化部署的端到端確定性網(wǎng)絡(luò)
時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time Sensitive Networking,TSN）技術(shù)為以太網(wǎng)協(xié)議的MAC層提供了一套通用的時(shí)間敏感機(jī)制，在確保以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊的時(shí)間確定性的同時(shí)，為不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互操作提供了可能。IEEE 802.1TSN工作組目前已經(jīng)完成基礎(chǔ)共性協(xié)議的制定和發(fā)布，主要特性集中在時(shí)間同步、流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全可靠三大類。本項(xiàng)目將研究TSN中時(shí)間同步、流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全可靠關(guān)鍵技術(shù)。具體的核心技術(shù)有：
TSN跨網(wǎng)絡(luò)高精度時(shí)間同步關(guān)鍵技術(shù)：時(shí)鐘同步與流量整形和調(diào)度技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)保證實(shí)時(shí)應(yīng)用端到端確定性時(shí)延的關(guān)鍵。TAS機(jī)制作為一種流量整形和調(diào)度技術(shù)，目標(biāo)是允許時(shí)間觸發(fā)（TT）流量和標(biāo)準(zhǔn)盡力而為（BE）流量在同一網(wǎng)絡(luò)中共存，并且能夠滿足TT流的確定性通信需求，同時(shí)為BE流提供盡力而為的服務(wù)。
為實(shí)現(xiàn)確定延遲，TSN利用幀搶占和流量整形機(jī)制在以太網(wǎng)鏈路中實(shí)現(xiàn)確定的傳輸路徑，流量整形機(jī)制通過為高優(yōu)先級流量提供確定的傳輸時(shí)隙來提供確定的傳輸時(shí)延，避免突發(fā)流量造成的重傳和丟包的影響。
針對PLC終端獨(dú)立參與任務(wù)導(dǎo)致的資源分配不均勻的問題，將任務(wù)分配問題表述為重疊聯(lián)盟形成博弈。該方法將重疊聯(lián)盟問題轉(zhuǎn)化為非重疊的聯(lián)盟形成問題，以簡化聯(lián)盟形成的復(fù)雜性。在該方法中，虛擬終端可以通過選擇不同的聯(lián)盟來加入并分配感知資源，從而最大化系統(tǒng)的效用。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與TSN協(xié)議適配：分析將現(xiàn)有工業(yè)通信設(shè)備升級為TSN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的融合方案，在時(shí)間同步、流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全可靠三大類上完善IEEE 802.1 TSN工作組的基礎(chǔ)共性項(xiàng)目研究；將現(xiàn)有工業(yè)通信設(shè)備升級為TSN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的融合方案，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟硬件架構(gòu)。
面向PLC云化部署的TSN交換機(jī)開發(fā)：在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，業(yè)務(wù)流量模型相比傳統(tǒng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的流量更為復(fù)雜，即從單一的產(chǎn)線內(nèi)部的控制流量，轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)線內(nèi)部、產(chǎn)線之間、控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)之間的多種業(yè)務(wù)流量類型并存。有線無線融合傳輸節(jié)點(diǎn)需要完成不同鏈路類型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，模塊中的數(shù)據(jù)流向與子模塊功能如下圖所示。數(shù)據(jù)需要通過有線無線融合鏈路進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)在有線鏈路傳輸至無線輸出端口時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻由時(shí)隙分配算法的計(jì)算結(jié)果所決定。在每個(gè)有線無線融合傳輸節(jié)點(diǎn)中的重要模塊有：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)分析模塊、門控列表計(jì)算模塊。通過通用硬件平臺和
TSN芯片實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)架構(gòu)，并搭建相應(yīng)測試環(huán)境測試相關(guān)性能指標(biāo)。
免授權(quán)頻段超高可靠低時(shí)延通信：應(yīng)用免授權(quán)頻段可以解決授權(quán)頻段資源不足以及成本高的缺點(diǎn)，但同時(shí)帶來信道干擾以及安全性的問題。本項(xiàng)目將從信道介入、安全性機(jī)制設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)增強(qiáng)傳輸?shù)确矫妫M(jìn)一步提高免授權(quán)頻段通信系統(tǒng)的性能，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)業(yè)務(wù)的需求。
工業(yè)智能體
針對高精度模具、汽車零配件等異形件的視覺檢測需求，開展工業(yè)智能體關(guān)鍵技術(shù)研究，主要包括：
圖 7 工業(yè)AI智能體框圖
工業(yè)大模型開發(fā)與小型化技術(shù)。主要包括兩個(gè)方面，一是云端工業(yè)大模型的構(gòu)建，包括采用大語言模型作為通用底座，提煉行業(yè)知識圖譜，采集場景樣本，在云端大算力平臺進(jìn)行微調(diào)訓(xùn)練，得到行業(yè)大模型。二是行業(yè)大模型小型化，通過壓縮、蒸餾、量化、優(yōu)化等手段形成邊端模型，將其移植到邊端嵌入式系統(tǒng)，作為邊端核心AI引擎。
多源異構(gòu)智能感知技術(shù)。本項(xiàng)目開發(fā)的工業(yè)智能體的感知來源涵蓋工業(yè)面陣/線掃相機(jī)、3D相機(jī)、激光輪廓儀、多相機(jī)陣列等，通過感知單元在云邊端平臺系統(tǒng)里面的模塊化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線開發(fā)過程中的快速智能編排。同時(shí)，機(jī)械臂也作為一個(gè)模塊輔助配合視覺傳感器，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜異形件的全方位圖像采集。此外，多源數(shù)據(jù)融合算法的開發(fā)，包括早期融合、晚期融合、中期融合等三種思路。
外觀缺陷檢測算法技術(shù)。以融合傳統(tǒng)機(jī)器視覺算法和深度學(xué)習(xí)算法為主，既保持了深度學(xué)習(xí)的開放性，特別是缺陷種類多或不可預(yù)測的場景，又保持了傳統(tǒng)視覺算法的靈活性，在產(chǎn)線上可以快速進(jìn)行算子的智能編排以滿足新出現(xiàn)的瑕疵識別需求。逐步構(gòu)建多種常用算法模型與算子庫，方便第三方進(jìn)行模塊化的開發(fā)、編排、測試與部署，快速靈活地搭建特定產(chǎn)線的復(fù)雜質(zhì)檢軟件系統(tǒng)。
5、項(xiàng)目自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進(jìn)性
本項(xiàng)目基于昇騰、瑞星微等國產(chǎn)生態(tài)圈，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的云化PLC軟硬件技術(shù)，研發(fā)符合工業(yè)控制系統(tǒng)的確定性網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)，構(gòu)建工業(yè)智能體，具備自主性、創(chuàng)新性，引領(lǐng)新一代工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展和升級。項(xiàng)目所涉及的核心技術(shù)在全球范圍內(nèi)具備相同的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，有望通過核心技術(shù)攻堅(jiān)和產(chǎn)品研制實(shí)現(xiàn)彎道超車，在工業(yè)控制領(lǐng)域打造具有中國特色的完善解決方案。
6、方案安全風(fēng)險(xiǎn)控制
本項(xiàng)目基于國產(chǎn)軟硬件方案，硬件系統(tǒng)使用國產(chǎn)高性能多核芯片滿足自主可靠要求，軟件系統(tǒng)依賴于自主研發(fā)的國產(chǎn)軟件系統(tǒng)，確定性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用AI安全芯片來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密與安全傳輸技術(shù)。上述工作，確保了云化PLC的安全性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。
五、測試床實(shí)施部署
1、測試床實(shí)施規(guī)劃
序號 | 階段名稱 | 時(shí)間 | 主 要 工 作 內(nèi) 容 |
1 | 可行性研究階段 | 2023.10-2023.12 | （1）溝通交流，行業(yè)調(diào)研； （2）深度對接，達(dá)成初步意向； （3）與行業(yè)客戶明確戰(zhàn)略合作框架，確定價(jià)值場景范圍(可簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議)。 |
2 | 設(shè)計(jì)階段 | 2024.1-2024.3 | （1）需求對接，聯(lián)合創(chuàng)新，積極探索示范試點(diǎn)項(xiàng)目； （2）在實(shí)驗(yàn)室，完成與測試床搭建相關(guān)的準(zhǔn)備工作； （3）聯(lián)合供應(yīng)商，進(jìn)一步完善平臺設(shè)計(jì)及設(shè)備選型。 |
3 | 施工部署階段 | 2024.4-2024.7 | 設(shè)備入場施工部署調(diào)測 |
4 | 運(yùn)行驗(yàn)收階段 | 2024.8-2024.9 | 實(shí)現(xiàn)平臺相關(guān)功能，并相關(guān)穩(wěn)定性測試 |
5 | 宣傳推廣階段 | 2024.10-2024.12 | （1）輸出白皮書，引導(dǎo)行業(yè)水平參考架構(gòu)設(shè)計(jì)； （2）建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)可復(fù)制空間； （3）營造生態(tài)體系，構(gòu)筑商業(yè)粘性； （4）打造產(chǎn)業(yè)樣板間，進(jìn)一步構(gòu)筑商業(yè)粘性。 |
2、測試床實(shí)施的技術(shù)支撐及保障措施
使用產(chǎn)學(xué)研多方合作模式開展工作，依托浙大城市學(xué)院成立開放合作實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合浙江至控科技有限公司、浣江實(shí)驗(yàn)室和邊緣智能技術(shù)與裝備浙江省工程研究中心為整體方案的部署實(shí)施提供技術(shù)支撐，由華為技術(shù)有限公司為整體方案提供完備自主產(chǎn)權(quán)的軟硬件支撐。在研究內(nèi)容滿足部署的情況下，通過行業(yè)客戶提供的應(yīng)用場景去進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用和落地，并最終為AII聯(lián)盟提供案例反饋，形成完整閉環(huán)機(jī)制。
3、測試床實(shí)施的自主可控性
基于國產(chǎn)昇騰、瑞星微生態(tài)圈和浙江至控科技有限公司在PLC多年的技術(shù)積累，依托浙大城市學(xué)院，開展云化PLC軟硬件系統(tǒng)研制。基于浣江實(shí)驗(yàn)室和邊緣智能技術(shù)與裝備浙江省工程研究中心自研的圖博云，開展工業(yè)AI智能體的研發(fā)。因此本測試床具有完備的自主可控性。
六、測試床預(yù)期成果
1、測試床的預(yù)期可量化實(shí)施結(jié)果
TSN網(wǎng)絡(luò)和無線通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延滿足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)性；基于國產(chǎn)化操作系統(tǒng)的云化PLC RTE；國產(chǎn)自主可控的云化PLC集成開發(fā)環(huán)境，支持IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)自動化編程語言編程、調(diào)試和下載，支持輕量化容器和云函數(shù)管理，支持云組態(tài)和AI組態(tài)；
2、測試床的商業(yè)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)效益
基于云化PLC控制器、云化PLC集成開發(fā)環(huán)境、確定性網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)AI智能體，加速國產(chǎn)替代，大幅度增強(qiáng)國家工控領(lǐng)域的安全性和可靠性。運(yùn)用云化PLC控制器進(jìn)一步改善工廠生產(chǎn)條件、降低危險(xiǎn)作業(yè)；使用云化PLC集成開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程云端開發(fā)、編程、組態(tài)、調(diào)試、任務(wù)編排和AI等功能；通過AI技術(shù)的引入，進(jìn)一步降低人力成本；結(jié)合工業(yè)AI智能體，自動適配各類復(fù)雜工業(yè)質(zhì)檢場景的需求。
3、測試床的社會價(jià)值
我國作為世界上制造業(yè)規(guī)模最大的國家，產(chǎn)業(yè)門類齊全、產(chǎn)業(yè)鏈完整、發(fā)展層次多樣，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展具有廣闊的市場空間和豐富的應(yīng)用場景。數(shù)字經(jīng)濟(jì)加快推進(jìn)實(shí)體企業(yè)價(jià)值鏈、供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)字化改造，加快企業(yè)“上云用數(shù)賦智”，打通各部門、各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)連接。促使云化PLC的應(yīng)用將趨于無邊界化，市場規(guī)模龐大。基于本項(xiàng)目的成果，在示范應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行推廣。
七、測試床成果驗(yàn)證
1、測試床成果驗(yàn)證計(jì)劃
測試床成果驗(yàn)證計(jì)劃包括對云化PLC控制器、云化PLC集成開發(fā)環(huán)境、確定性網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)AI智能體進(jìn)行驗(yàn)證。具體計(jì)劃如下，使用端側(cè)云化I/O控制器、邊側(cè)云化PLC和云服務(wù)器，通過確定性網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)建出符合柔性制造和AI質(zhì)檢特性的工業(yè)測試床。使用云化PLC集成開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)云化PLC的編程、調(diào)試、下載和執(zhí)行；應(yīng)用容器化技術(shù)在云端/邊端構(gòu)建出vPLC；使用vPLC實(shí)現(xiàn)對端側(cè)云化I/O控制器進(jìn)行直接控制；數(shù)據(jù)通信依賴與確定性網(wǎng)絡(luò)；工業(yè)AI智能體完成負(fù)責(zé)工業(yè)質(zhì)檢任務(wù)。
2、測試床成果驗(yàn)證方案
測試床成果驗(yàn)證計(jì)劃主要針對云化PLC控制系統(tǒng)整體功能進(jìn)行測試。
測試項(xiàng)目：云化PLC控制系統(tǒng)整體功能測試 |
測試目的：驗(yàn)證基于確定性網(wǎng)絡(luò)的云化PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行柔性制造、AI質(zhì)檢等能力和云化PLC集成開發(fā)環(huán)境的軟件功能 |
預(yù)置條件： 確定性網(wǎng)絡(luò)完成網(wǎng)絡(luò)流量編排及部署；云化PLC控制系統(tǒng)完成架設(shè)及部署。 工業(yè)質(zhì)檢AI智能體已訓(xùn)練完畢； 云化PLC集成開發(fā)環(huán)境通過容器化技術(shù)創(chuàng)建vPLC，完成測試床所需的程序編寫、AI組態(tài)、任務(wù)編排等編寫。 |
測試步驟： 云化PLC集成開發(fā)環(huán)境下發(fā)控制任務(wù)。 由云端/邊端云化PLC完成具體的任務(wù)，如創(chuàng)建vPLC、實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)和組態(tài)任務(wù)等。 由端側(cè)云化I/O控制器執(zhí)行對應(yīng)的控制任務(wù)，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。 由運(yùn)行在云端/邊端的工業(yè)AI智能體實(shí)現(xiàn)工業(yè)質(zhì)檢任務(wù)。 |
預(yù)期結(jié)果： vPLC可以對端側(cè)云化I/O控制器進(jìn)行直接控制。確定性網(wǎng)絡(luò)通訊符合控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 工業(yè)智能體能正確高效地完成復(fù)雜質(zhì)檢任務(wù)。能快速地對生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行柔性編排，能方便地修改系統(tǒng)控制節(jié)拍。 |
測試結(jié)果：
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結(jié)論：
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八、測試床成果交付
測試床成果交付件
云化PLC控制器；云化PLC集成開發(fā)環(huán)境；確定性網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；相關(guān)技術(shù)文檔；
測試床可復(fù)制性
本測試床提供標(biāo)準(zhǔn)化的云化PLC控制器、云化PLC集成開發(fā)環(huán)境、確定性網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和工業(yè)AI智能體，基于此可以快速復(fù)制出其他功能的工業(yè)控制系統(tǒng)。
測試床開放性
本測試床基于國產(chǎn)軟硬件解耦的開放式框架，具備良好的開發(fā)和兼容性能。它可以與相關(guān)企業(yè)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行平滑對接，方便地?cái)U(kuò)展到相關(guān)場景中。部分核心軟硬件功能將在后期通過開源接口向客戶開放。
九、其他信息
測試床使用者
歡迎第三公司參與本測試床建設(shè)。
測試床知識產(chǎn)權(quán)說明
參與方各自負(fù)責(zé)不同部分的研發(fā)工作。對于獨(dú)立研發(fā)的知識產(chǎn)權(quán)，歸研發(fā)方所有；對于合作研發(fā)的知識產(chǎn)權(quán)，由合作各方自行協(xié)商決定歸屬。
測試床運(yùn)營及訪問使用
建設(shè)初期，浙大城市學(xué)院和浙江至控科技有限公司牽頭，聯(lián)合浣江實(shí)驗(yàn)室、邊緣智能技術(shù)與裝備浙江省工程研究中心和華為華為技術(shù)有限公司，開展云化PLC系統(tǒng)的建設(shè)、測試和驗(yàn)證。建設(shè)后期，行業(yè)客戶可基于測試床搭建自有系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)及攻關(guān)由浙大城市學(xué)院和浙江至控科技有限公司進(jìn)行跟蹤支撐及解決。
測試床資金
單位：萬元（人民幣）
概算科目名稱 | 經(jīng)費(fèi)預(yù)算 |
（一）直接費(fèi)用 | 568 |
1、設(shè)備費(fèi) | 83 |
2、材料費(fèi) | 248 |
3、測試化驗(yàn)加工費(fèi) | 30 |
4、燃料動力費(fèi) | 0 |
5、出版/文獻(xiàn)/信息傳播/知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)費(fèi) | 60 |
6、會議/差旅/國際合作交流費(fèi) | 30 |
7、勞務(wù)費(fèi) | 117 |
（二）間接費(fèi)用 | 32 |
8、管理費(fèi) | 27 |
9、激勵(lì)科研人員的績效支出 | 5 |
合計(jì) | 600 |
測試床時(shí)間軸
序號 | 措施 | 10月 | 12月 | 次年1月 | 次年3月 | 次年5月 | 次年7月 | 次年9月 | 次年10月 | 次年11月 | 次年12月 |
1 | 溝通交流，行業(yè)調(diào)研 |
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2 | 深度對接，達(dá)成初步意向 |
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3 | 確定價(jià)值場景范圍 |
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4 | 需求對接，聯(lián)合創(chuàng)新，積極探索示范試點(diǎn)項(xiàng)目 |
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5 | 完善平臺設(shè)計(jì)及設(shè)備選型，完成測試床搭建 |
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6 | 實(shí)現(xiàn)平臺相關(guān)功能，并進(jìn)行相關(guān)穩(wěn)定性測試 |
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7 | 輸出白皮書，引導(dǎo)行業(yè)水平參考架構(gòu)設(shè)計(jì) |
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8 | 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)可復(fù)制空間 |
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9 | 營造生態(tài)體系，構(gòu)筑商業(yè)粘性 |
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10 | 打造產(chǎn)業(yè)樣板間，進(jìn)一步構(gòu)筑商業(yè)粘性 |
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