楊志偉 麥彬承 尹靜

【摘 ?要】

給出了一種基于5G、人工智能、標(biāo)識(shí)解析技術(shù)替代PLC的新型工業(yè)控制產(chǎn)品——IMCU的內(nèi)涵定義、整體框架、主要功能、標(biāo)準(zhǔn)體系以及技術(shù)路線，探討了IMCU改變傳統(tǒng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和工廠整體調(diào)度控制5層結(jié)構(gòu)的可行性，旨在通過(guò)技術(shù)的集成融合創(chuàng)新，解決工業(yè)控制核心技術(shù)短板以及數(shù)據(jù)互通“卡脖子”等問(wèn)題，助力我國(guó)引領(lǐng)未來(lái)工業(yè)控制領(lǐng)域的規(guī)?；?、自主化和高質(zhì)量發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】新一代信息技術(shù);工業(yè)控制系統(tǒng);PLC;IMCU

0 ? 引言

可編程邏輯控制器（PLC， Programmable Logic Controller），以其可靠性高、編程容易、組態(tài)靈活、功能模塊齊全、安裝方便等的優(yōu)勢(shì)，自1969年面世以來(lái)就得到了工業(yè)界的廣泛認(rèn)可。為更加適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需要，PLC不斷提升控制規(guī)模、控制能力以及產(chǎn)品配套能力，目前在國(guó)內(nèi)工業(yè)體系各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)PLC市場(chǎng)規(guī)模達(dá)73億元，預(yù)計(jì)2020年有望達(dá)100億元。然而，由于技術(shù)、市場(chǎng)等多方面原因，現(xiàn)在95%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)由西門子、三菱、歐姆龍、霍尼韋爾、羅克韋爾等國(guó)外PLC廠家所占領(lǐng)，中、大型PLC產(chǎn)品幾乎全部由國(guó)際上幾大公司壟斷。

1 ? 我國(guó)工業(yè)控制系統(tǒng)（PLC）發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 ?國(guó)內(nèi)PLC技術(shù)尚不具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力

自上世紀(jì)70年代后期開(kāi)始，我國(guó)PLC產(chǎn)業(yè)先后經(jīng)歷了成套設(shè)備引進(jìn)、PLC引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)的過(guò)程。國(guó)產(chǎn)PLC品牌和利時(shí)、臺(tái)達(dá)、匯川、江蘇信捷等企業(yè)在國(guó)內(nèi)PLC中小型市場(chǎng)異軍突起，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)產(chǎn)自主PLC產(chǎn)品仍未形成規(guī)模生產(chǎn)能力和完整的系列產(chǎn)品，尚不具有能夠與國(guó)際巨頭競(jìng)爭(zhēng)的能力和實(shí)力。與此同時(shí)，由于PLC核心技術(shù)掌握在國(guó)外廠商，不能滿足我國(guó)關(guān)鍵技術(shù)自主可控的要求。

1.2 ?現(xiàn)有PLC技術(shù)無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)的新需求

工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為驅(qū)動(dòng)整個(gè)工業(yè)向前發(fā)展的中堅(jiān)力量，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的融合發(fā)展，傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革，正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化方向發(fā)展，多任務(wù)執(zhí)行、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)化、處理功能高速化、軟件集成化、控制器微型化的趨勢(shì)越發(fā)明顯。PLC存在結(jié)構(gòu)封閉和兼容性差的缺陷，難以滿足工控技術(shù)網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)化、處理功能高速化、軟件集成化、控制器微型化等發(fā)展趨勢(shì)。

1.3 ? PLC無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義的物物相連及精準(zhǔn)控制

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟最近發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0》提到，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)圍繞設(shè)備層、邊緣層、企業(yè)層和產(chǎn)業(yè)層等制造的四大層次開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)識(shí)、平臺(tái)、安全實(shí)施，可以看出其層數(shù)依然是遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的五層結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。其中，在設(shè)備層依然是通過(guò)PLC＼CNC進(jìn)行生產(chǎn)控制，造成從智能機(jī)器、設(shè)備、儀器儀表等采集到的底層數(shù)據(jù)仍然必須通過(guò)PLC上傳，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義的物物相連、有效控制。

中國(guó)正處在從工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代向數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，將有越來(lái)越多的工廠開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化改造，無(wú)人工廠、數(shù)據(jù)工廠、智慧工廠的建設(shè)將為我國(guó)工業(yè)控制產(chǎn)業(yè)提供巨大的市場(chǎng)。因此，通過(guò)研發(fā)替代PLC的方法和產(chǎn)品，將是理論上的顛覆性創(chuàng)新，將打破現(xiàn)有的PLC黑匣子，通過(guò)與5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的集成融合創(chuàng)新，組成新一代的工控產(chǎn)品，從而更有效解決目前工業(yè)控制中的數(shù)據(jù)互通“卡脖子”問(wèn)題，有助于突破現(xiàn)有被國(guó)外壟斷的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)控制系統(tǒng)走向國(guó)產(chǎn)自主可控，為培育具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的工業(yè)控制廠商和產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

2 ? IMCU簡(jiǎn)介

雖然在過(guò)去國(guó)內(nèi)各個(gè)研究機(jī)構(gòu)也都在嘗試著能夠研發(fā)一種新的工業(yè)控制產(chǎn)品替代PLC產(chǎn)品，但由于基礎(chǔ)技術(shù)的限制一直無(wú)法進(jìn)行有效的產(chǎn)品替代。但最近幾年，國(guó)內(nèi)5G、標(biāo)識(shí)解析、人工智能等技術(shù)的迅猛發(fā)展，為研發(fā)一種替代PLC的方法和產(chǎn)品提供了扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。2019年6月我國(guó)向中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通以及中國(guó)廣電4家公司頒發(fā)了5G牌照，加快5G網(wǎng)絡(luò)的商用部署，向社會(huì)提供滿足連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接、低時(shí)延高可靠等多樣化場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。與此同時(shí)，北京、上海、廣州、武漢、重慶五個(gè)地方工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析頂級(jí)節(jié)點(diǎn)均已全部上線試運(yùn)行，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)解析二級(jí)節(jié)點(diǎn)快速部署和推廣，將通過(guò)標(biāo)識(shí)解析技術(shù)為各部件賦予唯一可識(shí)別的身份符號(hào)，有效解決傳統(tǒng)標(biāo)識(shí)編碼不統(tǒng)一的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信息的準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)和地址的自動(dòng)獲取。此外，基于深度學(xué)習(xí)的人工智能在語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等領(lǐng)域取得突破，為機(jī)器的自我診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)等工業(yè)應(yīng)用提供了能力。

為了克服PLC目前存在的問(wèn)題，同時(shí)為了將設(shè)備控制未來(lái)的發(fā)展符合現(xiàn)代多學(xué)科的技術(shù)發(fā)展路線，進(jìn)一步推廣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以將PLC分解形成最小化模塊，再加上5G模塊和標(biāo)識(shí)解析技術(shù)形成智能制造控制單元（IMCU， Intelligent Manufacturing Control Unit）。按照國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)PLC的定義格式，我們可以將IMCU定義為：它是一種數(shù)字運(yùn)行操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它通過(guò)無(wú)線傳輸、可尋址的方式，采用內(nèi)外部可編程序的存儲(chǔ)器，用于內(nèi)外部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)術(shù)運(yùn)算操作和圖像和語(yǔ)音人工智能算法等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或者生產(chǎn)過(guò)程。

3 ? IMCU技術(shù)方案設(shè)計(jì)

從技術(shù)層面看，IMCU可成為一種取代PLC更高級(jí)的工業(yè)控制產(chǎn)品，既能兼顧現(xiàn)有PLC所具備的功能，同時(shí)采用5G、標(biāo)識(shí)解析和AI等新一代通信技術(shù)，還可進(jìn)一步滿足工廠對(duì)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化的需求，成為打破工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和工廠控制遵循了三十多年的五層框架體系的技術(shù)創(chuàng)新。

3.1 ?IMCU的整體框架設(shè)計(jì)

IMCU是在把PLC分解成最小化模塊的基礎(chǔ)上，再加上5G芯片形成的，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，IMCU的輸入和輸出均為標(biāo)準(zhǔn)接口，具備光電隔離，使其具備更好的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。微處理器是IMCU的控制中樞系統(tǒng)，也是邏輯部分的控制核心，通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)器內(nèi)的軟件及調(diào)用存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到對(duì)單元整體監(jiān)控的目的。采用5G芯片，可以是應(yīng)用處理器和基帶合一的單芯片和應(yīng)用處理器和基帶芯片分離的雙芯片，基帶芯片負(fù)責(zé)信號(hào)處理和協(xié)議處理，它包括DBB（Digital Baseband，數(shù)字基帶芯片）和ABB（Analog Baseband，模擬基帶），完成語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制解調(diào)、信道編碼解碼和無(wú)線Modem控制。

IMCU可以根據(jù)車間工藝的要求和復(fù)雜程度，設(shè)定為直接和后臺(tái)的云平臺(tái)聯(lián)系，也可以直接和車間的邊緣計(jì)算服務(wù)器聯(lián)系（如圖3所示）。這種設(shè)定可使在設(shè)備層的智能機(jī)器、專用設(shè)備、成套設(shè)備和儀器儀表在不需要邊緣層的輔助計(jì)算和指導(dǎo)下，即可直接到達(dá)企業(yè)層和SCM、ERP對(duì)接，也可直接到達(dá)產(chǎn)業(yè)層和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和標(biāo)識(shí)解析的二級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)接，有助于企業(yè)管理層更快、更準(zhǔn)確地了解和控制設(shè)備層的所有設(shè)備，同時(shí)讓產(chǎn)業(yè)層可以直接了解供應(yīng)鏈上下游企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行情況。

3.2 ?IMCU的主要功能和技術(shù)要求

目前，傳統(tǒng)的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和工廠整體的調(diào)度控制層數(shù)均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT20720.1-2006企業(yè)控制系統(tǒng)集成第1部分_模型和術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的五層結(jié)構(gòu)（如圖4所示），所有0層產(chǎn)生的I/O信號(hào)均傳輸?shù)?層再往上層層傳遞。而采用IMCU控制的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和工廠整體的調(diào)度控制，將通過(guò)無(wú)線傳輸和有效的地址尋址功能，可直接接受所有來(lái)自1-4層的控制信息，按照需要將0層信息同時(shí)發(fā)送到1-4層或者單獨(dú)發(fā)送到任意一層（如圖4所示）。

通過(guò)以上分析，新一代新型控制設(shè)備IMCU的主要功能和指標(biāo)如下：

一是單點(diǎn)或者幾點(diǎn)的開(kāi)關(guān)量、模擬量和運(yùn)動(dòng)控制：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)I/O模塊實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量、模擬量的運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)能夠傳輸每個(gè)控制點(diǎn)工作的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和有效的監(jiān)控。

二是數(shù)據(jù)處理：強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、分析和處理。

三是監(jiān)控功能：可監(jiān)控各個(gè)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的異常進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行。也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)、技術(shù)等設(shè)置值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。

四是人工智能：前期可以進(jìn)行圖像識(shí)別，后期具備邏輯自我判斷功能。

五是通信聯(lián)網(wǎng)功能：IMCU采用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)中心化或者對(duì)等化網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的無(wú)線傳輸，實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)、智能儀表、智能裝置之間的通信。

六是節(jié)點(diǎn)IP化：通過(guò)賦予每個(gè)節(jié)點(diǎn)的IPV6地址，并通過(guò)標(biāo)識(shí)解析系統(tǒng)有效的解析，可以在任何地方有效對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效尋址。

七是極高的安全性：確保設(shè)備能具備極強(qiáng)的抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾問(wèn)題。

八是軟件指令：通過(guò)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)指令種類和圖像編制能力豐富的特點(diǎn)，達(dá)到處理能力和控制能力越強(qiáng)。

與傳統(tǒng)的PLC相比，IMCU技術(shù)上具有以下特點(diǎn)：

一是軟硬件體系結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)的PLC結(jié)構(gòu)封閉、兼容性差，IMCU體系開(kāi)放、兼容性強(qiáng)，支撐實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議、I/O模板、編程語(yǔ)言及指令系統(tǒng)的通用兼容。

二是多任務(wù)執(zhí)行上，目前PLC無(wú)法完全滿足需求，IMCU可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)模板執(zhí)行各自的任務(wù)，控制與其執(zhí)行任務(wù)相關(guān)的I/O模板。

三是網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)化上，目前仍有較多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)法與PLC相連，IMCU實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)的編程、監(jiān)控、診斷、管理。

四是處理高速化上，許多傳統(tǒng)的PLC沒(méi)有通信功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行和實(shí)時(shí)通信功能。IMCU具有通信功能，可借助無(wú)源數(shù)據(jù)總線消除系統(tǒng)的瓶頸，提供高性能的分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的解決方案。

五是軟件集成化上，軟PLC還存在不能滿足硬實(shí)時(shí)、可靠性還有待加強(qiáng)等問(wèn)題。IMCU可將可編程序控制器的編程、操作員界面、運(yùn)動(dòng)控制、程序調(diào)試、故障診斷和處理、通信等集成為一體，有效地集成到ERP系統(tǒng)。

六是安全可靠性上，具有冗余、相異、自檢測(cè)的可編程序控制器已經(jīng)出現(xiàn)，但是價(jià)格普遍昂貴，無(wú)法滿足眾多中小企業(yè)的需求。IMCU依托5G、標(biāo)識(shí)解析等技術(shù)，具有極高的安全性。

3.3 ?IMCU的關(guān)鍵技術(shù)分析和可能面對(duì)的挑戰(zhàn)

作為一種完全替代和升級(jí)PLC的產(chǎn)品，具有兼容PLC的顯著特點(diǎn)同時(shí)超越PLC性能指標(biāo)的產(chǎn)品，必須充分利用已有的技術(shù)并融合現(xiàn)代科技發(fā)展的最新成果。因此在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，IMCU涉及的主要技術(shù)問(wèn)題和可能面對(duì)的挑戰(zhàn)如下：

（1）核心芯片的研發(fā)

目前5G的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)還沒(méi)有完全成熟，市場(chǎng)上5G的芯片只有高通和華為兩款針對(duì)eMBB場(chǎng)景的手機(jī)芯片。而本項(xiàng)目中最需要的5G兩個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景uRLLC和mMTC的標(biāo)準(zhǔn)Rel-16將在2020年才會(huì)提交。能同時(shí)滿足5G三大或其中兩個(gè)應(yīng)用的場(chǎng)景的芯片還未問(wèn)世。

（2）標(biāo)準(zhǔn)接口的確定

現(xiàn)有PLC具備比較完善的輸入輸出接口，未來(lái)IMCU是兼容現(xiàn)有的PLC豐富的輸入輸出接口功能，還是只具備標(biāo)準(zhǔn)接口，而將接口形成全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所有設(shè)備廠商開(kāi)放，讓所有設(shè)備廠商提供的設(shè)備具備對(duì)IMCU接口，還有待進(jìn)一步研究確認(rèn)。

（3）中央控制電腦的軟件開(kāi)發(fā)

IMCU的主要控制軟件還集中在邊緣服務(wù)器和中心服務(wù)器上，所以必須借鑒現(xiàn)有PLC編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)出一種能充分利用服務(wù)器資源，容易上手學(xué)習(xí)編制的全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)軟件。由于IMCU直接放置在邊緣服務(wù)器和中心服務(wù)器上，必須有對(duì)其他軟件開(kāi)放的接口，以便其他軟件提取它所關(guān)心的數(shù)據(jù)。

（4）響應(yīng)速度的保障問(wèn)題

5G標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)延極速為1～10 ms，從理論上已經(jīng)完全滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行用戶程序的速度速率要求，但I(xiàn)MCU的傳輸依靠無(wú)線，有很大的不確定性，目前只依靠5G基站的切片技術(shù)可能還無(wú)法滿足。未來(lái)，必須通過(guò)大量的試驗(yàn)，模擬不同的場(chǎng)景進(jìn)行有效測(cè)試和檢驗(yàn)。

（5）抗干擾性

無(wú)線信號(hào)從1G發(fā)展到4G，但一直沒(méi)有在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)中得到應(yīng)用，其無(wú)線信號(hào)抗干擾性一直沒(méi)有得到工業(yè)界的認(rèn)可。5G提出了傳輸可靠性高于99.999%，但由于IMCU的直接安置在設(shè)備端，同時(shí)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)中有些現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境非常惡劣，所以同響應(yīng)時(shí)間一樣，同樣需要通過(guò)大量的試驗(yàn)。

（6）標(biāo)識(shí)解析中有源IP的注冊(cè)和及時(shí)更新

每個(gè)IMCU均有IP地址可進(jìn)行尋址控制，同時(shí)必然要在我國(guó)目前的標(biāo)識(shí)解析系統(tǒng)中進(jìn)行有效注冊(cè)，因此在系統(tǒng)軟件運(yùn)行過(guò)程中，如果每次均需要標(biāo)識(shí)解析系統(tǒng)對(duì)地址進(jìn)行解析，而目前從現(xiàn)有的材料中還無(wú)法得知解析時(shí)間，因此可能會(huì)影響整體的響應(yīng)時(shí)間。

（7）企業(yè)現(xiàn)有軟件的開(kāi)放程度

IMCU可以讓最底層信號(hào)直接接入到企業(yè)管理層和行業(yè)平臺(tái)層，打破現(xiàn)有ERP、MIS和平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲取方式，會(huì)得到更加豐富的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)量和種類，對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)控制理論體系進(jìn)行完善和豐富。但這也是對(duì)目前現(xiàn)有的企業(yè)信息管理層、軟件廠商是一個(gè)巨大的沖擊，需要考慮現(xiàn)有軟件的開(kāi)放程度。

（8）IMCU系列化的確定

由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求控制的要求多樣化，目前市場(chǎng)上推出的5G芯片功能復(fù)雜，還沒(méi)有用于物聯(lián)網(wǎng)使用的單一功能的5G芯片。同時(shí)，由于目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中輸入設(shè)備有很多是價(jià)格便宜的無(wú)源產(chǎn)品，考慮到按需所求的原則，同時(shí)也為了追求更好的性價(jià)比，可以按照需求和價(jià)格對(duì)IMCU進(jìn)行產(chǎn)品系列化。

（9）工業(yè)控制的安全性

使用IMCU進(jìn)行傳輸即將面類兩大安全問(wèn)題：一是工業(yè)安全，確保工業(yè)制造設(shè)備的信息在網(wǎng)絡(luò)上無(wú)法尋找;二是控制信號(hào)在有線網(wǎng)絡(luò)中還無(wú)法進(jìn)行有效保證安全，就直接進(jìn)行無(wú)線的傳輸。IMCU的網(wǎng)絡(luò)安全可以依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.0標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)安全的要求，進(jìn)一步提升安全的等級(jí)。

（10）在蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信和D2D通信的有效判斷和切換

如何在一個(gè)企業(yè)控制系統(tǒng)中讓眾多的MUC單元、邊緣服務(wù)器、中心控制服務(wù)器、公有云和行業(yè)平臺(tái)之間的聯(lián)系和通信在蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信和D2D通信兩種模式中進(jìn)行有效判斷和切換，以確保整套控制系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)最快、負(fù)載最均衡、控制最合理，目前還沒(méi)有一個(gè)很好的理論模型和說(shuō)法。

3.4 ?IMCU技術(shù)發(fā)展線路圖

由于IMCU的定型、推廣、批量生產(chǎn)和最后的廣泛應(yīng)用，需要在工業(yè)控制理論的認(rèn)識(shí)上達(dá)到高度一致，同時(shí)它又和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和5G的發(fā)展息息相關(guān)。所以，提出了IMCU技術(shù)發(fā)展線路圖（如圖5所示），為IMCU的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。同時(shí)，IMCU的發(fā)展還需要政產(chǎn)學(xué)研用各方共同構(gòu)建產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境的成熟、為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供必需的政策支持。

4 ? 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)IMCU展開(kāi)了初步的研究探索，給出了其內(nèi)涵定義、整體框架、主要功能以及技術(shù)路線圖。但是，PLC的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，要想研發(fā)出一種替代PLC的方法和產(chǎn)品，是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。接下來(lái)，為了推動(dòng)IMCU更快的發(fā)展，一方面，要考慮核心芯片的研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)接口的確定、中央控制電腦的軟件開(kāi)發(fā)、響應(yīng)速度的保障問(wèn)題、抗干擾性、標(biāo)識(shí)解析中有源IP的注冊(cè)和及時(shí)更新、企業(yè)現(xiàn)有軟件的開(kāi)放程度、IMCU系列化的確定、工業(yè)控制的安全性、在蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信和D2D通信的有效判斷和切換等技術(shù)問(wèn)題;另一方面，亟需從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)以及政策規(guī)劃等多個(gè)維度開(kāi)展工作，給予IMCU發(fā)展更全方位的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] ? ?中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究網(wǎng). 2017年中國(guó)PLC市場(chǎng)發(fā)展前景分析[EB/OL]. （2018-09-03）[[2019-11-01]. http：//www.chinaidr.com/tradenews/2018-09/122152.html.

[2] ? ?工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)2.0[EB/OL]. （2019-10-31）[[2019-11-03]. http：//www.aii-alliance.org/index.php？m=content&c=index&a=show&catid=18&id=813.

[3] ? ?全國(guó)工業(yè)過(guò)程測(cè)量控制和自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 33008.1-2016《工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全 可編程序控制器（PLC）》[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2016.

[4] ? ?國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì). IEC61131-3工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)[S]. 1993.

[5] ? ? 馮汛，倪紅軍，石健，等. PLC的應(yīng)用發(fā)展與前景[J]. 機(jī)床與液壓， 2016，44（2）： 203-206.

[6] ? ? 區(qū)和堅(jiān). 工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全研究綜述[J]. 自動(dòng)化儀表， 2017，38（7）： 4-8.

[7] ? ?李金波，陳慶文. 可編程控制器的使用及常見(jiàn)問(wèn)題[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 2011，30（8）： 203-206.

[8] ? ?蓋曉華，劉叔軍，和小玲. 基于PLC的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與研究[J]. 自動(dòng)化儀表， 2004（10）： 65-68.

[9] ? ?郝任義. 工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中機(jī)器人及PLC的集成控制研究[D]. 秦皇島： 燕山大學(xué)， 2018.

[10] ? 譚威. 基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 武漢： 華中科技大學(xué)， 2007.