1. 傳統PLC局限帶來的問題 

比較常見的是歷史遺留的架構，即傳統PLC的確比較擅長

邏輯控制，自70年代甚至到現在很長一段時間里，都存在著這種情況。像印刷里的套色、并條里的勻整、CNC與機器人系統等，通常都是專用系統，包括最近看到的光伏設備里的溫度控制，它需要非常強的自整定、溫區(qū)解耦要求，普通的PLC的確干不了這個事情，才產生了很多專用型控制器。

但是，實際上自90年代中，貝加萊推出基于定性分時多任務操作系統的可編程計算機控制器（PCC），就已經支持高級語言編程，能夠將復雜的回路調節(jié)、時間嚴苛型任務（有個叫TPU的功能）、運動控制（CNC）集成于一體了。因此，像印刷套色系統替代專用套色、壁厚控制、多軸向經編機等很多應用中，得益于這一架構，貝加萊用通用控制器代替了原來的專用控制器的應用，這使得系統整體成本得到降低，因為不需要為此支付兩套系統的成本。

今天，包括Hypervisor的PC，集成Linux/RTOS，使得像邊緣調度、策略性任務也可以與實時控制任務集成，包括機器學習類都可以被集成到統一平臺。

圖 1 單循環(huán)掃描的 PLC 運行機制

當然，必須承認這里有一個工藝Know-How移植的問題，以前老是和用戶談還是得自主掌握這些Know-How，專用系統其實都是因為工藝Know-How而非硬件值錢，但是，這些封閉的系統無法讓我們真正贏得競爭力。但是，對于價格來說，還是通用平臺有更高的性價比。

在運動控制領域，CNC通常也是一個專用系統，因為它所需要處理的插補運算都需要反復的計算、動態(tài)處理，因此， 會看到一些老的架構采用一個CNC系統來處理，并同時用另一個控制器去處理插補任務，但是有時候一些需要用到CNC功能的非典型CNC(如車銑刨磨)機器中的CNC又僅僅只是簡單的直線插補或圓弧插補，而由于普通的PLC+運動控制模塊處理不了，就又增加了一個CNC系統，這就很尷尬，為了一個簡單的CNC必須架構一個系統，價格倒也不高，但是很煩人，因為， 這兩個系統還得協調。

包括機器人也存在這樣的情況，由于傳統意義上，機器人也是普通控制器處理不了的，因此，機器人控制系統都是有專用的控制系統，通常運行Windows+RTOS這樣的架構，隨著工藝的集成度越來越高，就會出現一些機器人針對打磨、焊接、涂裝等領域的工藝Know-How的封裝，這樣的機器人系統因為集成了行業(yè)Know-How，而變得更為專業(yè)。但是，在另外一些機器應用中，例如注塑機的取件、包裝中的碼垛、印刷種的裝版等場景，這里的機器人工作相對比較單一，為此專門配置機器人系統控制似乎不那么合算，完全可以利用通用控制器的處理能力，并能夠在一個軟件架構下編程，實現機器人與機器在位置、速度、時間上的高精度同步，這就是貝加萊的Machine Centric Robotics的理念，這樣，對于機器制造商來說，就可以直接在機器中集成一個機器人，這個應用中，機器是中心，機器人相當于一個運動執(zhí)行單元。

基于開放架構的控制器，借用了開放的芯片世界中的處理

能力、存儲和網絡通信能力，而將Know-How以軟件形式運行

圖 2 定性分時多任務操作系統架構下的控制器

于其上，這樣的架構就更能滿足集成性高、開放連接多的新時代機器配置需求。

2.降低成本帶來的組合

另一種情況，就是一些廠商可能把系統拆分為一個個的

產品、組件來理解，以純采購的模式來分析系統，然后尋找最便宜的解決方案，曾經見過一個機器上用了A家的PLC、B家的HMI用于機器操作、C家的運動控制器、D家的驅動器、E家的電機、F家的工業(yè)PC用于Windows畫面、H家的I/O端子、I家的變頻器里面有J家的電源、K家的低壓電器，還有一個找人開發(fā)的板子，總之，那個是我見過最壯觀的自動化產品展示柜。看了后，我第一個想法就是這些東西如果出現了問題，到

底要找誰來解決問題？而且，這工程師為了寫這些程序、調試這些參數怎么辦？硬件看上去便宜了，但是，軟的方面卻帶來了很大的問題，工程師也無可奈何。

集成系統自有它的好處，但如果一個控制器即可完成邏輯、運動控制、高級算法等功能，則更經濟，人們總是忽略了工程師的成本，以及耗費在軟件上的成本——今天，在這種局面下，人工成本不斷上升，軟件越來越復雜，我想這種架構可能也比較少見了吧？

3.歷史遺留問題——規(guī)劃的問題

宜組件的視角，但是，它經常會出現多個PLC或多個PC堆疊的情況，也有幾個HMI的，你說是模塊化吧？好像也并非如此， 后來通過很多用戶的交流，才發(fā)現也是歷史遺留問題。這個機器的系統現在的格局是在不同階段做的，然后后來又增加了一個需求，然后原來的控制器做不了，加一個新的系統，這個又跟前面不兼容，后來又需要增加一個子系統，然后又增加了一個專門處理這個復雜任務的PC或PLC。而這些系統之間要么就沒有什么關系，要么就是寫了復雜的接口或專門的轉化模塊， 應該說并非是最優(yōu)系統設計，而且成本也很高，再就是退出成本也很高，就是你想更換系統，還退不了，因為，這種遷移成本會很高。

最近和一名同事又聊到了為什么用戶設計系統會出現很多架構上其實并不經濟的問題，大概想來是我們這個產業(yè)發(fā)展太快造成的，先做個能用的，其實并未有一個長遠的規(guī)劃，導致了系統的架屋疊床的局面，在單一的組件上看上去成本低，但是，當新的子系統進入時，由于無法兼容之前的，并且原有程序無法輕易移植，導致了必須保留它，多次這樣的設計，就導致最終成本很高，但是又處于無奈，因為退不出來，重新來過又需要大量的開發(fā)與測試，結果導致積重難返。

系統規(guī)劃是一個“磨刀不誤砍柴工”的事情，必須預先考慮到未來的潛在需求，規(guī)劃人員必須站在5-10年的視野來看待系統架構。不僅僅是硬件架構，而且，更多是未來的機器軟件架構，能夠具有長期可擴展，而在新增時，如何避免大動干戈的調整，推到重來的代價實際上是非常高的。但是，換個視角，又發(fā)現工程師在整個項目的決策中受到了很多不利因素的影響，做出了妥協，要么因為時間與進度關系，或者因為市場銷售方面的決策因素，或者因為非某種特殊政策（單一品牌戰(zhàn)略），導致了無法選擇更為全局長遠的架構規(guī)劃——記得以前讀《用工程師思維來工作》一書提到，工程師思維很重要的一個點，即讓工程師來決策，但是，顯然這很難做到。

4.系統架構設計

有一次，一個友商朋友問到，為何在進行電子凸輪裁切這

類任務的時候切不好，我說當然切不好，因為你的架構決定了這個結果。貝加萊的驅動系統，它是可以直接把外接編碼器接入到驅動系統的（多個編碼器槽直接在驅動器上），那么這個

架構會帶來的好處在于，它可以直接在驅動器中計算同步外接編碼器的位置或速度，這使得它可以獲得更高的響應，而采用PLC的I/O反饋外接編碼器來跟隨的模式，就會達不到高速下的高精度裁切，因為這個同步關系受到了PLC任務的延時影響。

還有一個就是像POWERLINK，有些人提出它的通信周期100微秒好像并不算快，但是，POWERLINK的架構并非是一個主站集中控制模式下的運行，而是基于分布式架構的廣播幀方式，可支持交叉通信，因此，很多同步任務并不需要去主站，而是軸間可以通過廣播幀實現直接跟隨關系。因此，它并不必須通信周期那么快，卻可以實現高的控制任務響應，包括它的PRC省略握手過程的機制等優(yōu)化方法，這都是架構的力量。

系統架構設計實際上在于“巧”，所謂的“四兩撥千斤” 就是這個意思，從產品思維出身和從方案思維出身的企業(yè)決定了對于“系統”的理解是不同的，而做系統的人，他會有全局優(yōu)化的概念，而做產品的更多從局部思考問題，很難做到全局最優(yōu)的設計。因此，做控制系統出身的廠商和電機出身的廠商，看待運動控制的視角也是不同的，控制因為作為主站，需要全局協同，而做電機出身的做運動控制，其視角主要在電機本身的性能與對象的匹配這個局部問題上。

5.底層架構的影響

其實，像開放架構非常適合于開發(fā)自主的應用，所謂開

放，其實主要是指采用“開放世界”的技術，即橫向產業(yè)技術，這個事情要回到十多年前，做銷售的時候，其實客戶愿意用已有的封閉專用系統，因為這樣快，雖然那時就和客戶談自主研發(fā)工藝Know-How的重要性，但是，受制于對封閉系統的路徑依賴，其實，我們也并未掌握核心工藝，這種依賴會隨著系統越來越強，最終導致今天缺乏工業(yè)軟件，雖然很多人把工業(yè)軟件聚焦到了CAD/CAE，但嵌入式應用的Know-How一樣是普遍存在于工業(yè)系統的。

還有一個問題在于我們對工業(yè)軟件理解的問題，就是商用軟件或者在設計端的工業(yè)軟件，與在運行端的嵌入式軟件、DCS這樣的軟件的發(fā)展模式實際上完全相反，因此，用軟件的發(fā)展思維來發(fā)展工業(yè)軟件實際上一定會出問題的。

IT系統的軟件是一種自上而下的架構，先有骨架再去“豐滿”，而OT的軟件研發(fā)是先有應用問題需要解決，然后再標準化的過程，而工業(yè)軟件的模式則必須經歷不斷的工程迭代過程，這個時候，就必須考慮非常強的底層架構設計，以讓這樣的系統具有擴展能力，而又不會影響原來的架構。