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工業(yè)控制系統(tǒng)的全國產(chǎn)化，正在出現(xiàn)新突破。更重要的是，它立足于未來工廠，面向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化車間。
基于龍芯中科3A5000芯片與國產(chǎn)編譯器，通過在指令集、代碼級的完美融合，一款響應(yīng)速度達(dá)到30微秒（0.03毫秒）的全國產(chǎn)化自主JIC PLC（可編程邏輯控制器）已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。
除了完成常規(guī)功能，該控制器響應(yīng)速度甚至超過一些國外主流產(chǎn)品。當(dāng)前，國內(nèi)占優(yōu)勢地位的控制器主要是歐系、美系、日系三大流派�，F(xiàn)在，中國工業(yè)控制產(chǎn)品也有了新的標(biāo)桿產(chǎn)品。這是信創(chuàng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的重大突破。
該JIC PLC由深圳華龍訊達(dá)信息技術(shù)股份有限公司（以下簡稱“華龍訊達(dá)”）與龍芯中科技術(shù)股份有限公司（以下簡稱“龍芯中科”）聯(lián)合打造。
華龍訊達(dá)CEO龍小昂說：“30微秒的JIC PLC控制器，只是國產(chǎn)控制系統(tǒng)的一個(gè)新起點(diǎn)。”龍芯中科副總裁杜安利指出：“龍芯中科與華龍訊達(dá)的合作，目的是擺脫X86和ARM在工業(yè)控制系統(tǒng)最底層的‘卡脖子’難題。”
工業(yè)控制系統(tǒng)是智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵底層技術(shù)，其自主創(chuàng)新與最新突破，對以智能制造為主攻方向的中國工業(yè)轉(zhuǎn)型意義重大。
一點(diǎn)彎路都沒走
PLC是工業(yè)控制系統(tǒng)的核心“組件”。工業(yè)控制系統(tǒng)是一個(gè)泛稱，由PLC、SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）、DCS（分布式控制系統(tǒng)）、IPC（工業(yè)計(jì)算機(jī)）等組成。
全球工業(yè)革命從機(jī)械化到電子化、自動(dòng)化，從自動(dòng)化到信息化、數(shù)字化，逐漸形成了龐大復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)生態(tài)，推動(dòng)著工業(yè)制造的螺旋式發(fā)展。
一條工業(yè)生產(chǎn)線，可以抽象為工業(yè)裝備與工業(yè)控制系統(tǒng)，后者與工業(yè)裝備的融合，保證了生產(chǎn)的自動(dòng)化、柔性化。隨著工業(yè)生產(chǎn)向人機(jī)協(xié)同發(fā)展，要求從工業(yè)控制系統(tǒng)、各信息系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)并發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的數(shù)字化工廠。
生產(chǎn)是工業(yè)企業(yè)的本質(zhì)。工業(yè)控制系統(tǒng)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的底座，而這個(gè)底座牢牢掌握在國外企業(yè)“手中”。
長期以來，從芯片到操作系統(tǒng)再到應(yīng)用，信息技術(shù)形成了Wintel（Windows+Intel）和AA（ARM+Android）兩大生態(tài)。
在工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，則形成了四層嵌套結(jié)構(gòu)，第一層是芯片，主要是英特爾、ARM。第二層是操作系統(tǒng)，主要是Windows、VxWorks。第三層是軟件編譯器。第四層是控制器。
目前，全球工業(yè)控制系統(tǒng)基本都基于X86、ARM架構(gòu)。而國內(nèi)工控系統(tǒng)機(jī)器端，90%以上都采用了國外芯片。
這是工業(yè)控制系統(tǒng)最底層的“卡脖子”技術(shù)，也是PLC信創(chuàng)最需要“攻克”的目標(biāo)。而“華龍訊達(dá)和龍芯中科的合作成果，基本上解決了這個(gè)問題”。
這是一種基于供應(yīng)鏈的聯(lián)合創(chuàng)新。從三年前開始探討聯(lián)合打造新型工業(yè)控制系統(tǒng)開始，華龍訊達(dá)與龍芯中科的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了深度的嵌合，組成聯(lián)合攻關(guān)組。龍芯開放了底層的芯片指令集，而華龍訊達(dá)則將其融合在高速高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的各種工業(yè)場景。
這種開放指令集的動(dòng)作，對于行業(yè)占主導(dǎo)地位的Intel或者ARM芯片，是根本不可能的。而現(xiàn)在，有了芯片、控制器和用戶的三方信任和聯(lián)動(dòng)，控制器的進(jìn)展速度就很快。
2021年，龍芯中科推出具有100%自研LoongArch指令集的3A5000芯片，就已經(jīng)考慮到很多工業(yè)應(yīng)用的場合。其跟華龍訊達(dá)的控制器構(gòu)成了原生態(tài)的匹配。2022年11月，華龍訊達(dá)成功研制出基于龍芯的中大型JIC PLC。
“將芯片直接嵌入到場景中進(jìn)行打磨，可以說是一點(diǎn)彎路都沒走。”杜安利說。
這只是雙方合作的階段性成果。隨著不久前龍芯3D5000的發(fā)布，以及未來龍芯系列化產(chǎn)品的迭代，下一步，雙方將共同開發(fā)更快的工控系統(tǒng)。
中國的控制器系統(tǒng)，第一次開始基于自主芯片版本迭代進(jìn)行同步更新。
為什么是華龍訊達(dá)
工業(yè)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)有四大版塊：芯片技術(shù)、操作系統(tǒng)技術(shù)、編譯器技術(shù)和控制器技術(shù)，構(gòu)成了國產(chǎn)化的巨大鴻溝。
工業(yè)控制市場西門子、歐姆龍等PLC，往往都是基于傳統(tǒng)指令的全封閉結(jié)構(gòu)。
德國倍福在15年前推出微秒級IPC，是西門子毫秒級的幾十倍�，F(xiàn)在，盡管倍福在全球風(fēng)電市場、煙草市場“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”，但從全行業(yè)看，倍福的市場占有率是“頂流”的零頭。
華龍訊達(dá)和龍芯中科成功推出完全自主的微秒級PLC，是因?yàn)榛谛碌募夹g(shù)架構(gòu)的升級：一是龍芯自主LoongArch指令集和基礎(chǔ)操作系統(tǒng)，二是華龍訊達(dá)多年對于控制器架構(gòu)的深度研發(fā)。
對PLC信創(chuàng)而言，從0到1尤其珍貴。這意味著華龍訊達(dá)由此成為工業(yè)控制系統(tǒng)的“攪局者”。
但是，為什么是華龍訊達(dá)？
華龍訊達(dá)成立于2003年，從成立之日起就聚焦于工業(yè)控制系統(tǒng)的升級、改造、迭代。一直在幕后。
早在2011年，華龍訊達(dá)就已經(jīng)研發(fā)出基于英特爾的編譯器，以及推出了國內(nèi)第一款基于英特爾芯片的PLC，并在機(jī)臺(tái)上得到十幾年實(shí)際應(yīng)用，積累了豐富的控制經(jīng)驗(yàn)。
與此同時(shí)，2004年公司開始做數(shù)據(jù)采集，也就是從控制系統(tǒng)中拿數(shù)據(jù)，相繼，做了物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生，從而打通工業(yè)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通與數(shù)據(jù)應(yīng)用。2017年，開始研發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。從底層到云端，從硬件到軟件，打通云、邊、端。
二十多年來，華龍訊達(dá)圍繞頂級的國外PLC產(chǎn)品進(jìn)行電氣配套與升級工作，對國際各種PLC的內(nèi)部架構(gòu)和電氣電子實(shí)現(xiàn)方式了如指掌。通過吃透這些工控產(chǎn)品的各種參數(shù)，發(fā)展出“深井打水”的獨(dú)特競爭力，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)字孿生等技術(shù)在國內(nèi)拔得頭籌，得到廣泛應(yīng)用。
今天，公司的主營業(yè)務(wù)收入中，工業(yè)控制占50%以上，包括新機(jī)內(nèi)置、系統(tǒng)升級等。
2020年，公司做出一個(gè)重大決定， 將內(nèi)部使用的控制系統(tǒng)，對外開放出來，并且跟工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相結(jié)合。從內(nèi)部產(chǎn)品化，到外部商業(yè)化。跟國產(chǎn)芯片合作，打造全國產(chǎn)化的控制系統(tǒng)，則水到渠成，從而可以徹底解放數(shù)據(jù)生產(chǎn)力。
控制才是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的底盤
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的深入，企業(yè)的需求正在發(fā)生全新變化。企業(yè)不再滿足諸多控制系統(tǒng)、人機(jī)界面之間的頻繁切換——這形成了很多孤島。在產(chǎn)線機(jī)器上，多層系統(tǒng)、多層協(xié)議導(dǎo)致數(shù)據(jù)流動(dòng)非常不暢，無法形成有效的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和決策。
華龍訊達(dá)希望能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)工業(yè)控制級的自動(dòng)化平臺(tái)。它將PLC、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、工業(yè)網(wǎng)關(guān)等物理資產(chǎn)進(jìn)行打通，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件SCADA、人機(jī)界面HMI等軟件的無縫切換。這意味著底層的控制系統(tǒng)，可以直接跟整個(gè)機(jī)器的軟件環(huán)境連接在一起。
在這個(gè)過程中，把工業(yè)控制與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、數(shù)字孿生打通。而控制系統(tǒng)是最為核心的底層技術(shù)。
當(dāng)工業(yè)控制的指令集和數(shù)字孿生打通后，數(shù)字孿生的每個(gè)動(dòng)作、每個(gè)防控、每個(gè)開關(guān)、每個(gè)傳感器等每一個(gè)指標(biāo)，都將是由控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)。圍繞著過程優(yōu)化的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生，將發(fā)揮洞察機(jī)器“黑洞”的能力。
也只有將控制系統(tǒng)與數(shù)字孿生真正打通，數(shù)字孿生才開始具備采用“活數(shù)據(jù)”支撐實(shí)時(shí)決策的能力。
華龍訊達(dá)的自動(dòng)化平臺(tái)，是將各種軟件系統(tǒng)進(jìn)行原生的融合。在底層，龍芯指令集與華龍訊達(dá)工業(yè)控制系統(tǒng)指令集進(jìn)行融合與匯編�；诖耍诳刂破鬟M(jìn)行編譯的時(shí)候，才可以實(shí)現(xiàn)原生的HMI和SCADA，實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)臺(tái)之間無差別的交互操作。
龍小昂認(rèn)為，工業(yè)控制才是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的核心能力。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的實(shí)施往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難點(diǎn)在于OT與IT的融合，在于控制系統(tǒng)如何與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行同步分析與處理。芯片級的指令交互，是整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大廈的根基。
新的工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)級的編譯器。這是基于控制器的IT和OT融合的平臺(tái)。它可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)傳感器、每個(gè)工位，以及每個(gè)設(shè)備、生產(chǎn)線、車間、工廠的真正連接。通過平臺(tái)，向上，可以與ERP、MES、物流、WMS等整個(gè)信息系統(tǒng)對話，向下，可以和機(jī)器對話。
這些，都得益于華龍訊達(dá)和龍芯的合作，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的向上夠頂、向下扎根的全棧式連通。
生態(tài)遷移之戰(zhàn)
中國信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，很多時(shí)候就是生態(tài)之戰(zhàn)，而非單點(diǎn)技術(shù)的突破。龍芯已經(jīng)將芯片做的很扎實(shí)，而在自動(dòng)化控制系統(tǒng)領(lǐng)域，則需要有一個(gè)完整的生態(tài)支撐。
以前的工業(yè)控制系統(tǒng)，由于底層系統(tǒng)由國外廠商壟斷，不會(huì)開放源代碼，因此非常封閉。如果沒有源代碼，要實(shí)現(xiàn)架構(gòu)遷移很困難。這使得國內(nèi)大量的生態(tài)，不得不根植在既有的壟斷格局之上。
龍芯中科是國產(chǎn)自主CPU的引領(lǐng)者，已形成大、中、小三條處理器產(chǎn)品線，分別是1、2、3號系列。性能由低到高，可以廣泛用在工業(yè)控制系統(tǒng)上。龍芯1號系列芯片可以做邊緣層的數(shù)據(jù)采集和傳輸工作。2號可以做控制器、網(wǎng)關(guān)等，而3號則適合工業(yè)計(jì)算機(jī)/服務(wù)器、工業(yè)云的應(yīng)用。
可以說，龍芯已經(jīng)搭建一個(gè)很好的底層基礎(chǔ)，但向上“生產(chǎn)”，則還需要更多的“主干”。對此，華龍訊達(dá)提供了很大的支撐。龍芯中科副總裁杜安利對此表示，“華龍訊達(dá)的控制系統(tǒng)線非常全面。我很少見到國內(nèi)企業(yè)能夠在工業(yè)控制領(lǐng)域把編譯器做得這么深的同時(shí)，又能將控制軟件、數(shù)字孿生、標(biāo)識(shí)解析等全部打通的企業(yè)。”
現(xiàn)在，基于龍芯完全自主、國產(chǎn)的指令系統(tǒng)、CPU、操作系統(tǒng)，華龍訊達(dá)可以跟龍芯一起，跟很多工業(yè)合作伙伴打造真正的自主的工業(yè)解決方案。這為中國自動(dòng)化新生態(tài)的建設(shè)，提供了主干支撐的能力。
企業(yè)可以直接調(diào)用龍芯的指令系統(tǒng)，基于國產(chǎn)的軟硬件技術(shù)，建設(shè)面向未來數(shù)字工廠的各種應(yīng)用。國產(chǎn)工業(yè)軟件開發(fā)商的軟件應(yīng)用，完全可以在龍芯平臺(tái)上進(jìn)行遷移。從車間最底層，到管理最上層，都可以形成全面連通的解決方案。
2022年12月，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、龍芯中科、華龍訊達(dá)舉行“新型工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”簽約儀式。實(shí)驗(yàn)室未來將在新型工業(yè)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、體系、架構(gòu)等層面不斷迭代。這意味著，新型工業(yè)控制系統(tǒng)，可以向更多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行賦能。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入深水區(qū)，新型控制系統(tǒng)的攻堅(jiān)將成為一個(gè)重點(diǎn)。華龍訊達(dá)和龍芯，提供了一條控制級里的OT和IT的融合之路，未來有望建立一個(gè)全國產(chǎn)自動(dòng)化生態(tài)系統(tǒng)。這會(huì)有力推動(dòng)中國自動(dòng)化的國產(chǎn)化進(jìn)程，助力建設(shè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)字工廠。（馬永和）
