工业物联网、工业云平台、信息化、OT(Operation Technology)与IT(Information Technology)融合等等概念不断涌现，而传统的工业控制系统通过技术升级，也在快速与新技术进行融合（例如:MQTT，OPC-UA，VPN等），当然大量的传统控制系统目前依然需要工业物联网网关产品实现与IT层的数据交互。IT工程师与OT工程师需要经过大量的沟通，并且在云平台后端需要构建不同的数据处理流程。随着应用深入，云平台将越来越庞大，并且难以很好适应工业自动化领域的多品种、小批量、定制化的需求。

本文介绍一种融合OT与IT技术的边缘计算PLC平台框架，结合符合IEC61131-3标准的LogicLab开发平台，并在树莓派3硬件平台上进行实践，让IT工程师能够与OT工程师基于同一个边缘PLC控制器上协同工作，让更多的数据在边缘侧进行处理，降低沟通以及应用成本。

我们认为在工业4.0时代，边缘PLC控制器是作为IT与OT的桥梁，同时负责IT层的部分数据处理、通讯以及OT层的工业现场应用处理。在IT层主要支持MQTT、OPC-UA等等信息化技术用于与工业云平台，MES等系统进行数据交换，而在OT层则依然支持传统的现场控制技术，如：IEC61131-3编程、PLCopen MC运动控制、EtherCAT、CANopen、Modbus等等技术，同时边缘PLC控制器可以进行本地以及远程Web技术的数据展示。详细架构如下图所示：

因此为了让IT工程师更深入参与到整个工业应用中来，这里我们在边缘计算PLC体系中增加了由IBM开发的图形化开源物联网应用开发平台Node-RED，专门用于IT工程师对工业物联网应用逻辑进行开发，并且可以与OT层的IEC61131-3运行系统快速进行数据交换。这样OT与IT工程师在边缘计算PLC控制器上共同协同工作，由于软件架构上LogicLab Runtime与Node-RED为不同的进程，并且在树莓派3上通过实时Linux技术（或者在Windows平台上通过INtime实时系统技术）中国上海西门子模块代理商，将其彻底隔离，互相不影响的同时又可以通过内存共享（Shared Memory）方式快速交互数据

*初由IBM开发并开源，借助于其简单的应用方法与NodeJS的强大软件生态，Node-RED在物联网领域已经有不少非常成功的应用。通过对Node-RED进行二次C/C++扩展开发，Node-RED已经支持LLSymbol指令，IT工程师通过图形化拖拽以及设定参数即可与OT层的IEC61131-3运行系统进行控制器内部数据交换，大大降低了传统采用物联网网关方案的应用成本，以及提高了IT工程师灵活自主的空间。

可以大大降低工业物联网应用难度与成本，更多原来在云平台端的数据处理可以放在边缘计算PLC平台上由Node-RED来负责，提高了数据处理及时性，简化工业云平台或者MES系统的数据预处理功能。中国上海西门子模块代理商

使用纯软件方式实现嵌入式控制器中的MCU, DSP等等芯片中运行的特定算法与功能，从而实现完整的工业控制系统。使用PC Based解决方案能够让开发人员聚焦在软件实现上，而无需关注过多复杂的嵌入式系统硬件与基础平台，借助于庞大的PC工业软件与硬件生态圈，使得开发一款工业PC Based控制器工作量将大幅降低。

PC Based控制器目标应用为需要超高处理性能的场合，例如：工业机器人，数控机床CNC，高端智能制造生产线，新能源等等应用场景。

PC + Windows + 实时内核扩展

得力于工业PC超强的性能与Windows平台极大的开放性，基于Windows技术的PC Based工业控制技术目前在工业自动化领域已经取得了极大的成功，而其实时性要求较高的应用则需要搭配专业实时核心扩展，这样研发工程师可以很轻松将原有的非实时应用移植到实时核心下运行，从而对工业现场进行实时控制，同时部分非实时的应用例如人机交互界面，显示终端则可以借助Windows平台丰富的软件进行实现。其基本架构如下:

Windows实时内核可以独立占用PC硬件上的1个或者多个CPU核心，并且可以直接接管需要进行实时控制的外设，此时在标准Windows上则不可以直接操作这些设定到实时内核下的PC外设，而实时应用与非实时应用通过内部的通讯机制进行相互访问，从而保证整个控制系统的实时应用与非实时应用既相互的隔离又可以通过安全可靠的接口相互访问对方的数据。

客户案例分享 -　应用于工业4.0的高端运动控制器

*后翌控科技将边缘计算PLC控制器方案进行了简单梳理，由于Node-RED是基于NodeJS的组件，在处理数据上具有较高的灵活性，但是缺点是其CPU占用率依然较高（基于标准测试工程进行3个Flow的运算，Node-RED在树莓派3上的CPU占用率为单核心40%左右）因此我们推荐至少如下平台可以更好支持该解决方案：

- 嵌入式: 多核心，主频大于1GHZ + Linux(实时内核Xenomai-面向运动控制，实时内核PreemptRT-面向流程控制)中国上海西门子模块代理商

- PC Based: Atom Baytrail双核处理器以上级别 + Linux(实时内核Xenomai-面向运动控制，实时内核Pree中国上海西门子模块代理商mptRT-面向流程控制) / Windows+INtime实时扩展

由于系统的主体结构与工作机制基本与DCS 相同，因此系统中保留了DCS 的各项成熟技术，例如冗余技术，系统组态软件技术、硬件制造技术等。这些技术是经各国DCS 制造厂商不断完善，并经过多年现场运行考验的，对保证系统可靠、实用有着非常重要的作用，也已经为广大用户所接受，以致于现在人们已经敢于全部撤除常规仪表和控制设备。这是发展新型控制系统的十分宝贵的基础。

2、系统采用现场总线技术以后，为进一步实现分布式DCS 的物理分散创造了条件。利用现场总线，可以方便分散地在就地I/O 点附近，建立远程智能模块I/O 接线箱，目前的技术，使智能模块的应用场合具有工业现场级的条件，它能适应恶劣的工业现场环境，而目前传统的DCS 卡件还达不到这样的条件。

3、分布式DCS 中应用现场总线技术后，系统的I/O 接口，既可以接常规仪表或变送器，又可以直接连接带现场总线接口的智能仪表。这种系统应该说更适合当前我国国情，因为目前在我国所有的一次元件、变送器或执行器，尚不可能完全采用价格昂贵的带现场总线接口，甚至具有控制功能的智能设备。尤其对于现有的改造，原有的现场仪表基本上都是常规的，尽量利用仍然可以使用的设备，将大大减轻用户的负担。

4、系统的开放性更好。它们可以与DCS 一体化，也可以采用别的硬件、软件构成的系统或PLC。当DCS 采用现场总线以后，因其本身具有开放型的特点，就可以十分方便的实现与各类现场总线仪表、PLC、RTU 及其他子系统的通信。在分布式DCS 系统中，网络结构兼顾了开放性、可靠性及先进性。在企业管理层采用标准的100Mbps 以太网（TCP/IP 协议），可以与企业原有的管理网直接相连。在系统操作层，采用冗余的100Mbps 以太网，保证系统的开放性；支持光缆和双绞线，支持交换机工作方式和普通方式。

在经历了二十几年的发展，分布式DCS 系统有了很大的变化。

全新灵活的体系结构：可在智能现场仪表设备、控制系统、企业资源管理系统之间的无缝信息流传送，轻易实现工厂智能化、管控一体化。*新的信息及控制技术：分布式数据库,基于C/S 、 B/S 的体系结构。

开放系统的**：OPC 集成，符合工业标准、方便互联;基于Inernet 技术的远程数据访问与浏览。

经济性： 现场总线的系统设计，分布式模块可分散在各现场控制信号附近，如直接放在电气柜中等，用通讯总线相连而成，大大节省了控制电缆及安装费用，有效节约整体项目投资，降低运行维护成本。

易用性： 智能设备管理（故障诊断、精度校正、带电插拔），维护简单方便。

延续性： 操作站采用通用系统平台，可跟随计算机水平不断提高而同步升级。与传统的PLC、DCS 相比，具有控制设备的通用性强，以后的系统维护和扩展不依赖于某个厂家。因采用的是通用产品，它们的性价比更高，安全性更强，在操作站出现故障时不会影响控制，真正做到危险分散，集中控制。

分布式DCS 系统因采用的市场上通用性很强的系列产品，使用户不担心交付后的备品备件供应问题，包括软件升级。分布式DCS 系统在这几年已经成功应用于化工、热电、水泥、玻璃建材、石油化工、环保等生产线的控制，正日益成为工业自动化控制的主流产品。

直致力于为企业提供高品质的产品和服务。自公司创建成立以来，为各行业的企业提供了各种电气自动化工程、SCADA及软件信息系统、机器人集成、智能工厂解决方案、 无线通信产品和摩擦焊机工业设备等。我们是具有先进理念的科技型企业，将以可靠的技术和完善的服务为您的企业创造价值。

　　我们在环保、冶金、电力、市政、石油石化、智能制造等各行业的电气自动化工程、SCADA及能源管理系统(EMS)、机器人集成、企业智能制造及摩擦焊机工业设备提供方面有着丰富的经验。能为客户制定应您所需的产品和解决方案。

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通过扫描依次读取所有输入状态和数据，并将它们存储在 i / o 图像区的相应单元中。 输入示例完成后，进入用户程序执行和输出刷新阶段。 在两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i / o 映射区域中相应单元的状态和数据保持不变。 因此，如果输入是脉冲信号，则脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，以确保在任何情况下都能读取输入。

2.用户程序执行阶段

　　在用户管理程序可以执行发展阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次扫描分析用户应用程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边由各触点构成的控制技术线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制相关线路信息进行研究逻辑关系运算；然后我们根据学生逻辑思维运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态，或者企业刷新该输出一个线圈在I/O映象区中对应位的状态，或者需要确定自己是否要执行该梯形图所规定的特殊教育功能实现指令。即在不同用户提供程序设计执行教学过程中，只有不断输入点在I/O映象区内的状态和数据时代不会影响发生时间变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储服务区内的状态和数据方面都有他们可能没有发生巨大变化，而且中国排在上面的梯形图，其程序制度执行审计结果不仅会对排在下面的凡是用到解决这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的梯形图起作用。

　　3.输出刷新阶段