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美国技术封锁,西门子拒绝中企!PLC类产品又被卡脖子?

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-08-01 10:06:07

美方称北京天圣华参与高超音速武器的研发和空对空导 弹的生产,因此把北京天圣华列入实体制裁清单。据说因为天圣华向和中国军方相关研究机构出售了西门子的建模软件,并为军工项目的也就做出了积极贡献,因此美方对西门子施压。

西门子是全球最大的工业自动化企业,号称上帝的右手,距今已有数百年历史,指针式电报机就是西门子发明的,早在清朝年间,西门子就为我国的电气事业做出卓越贡献,1912年在云南省建成的中国第一座大型水力发电站——石龙坝水电站现在据说还在运行。人们对西门子所熟知的是PLC,因为PLC这个产品通用,普及性广,但是PLC只是西门子公司的冰山一角,是西门子最大众的产品之一。

PLC工作原理和应用概览

美国技术封锁,西门子拒绝中企!PLC类产品又被卡脖子?

PLC是第三次工业革命的典型代表之一。它由早期的继电器逻辑电路、微处理器再到微控制器发展而来。1969年,美国MODICON公司研制出了世界上第一台可编程逻辑控制器。早期的PLC为提高资源利用率都针对芯片定制运行时来执行PLC程序,并且运行时直接执行在硬件上。随着芯片技术的发展,PLC系统逐渐引入了FPGA、DSP等高性能芯片,并开始将运行时执行在RT-Linux、VxWorks、WindowsCE等操作系统上。

近年来,PLC开始趋向于使用类似手机的片上系统(SoC),例如高通的Snapdragon,英伟达的Tegra以及英特尔的Altera。典型的AlteraSoC由英特尔联合3S、EXOR、Barco-Silex公司专门针对PLC设计开发,该芯片集成了双ARM核心和一个FPGA核心,原生嵌入了3S的支持IEC61131-3标准的运行时和EXOR的人机界面软件,也实现了EtherCAT、CANopen等工业总线协议栈。

目前,智能制造、工业4.0等技术革命对PLC中图像处理、人工智能等非实时算法有巨大需求,推动了PLC的发展。图像处理方面,典型的有欧姆龙近年推出的FZ5系列和FH系列图像处理系统,它们可通过总线方式和PLC相连并交互处理结果。人工智能方面,西门子在2018年12月首先推出了一款集成了人工智能(AI)芯片的全新模块(TM NPU)。

2019年11月,罗克韦尔发布了支持机器学习的分析模块LogixAI。该模块可直接装入控制器机架内,并通过背板总线以数据流形式传输控制器采集的数据,以便构建预测模型。目前LogixAI主要应用在异常检测和软传感器领域。同年,欧姆龙推出了NX和NY两个系列人工智能控制器。控制器在控制功能的基础上搭载了特有的AI功能单元,该单元能够通过运行Sysmac软件功能库中的AI模组,对与应用目标相关的对象数据进行采集和记录,并基于预设的应用模型,支持设备行为的历史趋势分析、机器异常预测等。

这些通过总线扩展的图形图像和人工智能模块,解决了PLC受限资源无法执行复杂算法的困境,极大拓展了PLC的应用领域。然而,现场操作技术(OT)工程师对这些基于信息技术(IT)开发的模块接受困难,一时间难以在制造业广泛使用。因此,PLC还需要继续向高性能的超多核心以及更加广泛和深入融合FPGA、GPU、NPU等的硬件架构形式发展,从而支撑复杂逻辑、运动、图像处理、人工智能等相融合的应用,这是未来PLC发展的一个重要趋势。

PLC产品会被卡脖子吗?

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单说PLC这个产品线会不会存在卡脖子问题。这个问题要辩证的看,我们可以把PLC根据应用场景分为两个层面,即中小型PLC与中大型PLC。中小型PLC国产做的其实已经不错了,包括汇川、信捷、麦格米特、英威腾等公司的PLC产品都不错,国内做中小型的PLC厂家不会少于300家,因此应用于大部分离散控制场景的PLC根本不会卡脖子,并且这个市场竞争异常激烈。

大部分离散控制行业国产PLC肯定是没问题的,但是对于一些对安全可靠性要求非常严苛的场景国产PLC还有一定进步空间。现在市场上最常见的方案有西门子S7-300/400(S7-400很多东西依然是绝对经典)和S7-1500R/H冗余方案、施耐德的Quantum硬冗余方案、罗克韦尔的ControlLogix硬冗余/SLC500软冗余方案、AB B的AC800M硬冗余方案,这些冗余方案在能源电力、石油化工应用非常广泛。虽然现在市面上主要冗余是国外公司的,其实国产PLC的冗余做的也挺久了,可堪一用。

汇川、英威腾等耕耘离散自动化的PLC公司做冗余比较少,但是做流程行业的自动化厂家基本都有冗余方案。如和利时,和利时和中国电子科技集团渊源不浅,在国内DCS领域首屈一指,和利时主要业务是DCS、轨道交通控制系统、核电控制系统。和利时与广东核电集团是战略合作伙伴关系,广东核电集团旗下所有核电站均采用和利时系统。和利时LK系列PLC是对标AB ControlLogix/SLC500的大型冗余PLC系列。

浙江中控技术已在事实上成为流程控制的老大,实力比和利时更胜一筹。和利时2022年总营收为7.08亿美元,中控技术2022年实现营业收入66.24亿元公司。2022年中控签署了公司史上框架合同金额最大的裕龙炼化一体化项目也是公司第一个全厂性SIS应用案例,对SIS市场地位的全面超越、替代进口产品具有里程碑意义。中控在化工领域的市场占有率达到54.8%,毫无疑问的化工老大。中控的G3/G5系统拥有强大的冗余功能,并且中控的安全PLC已经批量应用于化工。

除了和利时、中控这两大过程控制龙头在安全PLC领域做的不错外,南京科远、上海新华、傲拓、南瑞、宝信、国电智深这些公司都有大型冗余PLC产品,事实上像中国电子、航天科工这种技术型国企都有针对关键控制技术国产化的产品与部门,不过内部比较封闭。

大型PLC最核心的要求是安全可靠,同时大型PLC面对的大多数应用场景是国企,因此面向的行业比较闭环,很多产品已经在工业现场大规模应用,但是信息闭环。据说汇川也在加力研发冗余系统,预计年底会出产品。

总的来说,PLC这种产品不存在垄断,也无需担忧卡脖子。因为PLC这种产品的技术体系并不难,难的是市场化、用户生态以及万无一失的可靠性。中小型PLC国产已经推广的很普遍了,中大型PLC国产也有很多细分行业龙头。但是说实话,国产的品质还得加油,把稳定性可靠性提上去。

“工业大脑”PLC国产化获突破

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被誉为“工业大脑”的PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器),在国产化方面实现了新突破。作为一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统,PLC可控制各种类型的机械设备或生产过程。一直以来,在工控核心PLC领域,欧美日占据着主导地位。

近期,菜鸟自研PLC系列产品信息显示,该产品核心芯片已实现100%国产化,有效避免了“卡脖子”问题,搭载Linux PREEMPT_RT实时系统,可保障产品航天级的稳定性。目前,菜鸟自研PLC整机已获欧盟CE认证,并在超200个自动化项目稳定运行。接下来,菜鸟将向市场推出标准从站、分布式IO模块、通讯网关、高性能主站、经济型从站等多款PLC产品。

目前,菜鸟数字供应链产品已在快消零售、工业制造、汽车等多个行业应用。此次推出的“供应链计划”产品角色类似于供应链管理中辅助决策的智能参谋,通过将运筹与AI、大数据结合,可自动输出基于销量预测的需求计划、基于全局优化的库存计划、基于智能分拨的补货计划、基于运筹优化的生产计划与排程,让企业在进行供应链管理时实现从“计划有没有”向“计划好不好”转变。

菜鸟物流科技将持续发力制造业。其智能制造业科技解决方案也在此次峰会期间亮相。方案显示,通过覆盖采购物流、生产物流、销售物流的科技产品,菜鸟可帮助企业打造智慧工厂。菜鸟集团副总裁、物流科技事业部总经理丁宏伟在演讲中透露,依托于数字化供应链、物联网、自动化等方面积累,菜鸟已为工业制造、汽车、大快消、物流等行业提供数智科技产品。其中,在汽车行业,菜鸟物流科技已与华晨宝马、长安汽车、比亚迪、上汽通用五菱、汇川联合动力、更大集团等近十个整车厂和零部件制造企业展开共创合作。