自动化控制系统-3可编程系统软件兼而有之一

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自动化控制系统-3可编程系统软件兼而有之一

什么是-3可编程系统

-3可编程系统是遵循-3国际标准、可实现完整自动化控制解决方案的软件开发平台。 它是自动化控制设计和执行的基础软件。 被业界称为“自动化控制的低代码集成开发环境”。 ”和“可编程控制器的‘操作系统’。”

属性一：是低代码集成开发环境

为了更形象地说明-3可编程系统的基础作用，业内人士引入了互联网中“低代码”的概念以及计算机编程领域中“集成开发环境”的术语来定义这款产品。 “低代码”开发是指无需编码或只需很少的代码即可快速生成应用程序的能力； “集成开发环境”是指用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。 以上两个特点——3可编程系统软件兼有，足见其产品定位——是一款为自动化工程师打造的工具软件，可以实现快速开发，同时提供良好的调试环境。

-3 可编程系统软件通常包括集成开发环境和自动化控制程序的运行环境。 自动化控制程序设计者可以用它编写满足现场控制要求的程序，并通过运行环境实现控制。

这种低代码集成开发环境通过封装隐藏了编译器、协议栈和基本控制算法等实现细节，使得工艺工程师在大多数情况下仅使用可视化的“功能块”和“配置对话框”等软件功能组件。 ，只需拖动“功能块”并填写“参数”，即可编写用于过程控制的程序命令。

▎图1：控制系统示意图

属性2：是可编程控制器的“操作系统”

业内人士还引入了“操作系统”的概念来说明-3可编程系统软件的战略地位。 可编程控制器是过程自动化、工厂自动化、农业自动化、楼宇自动化、能源自动化和交通自动化等领域的核心控制元件。 -3 可编程系统之于可编程控制器就像操作系统之于计算机一样。 该操作系统的作用与手机操作系统相同。 它管理可编程控制器的软硬件资源，并为工程师与系统交互提供操作界面，让操作人员轻松完成自动化流程逻辑。 设计。

这里所指的“可编程控制器”是指广义的自动化控制，包括边缘控制器、工业计算机、DCS控制站、PLC、运动控制器、机器人控制器、远程I/O和车辆控制器等设备。

可编程控制器位于制造系统的现场控制层。 工业制造系统结构一般分为五层，如图2所示。从下到上分别是：现场设备层，包括伺服、变频器、传感器等产品； 现场控制层，包括工控机、PLC、运动控制器、机器人控制器、DCS控制站等可编程控制器产品； 在过程监控层，主要产品是SCADA系统。 系统中的可编程控制器是设备或工作部分的控制核心。 SCADA从可编程控制器采集数据并发送给其下发控制指令，形成控制系统的数据中心； 生产管理层，主要产品是MES系统，它用生产工人能理解的语言执行任务，比如下了多少订单，每个订单需要多少材料等； 企业决策层，如ERP、SCM、CRM等系统。

▎图2：工业制造系统金字塔五层架构

其中，现场控制层（核心产品是可编程控制器）主要负责现场逻辑控制、运动控制、数据通信和可视化分析等任务，是各系统之间数据互联的重要桥梁。制造系统的层次。 可编程控制器作为现场控制层的“大脑”，通过-3可编程系统完成各种控制任务。 因此，-3可编程系统软件也被比喻为控制层“大脑”的“操作系统”，是在控制领域占据绝对核心地位的基础软件。

为什么国产可编程系统一直缺乏？

目前国内的可编程控制器大多采用国外-3可编程系统软件产品，如德国3S、德国KW（被菲尼克斯电气收购）等。 据估计，中国市场60%以上的自动化控制设备制造商都是用户，而这家德国公司的软件业务每年仍然保持快速增长。 但国产-3可编程系统软件凤毛麟角自动化软件开发，商业化产品更是少之又少自动化控制系统-3可编程系统软件兼而有之一，更谈不上分一杯羹了。

为什么-3可编程系统软件在国内这么多年都没有成功商业化？ 究其原因，我国要打破国外-3可编程系统的垄断还存在以下困难：

1、技术门槛高

-3 可编程系统本质上是集成开发环境控制工程网的版权。 它的核心是编译器。 在计算机技术领域，编译器与操作系统一样被业界公认为难度极高的产品。

2 学科交叉性强

-3 可编程系统软件是将计算机技术中难度极高的编译器与自动化控制领域的应用相结合的产品。 纯粹从事计算机技术的公司不懂自动化控制，缺乏控制领域的专业人才； 而从事自动化控制的企业，计算机技术相对薄弱，缺乏计算机技术专业人才。 这种跨学科性导致-3可编程系统的开发门槛很高。 大多数有能力开发计算机编译器的软件开发人员并不了解工业控制。 工业控制领域能够开发计算机编译器的工程师也很少。 很少。

3、团队组建困难

我国自动化控制核心技术发展较晚。 直接相关的核心技术开发商直到2000年代初才开始出现。 培养和储备的相关人才几乎都集中在一线城市。 鉴于前述-3可编程系统技术门槛较高，需要较长时间聚集这些一线城市的专业人才进行开发。 这也对企业尤其是业务种类繁多的企业的人力投资决策提出了一定的挑战。 在短期绩效考核目标体系下，维持一支专注于长期战略目标的团队。

4 营销难点

一方面，有能力做产品的技术人才不一定有能力开发客户。 即使面对“蓝海”，他们也无从下手； 另一方面，即使优秀的国产产品摆在用户面前，用户仍然对尚未广泛使用的产品心存疑虑，担心国产产品不够完善。

国产3级可编程系统发展现状

目前，发展国产三级可编程系统的潜力主要来自三个方面。 “**股力量”是大学和科研院所。 国内一些大学和科研院所声称自主研发了-3可编程系统，并声称已适配到自己的控制器上。 然而，大学和研究机构却受制于自己的科学研究。 定位的局限性与真正的商业应用相去甚远，甚至与行业脱节。

“第二股力量”是从事可编程控制器开发的厂商。 这些厂商大致可以分为两类。 一类是拥有比较先进的自主控制技术的大型厂商。 这些厂商都在一定程度上实现了控制。 系统国产化，但配套自有控制器的-3可编程系统只是本着“够用”、“与自家产品匹配”的原则进行开发，并不追求-3可编程系统本身。 功能很完善，也没有意愿输出自己的开发能力。 因此，如此大厂家的-3可编程系统并不能直接用于提高我国-3可编程系统软件的水平。 另一类是自动化控制技术发展不那么快，更注重现场硬件产品供应的厂家。 这些厂家的小型PLC基本上都采用自行开发的可编程系统，但其系统多采用解释性系统，执行效率较低。 技术、不够灵活的编程语言以及无标记的变量配置方式限制了其独立系统在中大型PLC产品中的应用。 因此，这类厂家开发中大型PLC和运动控制器产品，还是要靠购买国外的3级可编程系统来实现。

“第三股力量”是其他领域不具备控制技术基因的厂商。 例如，有互联网、通信行业的公司想要进入控制技术领域。 然而，由于这些公司不懂控制，不了解工业现场的实际需求，他们的系统软件无法应用于要求苛刻的、“现实生活”的工业现场，其产品*终沦为脚本编程工具，无法实现对现场的实际控制。

行业黑马：商业化的国产-3可编程系统来了

与其他高科技领域一样，再多的困难也阻挡不了国产化的进程。 虽然-3可编程系统国产化难度较大，但北京奥泰克斯科技有限公司研发的-3可编程系统的发布或将改变国内尚无成熟商用产品的困境。

该产品是由一支具有丰富技术积累的优秀创业团队开发的。 创业团队创始人张海伟及核心成员均曾就职于国内一线控制技术公司，并至少参与过一次同类产品的开发。 他们不仅拥有高水平的技术能力，而且拥有丰富的开发同类产品的直接经验。 同时，我们对产品的实际应用有了深入的了解。 而且，公司采用合伙人制度，每个团队成员都有强烈的意愿去做一些有意义、有前途的事情。 这种志同道合使得少数跨专业的人才聚集在一起。

-3 可编程系统市场长期被国外公司垄断。 一些本土自动化厂商其实已经下定决心要开发自主可控产品，这样就不会随时受到国外产品变化因素的干扰。 这使得创业团队的营销工作不再像之前想象的那么困难。 这些客户以共赢为目的，与创业团队一起测试产品、规划功能，使得这套国产三级可编程系统一上线就实现了从成功开发到应用交付的零过渡，成为国产三级可编程系统系统。 系统领域的一匹黑马。

据悉，目前创业团队已获得典型行业大客户订单，并按计划交付产品。 截至目前，-3可编程系统已成功应用于中科院某自动化所的机器人控制平台产品、某中央企业集团某特种工业领域的DCS控制系统、PLC及运动控制系统等。深圳某上市公司控制器产品。 。

攻克工业软件重要“卡点”

国内通用可编程控制器市场总量往往达到数百亿，其中狭义的PLC和DCS市场分别超过数百亿。 相关产品应用范围广泛，涉及多个关系国计民生的重点行业，在控制领域占据绝对核心。 状态 3 可编程系统的战略重要性是不言而喻的。 对于如此庞大、需要稳健发展的市场来说，本土-3可编程系统提供商的长期缺失，必然会给整个行业带来严重的安全风险。

这款商用3级可编程系统的推出，标志着本土团队成功解开了工业软件中占据重要地位的“卡点”。 从此，国内自动化领域的大多数用户除了使用德国等软件之外，又多了一个全新的选择——由本土专业团队开发的-3可编程系统软件，并且该系统可以完全适应国内操作系统和处理器芯片不怕“供电中断”，100%可控。

-3 可编程系统适用范围广。 适用产品（广义的可编程控制器）在计算机控制领域中发挥着关键作用，是系统中的核心自动化控制部件。 这些核心部件往往控制着关系国计民生的关键系统，如军工、能源（核电、火电）、化工、轨道交通、重型装备等系统的控制。 因此，作为这些核心部件的“操作系统”，运-3可编程系统应该像这些核心部件本身一样自主研发、安全可控，其国产化进程刻不容缓。

创业团队开发的-3可编程系统软件主要由集成开发环境（IDE）和运行时软件（）两部分组成。

从集成开发环境的开发工具链来看，系统是基于开源工具链开发的。 开发工具链的源代码是开源的，即软件工具的开发不会受到他人的控制。 从集成开发环境的角度来看，从运行的角度来看，集成开发环境可以跨操作系统和处理器平台运行。 它可以运行在Linux、Linux、Kirin等操作系统上，支持运行在X86、ARM、龙芯等处理器平台上。 从运行时软件（嵌入式软件）来看，本-3可编程系统的运行时软件采用标准C语言编写，可以很好地适应各种操作系统和处理器平台，并且不涉及限制。

该产品在系统开发工具链“三端”、集成开发环境运行端、运行时软件端可控。 除代码开源部分外，系统的集成开发环境和运行时软件代码均由张海伟创业团队100%控制。 独立编写，保证系统各方面不受他人控制，可以运行在各种操作系统和芯片处理器上，包括国产操作系统和国产处理器芯片。

对标世界领先的-3可编程系统

张海伟创业团队的目标是全面对标全球领先的-3可编程系统，为全球用户提供具有先进逻辑控制、运动控制、数据通信和视觉分析技术的全自动化软件解决方案。 张海威说，“我们的产品必须具备竞品所具有的功能，我们也会提供竞争对手设置技术壁垒提供的产品和服务。我们的每一位会员都改变了自己原有的生活和工作轨迹，脱离了原来的生活和工作轨迹。”摆脱曾经限制我们的规章制度。本着我们共同的愿望——开发真正商业化的国产-3可编程系统，并依靠这个产品发出代表国内技术水平的强有力的声音。”

为了这个目标，张海伟创业团队开发了系统功能齐全、符合自动化现场控制的-3可编程系统。 该系统作为新一代开放控制平台，具有如图3所示的功能特点。

▎图3：-3 可编程系统功能

突破点一：支持-3国际标准描述的五种编程语言。 包括：LD、FBD/CFC、ST、SFC 和 IL。 为了考虑到用户习惯，LD语言还支持欧洲和日本的编程风格。 编程语言是否丰富，关系到控制器能否控制各种场景下的现场设备，因为自动化控制领域的需求非常多样化，控制需求的异构性很强。 过去，PLC尚未普及时，现场需求的多样性只能通过专用控制器来满足。 首先，这导致为单一场景构建的控制器成本极高。 而且由于高度定制化的专用控制器只匹配某一类控制场景，其通用化程度必然很低。 未来很难量产； 其次，应该专注于过程控制的自动化工程师也必须投资于专用控制器的设计和制造； 第三，对于用户来说，一旦现场使用了独特的专用控制器，以后就很难更改型号。 这将是极其困难的，这是所有行业的普遍情况。 为了让可编程控制器有更广泛的适用性，它支持的编程语言必须足够丰富，能够与现场“说”不同“母语”的各种场景、各种设备实现“同频通信”。 ，这就是-3可编程系统支持五种标准编程语言的内在原因。

突破点二：支持高级语言C/C++扩展。 不同的语言在不同的应用场景下各有千秋。 例如，在继电器逻辑控制场景中，一般使用梯形图语言，因为梯形图语言与继电器接线和组网非常相似； 当涉及到编写复杂的算法时，就需要高级语言。 当以上五种标准编程语言在某些场景下无法扩展用户想要的功能时，系统还支持用户编写C/C++代码并集成到运行时系统中，或者引入第三方成熟的C/C++语言算法（如视觉、人工智能等算法）扩大-3标准编程语言的应用范围。

突破点三：支持多核、多任务调度。 即支持处理器多核任务分配和基于优先级的多任务调度。 多任务类型包括周期性任务、自由运行任务、时间触发任务和中断任务。

突破点4：支持灵活的数据组织。 系统支持标准数据类型、用户定义数组、结构体、枚举和功能块； 此外，它还支持指针类型，方便工程师配置更灵活的应用。

突破点五：可集成多种标准通信协议和符合标准的运动控制功能。 常见的总线协议有RTU、TCP、/IP、OPC UA等。

突破点六：使用编译代码生成技术。 编译技术直接将用户逻辑编译成可执行的二进制机器代码。 与解释型技术相比，编译型技术可以更高效地执行用户程序，大约是传统解释型技术的10倍。 解释性技术的缺点在逻辑简单的小型PLC应用中并不明显。 当应用于中大型PLC，甚至运动控制器等需要较高运算能力的控制器时，缺点就非常严重。 很明显。 这就是为什么，如前所述，国内厂商对于小型PLC仍然可以使用自己的系统，但在开发中大型PLC和运动控制器时，却别无选择，只能购买国外软件。

突破点七：支持在线“免打扰”逻辑修改。 用户逻辑可以在线动态修改，不干扰现场控制过程。

突破点八：丰富的程序编辑和调试方式。 支持仿真、图形文本语言断点调试、任务状态信息查看、调用堆栈查看、交叉引用查看、在线变量读写、监视列表、变量趋势查看、未定义变量自动声明、智能输入识别和记录、等功能。

国产化肩负我国产业自主可控重任

自动化控制产品（可编程控制器）是智能制造装备的重要组成部分。 它们是发展先进制造技术、实现制造业自动化、数字化、网络化、智能化的关键支撑。 是实现产业结构优化升级的重要基础。

在当前复杂严峻的国内外形势下，加快攻克重要领域技术“卡脖子”，有效突破产业瓶颈，牢牢掌握创新主动权，是我国经济发展的重要政策。发展。

在此浪潮下，作为自动化控制层的“操作系统”，国产-3可编程系统必须尽自己的一份力量，主动承担起“核心技术”和“基础软件”应有的责任，为自动化控制层提供应有的保障。市场上绝大多数基于-3 的系统。 标准开发的自动化控制器产品，提供了自主可控、便捷高效的统一软件开发平台，推动新一代信息技术与制造业的深度融合、创新融合，以及信息技术（IT）与运营技术的融合（ OT）。 真正把“自己的力量”和“自己的本事”融为一体、贡献出来。

张海伟创业团队推出的-3可编程系统，让我们看到了垄断坚冰融化的曙光，但我们可以猜对开始，但不一定能猜到结局。 原因在于“操作系统”平台级软件给用户使用习惯带来的惯性以及目前在售产品开发一致性的制约能否通过创业团队和用户的共同努力来打破？工业控制行业。 我们希望在自主可控、创新引领的新时代，不断诞生更多这样的产品，克服“卡脖子”点，并在与国外产品的激烈竞争中逐步发展壮大，成为我国工业软件领域的本地化责任。

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