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　　工業控制系統的全國產化，正在出現新突破。更重要的是，它立足于未來工廠，面向數據驅動的數字化車間。

　　基于龍芯中科3A5000芯片與國產編譯器，通過在指令集、代碼級的完美融合，一款響應速度達到30微秒（0.03毫秒）的全國產化自主JIC PLC（可編程邏輯控制器）已經在實際應用中得到驗證。

　　除了完成常規功能，該控制器響應速度甚至超過一些國外主流產品。當前，國內占優勢地位的控制器主要是歐系、美系、日系三大流派。現在，中國工業控制產品也有了新的標桿產品。這是信創在工業控制領域的重大突破。

　　該JIC PLC由深圳華龍訊達信息技術股份有限公司（以下簡稱“華龍訊達”）與龍芯中科技術股份有限公司（以下簡稱“龍芯中科”）聯合打造。

　　華龍訊達CEO龍小昂說：“30微秒的JIC PLC控制器，只是國產控制系統的一個新起點。”龍芯中科副總裁杜安利指出：“龍芯中科與華龍訊達的合作，目的是擺脫X86和ARM在工業控制系統最底層的‘卡脖子’難題。”

　　工業控制系統是智能制造、工業互聯網關鍵底層技術，其自主創新與最新突破，對以智能制造為主攻方向的中國工業轉型意義重大。

　　一點彎路都沒走

　　PLC是工業控制系統的核心“組件”。工業控制系統是一個泛稱，由PLC、SCADA（數據采集與監控系統）、DCS（分布式控制系統）、IPC（工業計算機）等組成。

　　全球工業革命從機械化到電子化、自動化，從自動化到信息化、數字化，逐漸形成了龐大復雜的工業控制系統生態，推動著工業制造的螺旋式發展。

　　一條工業生產線，可以抽象為工業裝備與工業控制系統，后者與工業裝備的融合，保證了生產的自動化、柔性化。隨著工業生產向人機協同發展，要求從工業控制系統、各信息系統中共享數據并發揮數據價值，以實現數字化、智能化的數字化工廠。

　　生產是工業企業的本質。工業控制系統是數字化轉型的底座，而這個底座牢牢掌握在國外企業“手中”。

　　長期以來，從芯片到操作系統再到應用，信息技術形成了Wintel（Windows+Intel）和AA（ARM+Android）兩大生態。

　　在工業控制系統領域，則形成了四層嵌套結構，第一層是芯片，主要是英特爾、ARM。第二層是操作系統，主要是Windows、VxWorks。第三層是軟件編譯器。第四層是控制器。

　　目前，全球工業控制系統基本都基于X86、ARM架構。而國內工控系統機器端，90%以上都采用了國外芯片。

　　這是工業控制系統最底層的“卡脖子”技術，也是PLC信創最需要“攻克”的目標。而“華龍訊達和龍芯中科的合作成果，基本上解決了這個問題”。

　　這是一種基于供應鏈的聯合創新。從三年前開始探討聯合打造新型工業控制系統開始，華龍訊達與龍芯中科的團隊進行了深度的嵌合，組成聯合攻關組。龍芯開放了底層的芯片指令集，而華龍訊達則將其融合在高速高動態響應的各種工業場景。

　　這種開放指令集的動作，對于行業占主導地位的Intel或者ARM芯片，是根本不可能的。而現在，有了芯片、控制器和用戶的三方信任和聯動，控制器的進展速度就很快。

　　2021年，龍芯中科推出具有100%自研LoongArch指令集的3A5000芯片，就已經考慮到很多工業應用的場合。其跟華龍訊達的控制器構成了原生態的匹配。2022年11月，華龍訊達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行打磨，可以說是一點彎路都沒走。”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的發布，以及未來龍芯系列化產品的迭代，下一步，雙方將共同開發更快的工控系統。

　　中國的控制器系統，第一次開始基于自主芯片版本迭代進行同步更新。

　　為什么是華龍訊達

　　工業控制系統的核心技術有四大版塊：芯片技術、操作系統技術、編譯器技術和控制器技術，構成了國產化的巨大鴻溝。

　　工業控制市場西門子、歐姆龍等PLC，往往都是基于傳統指令的全封閉結構。

　　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。現在，盡管倍福在全球風電市場、煙草市場“獨領風騷”，但從全行業看，倍福的市場占有率是“頂流”的零頭。

　　華龍訊達和龍芯中科成功推出完全自主的微秒級PLC，是因為基于新的技術架構的升級：一是龍芯自主LoongArch指令集和基礎操作系統，二是華龍訊達多年對于控制器架構的深度研發。

　　對PLC信創而言，從0到1尤其珍貴。這意味著華龍訊達由此成為工業控制系統的“攪局者”。

　　但是，為什么是華龍訊達？

　　華龍訊達成立于2003年，從成立之日起就聚焦于工業控制系統的升級、改造、迭代。一直在幕后。

　　早在2011年，華龍訊達就已經研發出基于英特爾的編譯器，以及推出了國內第一款基于英特爾芯片的PLC，并在機臺上得到十幾年實際應用，積累了豐富的控制經驗。

　　與此同時，2004年公司開始做數據采集，也就是從控制系統中拿數據，相繼，做了物聯網、數字孿生，從而打通工業網關，實現數據互聯互通與數據應用。2017年，開始研發工業互聯網平臺。從底層到云端，從硬件到軟件，打通云、邊、端。

　　二十多年來，華龍訊達圍繞頂級的國外PLC產品進行電氣配套與升級工作，對國際各種PLC的內部架構和電氣電子實現方式了如指掌。通過吃透這些工控產品的各種參數，發展出“深井打水”的獨特競爭力，在數據采集、數字孿生等技術在國內拔得頭籌，得到廣泛應用。

　　今天，公司的主營業務收入中，工業控制占50%以上，包括新機內置、系統升級等。

　　2020年，公司做出一個重大決定， 將內部使用的控制系統，對外開放出來，并且跟工業互聯網平臺相結合。從內部產品化，到外部商業化。跟國產芯片合作，打造全國產化的控制系統，則水到渠成，從而可以徹底解放數據生產力。

　　控制才是工業互聯網的底盤

　　隨著工業互聯網應用的深入，企業的需求正在發生全新變化。企業不再滿足諸多控制系統、人機界面之間的頻繁切換——這形成了很多孤島。在產線機器上，多層系統、多層協議導致數據流動非常不暢，無法形成有效的數據驅動和決策。

　　華龍訊達希望能夠實現一個工業控制級的自動化平臺。它將PLC、物聯網、傳感器、工業網關等物理資產進行打通，實現監控軟件SCADA、人機界面HMI等軟件的無縫切換。這意味著底層的控制系統，可以直接跟整個機器的軟件環境連接在一起。

　　在這個過程中，把工業控制與工業互聯網平臺、數字孿生打通。而控制系統是最為核心的底層技術。

　　當工業控制的指令集和數字孿生打通后，數字孿生的每個動作、每個防控、每個開關、每個傳感器等每一個指標，都將是由控制節點進行實時驅動。圍繞著過程優化的實時動態數字孿生，將發揮洞察機器“黑洞”的能力。

　　也只有將控制系統與數字孿生真正打通，數字孿生才開始具備采用“活數據”支撐實時決策的能力。

華龍訊達的自動化平臺，是將各種軟件系統進行原生的融合。在底層，龍芯指令集與華龍訊達工業控制系統指令集進行融合與匯編。基于此，在控制器進行編譯的時候，才可以實現原生的HMI和SCADA，實現各個機臺之間無差別的交互操作。

　　龍小昂認為，工業控制才是工業互聯網平臺的核心能力。而工業互聯網平臺的實施往往費時費力，難點在于OT與IT的融合，在于控制系統如何與其他數據進行同步分析與處理。芯片級的指令交互，是整個工業互聯網大廈的根基。

　　新的工業自動化平臺，可以實現平臺級的編譯器。這是基于控制器的IT和OT融合的平臺。它可以實現每個傳感器、每個工位，以及每個設備、生產線、車間、工廠的真正連接。通過平臺，向上，可以與ERP、MES、物流、WMS等整個信息系統對話，向下，可以和機器對話。

　　這些，都得益于華龍訊達和龍芯的合作，實現了控制系統的向上夠頂、向下扎根的全棧式連通。

　　生態遷移之戰

　　中國信創產業的發展，很多時候就是生態之戰，而非單點技術的突破。龍芯已經將芯片做的很扎實，而在自動化控制系統領域，則需要有一個完整的生態支撐。

　　以前的工業控制系統，由于底層系統由國外廠商壟斷，不會開放源代碼，因此非常封閉。如果沒有源代碼，要實現架構遷移很困難。這使得國內大量的生態，不得不根植在既有的壟斷格局之上。

　　龍芯中科是國產自主CPU的引領者，已形成大、中、小三條處理器產品線，分別是1、2、3號系列。性能由低到高，可以廣泛用在工業控制系統上。龍芯1號系列芯片可以做邊緣層的數據采集和傳輸工作。2號可以做控制器、網關等，而3號則適合工業計算機/服務器、工業云的應用。

　　可以說，龍芯已經搭建一個很好的底層基礎，但向上“生產”，則還需要更多的“主干”。對此，華龍訊達提供了很大的支撐。龍芯中科副總裁杜安利對此表示，“華龍訊達的控制系統線非常全面。我很少見到國內企業能夠在工業控制領域把編譯器做得這么深的同時，又能將控制軟件、數字孿生、標識解析等全部打通的企業。”

　　現在，基于龍芯完全自主、國產的指令系統、CPU、操作系統，華龍訊達可以跟龍芯一起，跟很多工業合作伙伴打造真正的自主的工業解決方案。這為中國自動化新生態的建設，提供了主干支撐的能力。

　　企業可以直接調用龍芯的指令系統，基于國產的軟硬件技術，建設面向未來數字工廠的各種應用。國產工業軟件開發商的軟件應用，完全可以在龍芯平臺上進行遷移。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，中國工業互聯網研究院、龍芯中科、華龍訊達舉行“新型工業控制系統聯合實驗室”簽約儀式。實驗室未來將在新型工業控制系統的標準、規范、體系、架構等層面不斷迭代。這意味著，新型工業控制系統，可以向更多工業互聯網平臺進行賦能。

　　工業互聯網發展已經進入深水區，新型控制系統的攻堅將成為一個重點。華龍訊達和龍芯，提供了一條控制級里的OT和IT的融合之路，未來有望建立一個全國產自動化生態系統。這會有力推動中國自動化的國產化進程，助力建設數據驅動、高效運轉的數字工廠。（馬永和）

來源 : 中國工業新聞