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忆梦|工业控制器（PLC&PAC）的虚拟化技术——边缘计算走进工厂车间( 二 )


在具有边缘计算（PACEdge）技术的控制器上运行多个操作系统的可能性是一个显著的变化（图2） 。 核心关注点是维护一个强大的实时操作系统用于控制功能 ， 就像采用PLC时一样 ， 从而不会影响到自动化功能 。 作为实时操作系统的补充而运行的第二操作系统提供额外的计算选项 。 这两个操作系统必须是独立的 ， 但保持交互能力 。
运行两套操作系统的概念可以用“内侧”和“外侧”环路的说法做进一步解释 ， 级联过程控制回路（图3）的用户可能熟悉这些说法 。 在这种情况下 ， 内侧环路是用于控制的实时操作系统虚拟机 ， 而外侧环路是一套用于实现附加功能的标准操作系统虚拟机 。 举例而言 ， 内侧环路可以监视过程流输入 ， 执行比例-积分-微分（PID）计算 ， 并掌控控制阀输出 。 外侧环路可以对内侧环路给出最优流量的建议 ， 但不会影响内侧环路的运行 。 另一种解释内侧和外侧环路概念的方法是运用与汽车导航相关的类比 。 内侧环路是通过驾驶员的直接注意力来驱动车辆到达目的地 ， 而外侧环路可以是提供补充信息的汽车仪表板导航系统 。
因此 ， 内侧环路是关键任务 ， 无论如何均必须一直进行操作 ， 即使外侧环路遇到问题也不例外 。 另一方面 ， 外侧环路对于主系统操作有价值 ， 但不是必需的 。 下面几节将进一步探讨这个概念 。
控件保持在内侧环路PLC提供了自动化设备和过程所需的专门功能、输入/输出（I/O）连接性 。 这些设备已经获得了处理能力和联网功能 ， 可以更好地与更高级别的系统进行交互 ， 这些系统具有通常被称为PAC的更高级的版本 。 然而 ， PLC和PAC仍然专注于它们的控制角色 。
PLC和PAC使用多种编程语言；其中梯形逻辑是最流行的 。 PLC性能的一个基本衡量指标是控制器扫描梯形逻辑的速度 ， 通常以毫秒为单位 。 所有其他任务必须得到处理 ， 以便保留确定性扫描时间 。 PC上的操作系统不适合毫秒控制 ， 因为它必须处理图形和用户界面等诸多任务 。
在维持同等功能的同时 ， 使用基于控制器的虚拟机来取代PLC或PAC ， 需要使用实时操作系统 。 该实时操作系统提供了内侧环路PLC功能所需的特性 ， 与此同时不会对性能造成任何损害 。
扩展功能位于外侧环路由于控制功能基本上保持不变 ， 所以控制器虚拟化的真正优势是增加了一个以合作的方式谨慎集成的外侧环路Linux虚拟机 。 这个虚拟机可以做专用PC可以做的任何事情 ， 但是成本更低 ， 并且以更紧凑的形式封装 ， 而无需将PC集成到控制器中 。
工业用户没有必要立即利用额外的操作系统 ， 因为他们可以使用虚拟控制器来实现PLC的基本功能 。 然而 ， 许多用户发现 ， 通用的Linux操作系统可以通过下列途径来增强他们的应用程序：
?运行机器学习元素
?执行分析
?与云通信
?使用消息队列遥测传输（MQTT）或其他发布-订阅模型来交换信息
?执行优化计算以通知控制器虚拟机
?驱动本地显示
?生成web页面
这些功能需要上游计算资源 。 用户可从Edge操作系统上实现这些功能的效率中受益 ， 因为他们利用了本地可用的处理能力 ， 并在尽可能接近源的地方作用于数据 。 该做法消除了计算层并简化了网络使用 。 驱动本地显示或直接从控制器生成web页面的能力即为此类例子 。


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