工业控制的普及，PLC

本文分享自中移OneOS微信公众号《工业控制-PLC简介》。

工业控制的前世今生

先来一段比较拗口的概念性描述：
工业控制系统是由计算机和工业过程控制部件组成的自动控制系统。工业控制系统对数据进行采集与监测，并以控制信号的方式输出计算结果，最终实现设备的自动化运行或是对被控对象的管理与监控。由于大数据量和高速率传输的要求，自动控制系统与以太网逐渐结合，向网络化发展，其发展从CCS（计算机集中控制系统）、DCS（分散控制系统），到如今最为流行的FCS（总线控制系统）。

Q1:如何完成数据（压力、位移、速度、加速度、温度、流量等）的采集和控制?
A:传统的自动控制系统采用一对一的I/O连接方式，即每个对象都需要单独和控制器连接，如果信号数量繁多，线路连接就会很复杂，如下图所示：

但随着Fieldbus技术的出现，这一问题得到很大改善，工业设备通过总线的拓扑方式连接。总线连接方式设计简单，减小后期维护成本，并且由于Fieldbus的实时性，能较大提高信号传输的准确度，减少传送误差。

 

Q2:控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统?
A:开环控制只受输入的影响，无反馈，控制精度和抑制干扰能力较差，比如生活中使用的风扇就可以理解为开环控制系统，设定好挡位，风扇转速就基本是一定的，无反馈，不能根据环境温度自动转速。

而闭环控制系统是建立在反馈的基础上，通过输入值和期望值的偏差进行系统控制，可以得到较好的控制性能，比如冰箱的控制系统就是闭环控制系统，它会根据冰箱内实际温度进行调节。

可编程逻辑控制器

再来一段拗口的描述：
控制器是整个控制系统的核心部件，目前使用最广泛的是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，PLC是一种在工业上广泛应用的数字运算控制器，基于可编程的存储器，其执行逻辑运算、顺序控制、数学计算等操作，控制各种工业设备。

在这里不得不提PLC中一种关键技术—循环扫描执行方式：
在一个扫描周期内，PLC执行过程分为三步：输入、计算、输出。系统启动后，PLC会依次扫描系统各个输入点（例如外接传感器），读取各输入点数据，输入的数据按照既定程序进行计算，最终根据计算结果输出相应的控制信号。控制器系统就一直按照用户设定的扫描周期周而复始执行输入、计算、输出。

下面以锅炉的温度调节控制为例来解释为什么循环扫描的执行方式非常适合于工业过程控制。

该温度调节系统的作用是让锅炉内的温度保持稳定，设计的温度调节系统基本原理如上图所示，在每个扫描周期，PLC会计算设定温度和实际温度之差，然后将温度误差作为PID控制器的输入进行计算，计算结果转换为一定占空比的脉冲输出，进而控制功率模块，最终输出电压控制发热管，保持炉内温度稳定。PID控制器可以让整个系统达到一定的控制要求（动态误差、静态误差、超调、稳定时间等），让系统调控能够更加快速稳定。

OneOS与可编程控制器

借助CODESYS的东风，OneOS将不断丰富源码中的工业控制组件，同时OneOS将推出一款基于IEC 61131-3编程的功能强大的工业控制器，敬请期待！

实时性保证
工业控制器的操作系统是硬实时操作系统，硬实时操作系统能够保证系统能在确定的时间能有确定的输出，由于PLC循环扫描的执行方式，不断执行输入，计算，输出，所有的操作都需要在一个扫描周期内完成，特别是运动控制，对系统的实时性提出了更高的要求。而OneOS内核是一款极简的硬实时内核，提供多任务管理调度、任务间同步的信号量和互斥量、任务间通信的消息队列和邮箱、以及内存管理等，支持任务抢占、优先级继承等机制，具备优异的实时性。

总线协议支持
在工业控制领域，最为流行的是基于总线的控制系统，总线通讯适用于远距离通讯以及被控对象较多的情况，OneOS支持CANopen、Modbus等经典总线协议，能较方便的将工业过程控制部件纳入一个总线网络，能够做到便捷、实时的控制。

可靠与安全
可靠与安全是工业产品的重要标签，工控产品大都需要能长时间安全可靠的运行，OneOS内核本着极简、稳定的初衷进行设计与开发，并符合IEC 61508标准，通过了PSA安全认证，是一款可靠安全的内核。

支持多种工业编程语言
CODESYS为OneOS提供符合IEC 61131- 3国际标准，并支持全部PLC通用编程语言的开放式工业软PLC开发工具套件，方便用户专心于上层应用软件的开发，可以无视底层系统的变化，能够快速进行工业控制解决方案的开发。

在工业芯片层面，与宁波中控微电子展开合作，将OneOS集成于CMC芯片，其支持多种工业通讯标准、多种控制算法以及IEC61131-3标准的5种编程语言。

CMC芯片可应用于智能制造装备、工业互联网、工业机器人等行业，助力中小企业轻松实现智能控制。

OneOS是中国移动针对物联网领域推出的轻量级操作系统，具有可裁剪、跨平台、低功耗、高安全等特点，支持ARM Cortex-M/R/A、MIPS、RISC-V等主流CPU架构，兼容POSIX、CMSIS等标准接口，支持Micropython语言开发，提供图形化开发工具，能够有效提高开发效率并降低开发成本，帮助客户开发稳定可靠、安全易用的物联网应用。 官网地址：https://os.iot.10086.cn/

OneOS软件地址：http://www.oschina.net/p/cmcc-oneos

OneOS项目地址：https://gitee.com/cmcc-oneos/OneOS

OneOS技术交流群：158631242