PLCnext

揭秘PLCnext架構特點及核心組件

目前，傳統自動化廠商多數是提供特定的IDE編程環境來實現編程人員與控制器之間交互，方式相對固定，開發自由度不高，相關功能主要依賴于自動化廠商的開發維護與更新，給用戶的自主開發工作帶來了不少困擾。面對新形勢下工業4.0以及IIoT的場景，用戶期待更自由靈活，符合個性化需求的編程交互方式。大家熟知菲尼克斯電氣全新推出的PLCnext Technology開放式控制平臺，相較于傳統的控制器架構具有顛覆性優勢。

區別于傳統控制器，PLCnext在保障傳統IEC61131-3程序實時運行的同時又兼容多種高級語言開發和開源程序的自由應用。PLCnext平臺究竟是采用何種機制來保障此開放式平臺穩定、實時、高效的運行？在此平臺上又可以做哪些多樣化的開發？其實這些面向客戶端可呈現出的內容都取決于控制器的架構和核心組件，它們是控制器底層堅實的基石。

PLCnext總體架構分為五大部分：硬件與操作系統、中間件、PLCnext核心組件、內部用戶組件、外部用戶組件。

硬件與操作系統

PLCnext底層硬件，我們根據控制器類別可采用Intel或是ARM架構的處理器的配置。操作系統采用RT-Linux系統，控制器具備確定性實時功能。Linux相對于Windows具備穩定且更有效率、漏洞少且快速修補、多任務多用戶、更加安全的用戶和文件權限策略等特點，從而一方面實現開發的自由度，另一方面保障程序的實時運行。

Linux系統最大特點是底層全部由文件組成，這樣使得我們更加便捷的去訪問控制器。PLCnext Engineer可以作為傳統IDE實現程序編輯下裝，也可以通過SSH或SFTP等安全方式訪問到底層文件，直接修改文件參數配置，實現無IDE環境條件下安全、自由、快捷的組態設置。

中間件

中間件部分實現將PLCnext Technology固件與操作系統解耦。GDS (Global Data Space)是中間件的重要一部分，它實現了不同實時組件之間交互的數據一致性。RSC（Remote Service Call）：Function Extension（功能擴展）上運行的程序通過RSC接口可以與PLCnext Technology核心組件進行通信。您可以通過接口訪問各種函數和數據項。例如，您可以使用RSC服務中“IDataAccessService”獲取對GDS數據的讀寫訪問權。

PLCnext核心組件

IO與現場總線組件

現場總線及IO管理器將實現的現場總線及本地IO與PLCnext Technology相連接，用于處理數據的輸入和輸出。支持下列現場總線(視具體情況而定):

◾PROFINET 控制器

◾PROFINET 設備

◾Axioline F 主站 (本地總線)

◾INTERBUS (AXC F IL Adapt and AXC F XT IB)

◾……

服務組件

服務組件提供對ESM(執行和同步管理器)、GDS(全局數據空間)和以下系統組件的訪問: OPC UA 服務器、Proficloud網關、基于web的PLC診斷管理、eHMI web服務器（PLCnext Engineer內基于HTML5網頁可視化頁面）、借助于Linux系統實現SFTP、VPN、SSH、NTP、Trace controller等服務。

系統組件

系統組件提供了PLCnext Technology的底層所有基本功能。其中系統管理器和PLC管理器實現加載所有其他系統組件并監視系統的整體穩定性。

系統管理器：在固件啟動時，系統管理器會確保所集成的組件和程序都按正確順序配置和啟動。

PLC管理器：PLC管理器是一個固件組件，用于加載PLC程序代碼進入內存并啟動或關閉程序。程序代碼可以是由PLCnext Engineer創建的IEC 61131-3程序，也可以由C++或者Matlab ®Simulink®創建。它們以代碼庫（.so）文件的形式存在于PLCnext控制器上，PLC管理器通過配置文件可以加載并實例化目標庫文件。

ESM（執行同步管理器）：ESM可以自動識別不同來源的程序，確保IEC 61131-3、C++和MATLAB®Simulink®程序能夠實時同步執行。并且根據需求可將任務部署在不同核上以達到均衡負載的目的。用戶則無需關心底層具體運行細節。在與控制器交互機制上，用戶既可以通過PLCnext Engineer IDE進行組態，也可以通過系統配置文件的方式對ESM進行設置。

用戶管理器：擴展了標準的Linux用戶管理功能，它可以管理各種各樣的用戶角色。您只能以既定的用戶角色對PLCnext固件執行操作。您可以為每個用戶選擇一個或多個具有不同權限的用戶角色。

IEC61131運行時：ProConOS eCLR是可以執行多個菲尼克斯自動化任務的IEC 61131控制運行時系統。所有在PLCnext Engineer內創建的IEC 61131程序組件均為Arp.Plc.Eclr格式，如下圖所示。

內部擴展組件

用戶可以將一些輕量級的應用開發部署在內部用戶組件上，基于PLCnext固件之上進行的開發。在充分了解固件本身的內容特性后，可實現輕松調用多種PLCnext的API：RSC、GDS數據交互共享、組件接口、通用層等。基于此菲尼克斯開發了多種應用：云連接器、MQTT通訊、Modbus TCP、Ethernet/IP、SQL等多種應用。用戶可在PLCnext Store上可以獲取相關應用。

外部擴展組件

在外部用戶組件上，用戶可以直接將運行時部署在Linux系統上，進行多種應用的自由開發，這也是PLCnext開放性最直接的體現。例如：Codesys runtime、Java、 Python、Node.js、Rust、.NET core等。用戶可以將所需的環境直接部署在PLCnext上，在最小改動的情況下便利將原程序運行在PLCnext平臺上，并且可以通過OS API直接訪問控制器硬件。并通過service manager來啟用RSC 服務，實現與PLCnext component部分交互。

可以看出，用戶既可以在外部用戶組件上相對獨立運行熟悉的高級語言算法，集成已有多種開源算法，來實現高級智能應用開發。又可以通過服務管理器調用相關RSC服務實現與控制器本體硬件及相關PLC程序數據進行交互。

菲尼克斯電氣瞄準工業4.0及智能制造需求打造的全新控制平臺PLCnext，架構先進，組件豐富，結合了傳統控制器和智能設備的特點，真正在控制層實現了IT與OT融合，為IT工程師和電氣工程師提供了實現全新自動化模式的平臺，助力用戶全面提升面向未來數字化世界和智能制造領域的競爭力。