纯软件实时控制——机器自动化控制的新选择

专访：IntervalZero亚太区业务与营销副总裁洪育浩

作者|石林才

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只需一台工业PC，装上KINGSTAR就可以用纯软件的方式，打造一个集PLC控制、运动控制和视觉控制等于一体的工业4.0控制器。相比传统PLC/PAC，这样的控制器带来了前所未有的好处！

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机器是制造的基石，机器设备的自动化是工业自动化的重要组成部分。由于对实时性和可靠性要求很高，传统上，机器自动化控制多采用PLC来做控制。而随着PC控制技术的发展，基于实时操作系统的IPC也逐渐成为机器自动化的主流控制方式之一。

只需一台工业PC，装上一个带Windows实时扩展系统的软件，就可以用纯软件的方式替代控制器里原本的专属硬件，打造一个集PLC控制、运动控制和视觉控制等于一体的高级控制器。这种所谓的纯软件实时控制凭借其众多独特优势，受到了自动化控制领域的青睐，特别是在当前工业4.0时代万物互联趋势之下，纯软件实时控制相较于PLC和PAC，具有更有优势的控制架构，成为越来越多机器自动化用户的新选择。

为了深入了解纯软件实时控制这一技术和应用状况，今天，CONTROLENGINEERINGChina采访到了实时控制知名厂商IntervalZero（美商英特蒙）的亚太区业务与营销副总裁洪育浩，对纯软件实时控制和其旗下的KINGSTAR机器自动化软件进行了深入探讨和交流。

在工业自动化控制发展史上，PLC和DCS是最早出现的两大计算机控制系统，至今也一直是最主要的两大控制系统。但无论是PLC还是DCS，每个厂商的控制器硬件到编程软件都是“捆绑”在一起的，用户一旦选择了某个厂商的系统，就几乎固定了可用的软硬件、架构和技术路线。这样的封闭系统诚然在可靠性稳定性方面会有优势，但是它的缺点和局限性也是显而易见的，通用性差，没有互操作性，后期运维困难以及成本高昂。

因此，在PLC和DCS大行其道的时候，基于PC的自动化控制技术凭借其不可比拟的开放性开始慢慢崛起。特别是基于Windows的实时扩展系统，如IntervalZero的RTX，以及实时操作系统（RTOS）的诞生，克服了Windows自身不是实时系统无法用于工业控制的缺点，从而使得PC控制得到了空前发展，逐渐成为主流自动化控制系统之一。

PC控制技术实现了软硬件解绑，只要是x86硬件+Windows操作系统，各家的IPC都可以用来做控制器。而随着IEC61131-3标准开发环境的发布，基于PC的控制器在编程软件上都有了一定的通用性。

而纯软件实时控制，是在PC控制基础上，将PLC的控制功能封装在软件内，用软件实现传统硬件PLC的控制功能。因此，软件实时控制天生就有PC控制软硬件解耦的优势，再加上采用开放的国际通信标准和IEC61131-3国际标准编程环境，一项打破传统PLC局限性的新兴控制技术就发展起来了。

IPC+Windows实时扩展（如RTX/RTX64）实现了PC控制的实时性，但这样的系统对于用户来说，还需要耗费很多时间用C/C++开发运动控制逻辑或算法，才能开发出自己的控制器。

“虽然每个客戶的设备功能不完全相同，但是他们都需要基本、标准的运动控制逻辑运行于我们实时系统RTX64里面，为了节省用户大量的开发工作，我们结合开放的EtherCAT总线，依据欧洲PLCopen协会所定义的标准运动控制函数加上软PLC，推出了KINGSTAR纯软件实时控制平台。”洪育浩介绍说道。

KINGSTAR目前已经发布4.2版本，除内含RTX64实时操作系统外，还包括可自动扫描与设定任一厂商驱动器与I/O装置的EtherCAT主站，以及软PLC、PLCopen运动控制函式库以及工具、机器视觉开发工具和IoT等功能，可以将一台PC通过纯软件的方式打造成为一个集逻辑控制、运动控制、视觉控制、CNC和机器人控制等于一体的控制器，还能快速实现互联互通、上云和边缘计算等需求。

▎KINGSTAR经济、开放、弹性、强而有力的系统架构

洪育浩表示，一套KINGSTAR开发包可以供给不同专业的开发工程师来使用，也就是说一套KINGSTAR不只是一台设备的控制器，通过EtherCAT总线，一台电脑可以透过调用运动控制函数、C/C++与PLC等不同程序，来控制和管理一条小型生产线，这样就大大节省了硬件控制器的数量。而这些功能都是既有技术，而且相比Linux平台，Windows环境在数据采集与集成方面更加方便。

“举个例子，我们KINGSTAR的客户从前使用传统PLC，一般需要HMI，也无法直接数据连网，因此使用KINGSTARPLC之前，这些客户一般都需要将三个硬件集成在一起，即HMI+PLC+PC。”洪育浩指出，采用KINGSTARPLC之后，直接采用触控电脑，可以简单用C#或任何Windows的程序语言开发人机来取代HMI，电脑本身就又方便资料连网，一台电脑就可以取代原先三个硬件，同时也方便集成感测、机器视觉与MES等一机多用，除了节省空间、硬件成本，也节省开发、测试时间与成本，加速量产与上市，这对于机器自动化控制来说，无疑是一个最佳的选择。

当今世界一流的制造能力要求整个系统发挥空前的弹性、精准与性能。这只有经由在机器自动化方面取得突破才能实现，未来的机器要能够成熟的去应对各种变化，也要在对任何变化做出反应的同时，保持着最高的质量以及效能。这样的机器就是我们所谓的工业4.0时代的智能机器。

工业4.0的首要目标，就是要收集和分享由每个制造单元还有智能机器生成的所有自动化信息。如此一来，整个制造生态系或是工厂才能把效能最优化。而最适合承担工业4.0时代机器控制器重任的是KINGSTAR这样基于PC控制的纯软件实时控制。

一方面，基于KINGSTAR软平台，一台多核电脑可以由每个不同CPU核来运行不同的功能，并藉此取代I/O卡、运动控制轴卡、数据采集卡，还能够控制多台机器人或一条自动化生产线。由于是运行在Windows的环境，IPC比传统PLC和PAC有更大的扩展性，第三方功能的软件取得与集成非常方便，例如机器视觉、数控机床、MES和IoT平台等，从而轻松实现像是EtherCAT和GigE视觉的实时网络链接，再经由Modbus或OPC-UA连接到云端进行大数据分析、人工智能优化等。还有，不像业界其他软件控制器，KINGSTAR还能允许任何第三方物联网软件在控制器上运行，使其具有智慧边缘运算的能力。

另一方面，KINGSTAR一直遵循开放工业标准，如Windows、RTX64RTOS、EtherCAT、IEC61131-3、OPC-UA和TSN等，这不仅使机器制造商避免被特定硬件供货商所限制，而且更为重要的是，这样的机器控制系统在项目开发和后期的运维升级中将具有更高的灵活性，从而更加适应未来不断变化的需求。而且，KINGSTAR可以让您使用您最擅长的程序语言开发控制器，无须重新培训员工学习新的程序语言，您的团队能够使用C、C++、.NET或是IEC61131-3的5种标准PLC语言来开发一个控制器。

“KINGSTAR直接解决了机器制造商在他们的工程师新增工业4.0自动化功能的时候，所面临的关键挑战。”洪育浩总结道。

至于KINGSTAR能够到达的稳定性和控制精度问题，洪育浩表示，习惯使用传统PLC的工程师总认为PC出问题或宕机的机率比PLC高，可靠度不行，但其实Windows的实时扩展系统RTX64早已经解决了Windows宕机造成控制中断的难题。而由于底层采用最快能够达到1μs实时效能的RTX64系统，再加上实时总线EtherCAT，KINGSTAR的实时性和控制精度可以完全满足贴片机等半导体设备、CNC和机器人等高速运动控制的要求。

更高的性能、更低的成本、更大的灵活性，纯软件实时控制在工业4.0时代以其独特的优势赢得了越来越多用户的青睐，众多世界级的企业已经开始使用KINGSTAR来开发更聪明的机器控制设备。由此我们也有理由相信，随着KINGSTAR逐渐被国内用户所熟知，纯软件实时控制必将迎来更加广阔的市场空间和发展前景，成为工业4.0时代机器自动化控制的必然之选。

KINGSTAR试用申请

为了让广大用户对KINGSTAR有更深入的了解和体验，控制工程网联合IntervalZero举办KINGSTAR试用活动，让您亲身体验到这款软件控制产品的优势和价值。

试用对象：工业自动化产业、系统集成、行业用户、研究院所和学校等单位的工程师、开发、研究人员

试用方法：用户通过下面的表格提出试用申请，经审核通过后，以电子邮件寄出KINGSTAR软件的下载链接和启动密钥(evaluationkey)，下载并安装后，用启动密钥启动试用版。试用版时长90天。