融合确定性网络与工业AI智能体的云化PLC测试床
引言
随着工业4.0的到来，工业自动化系统正经历变革，从传统PLC向云端容器化的云化PLC发展。云化PLC具有架构简单、成本降低、扩展性强、智能化等优势，符合工业自动化发展趋势。
项目目标
本项目旨在研制云化PLC控制器、云端集成开发环境、面向PLC云化部署的端到端确定性网络以及工业智能体，构建新一代云边端架构的工业控制系统，加速云化PLC发展。
测试床方案架构
应用场景
- 智慧化高端装备
- 钢铁等恶劣行业
- 集团型企业
- 柔性生产、多轴加工等协同产线
- 各类工业智能体场景
- 其他场景
测试床架构
- 云端：云化PLC集成开发环境
- 云边端：云化PLC控制器
- 边侧：边侧云化PLC
- 端侧：端侧云化I/O控制器
面向云化PLC的确定性网络
- 主要研究对象：TSN和5G
- TSN技术：提供时间同步、流量调度、网络管理以及安全可靠机制
- 5G技术：应用免授权频段，降低运营成本
测试床方案
- 基于云化PLC的柔性生产线测试床，包含柔性生产过程、视觉感知系统和机器控制系统
方案重点技术
云化PLC集成开发环境
- 核心功能模块：核心编程、编译链接、网络通讯、云化集成
云化PLC控制器
- 关键技术：POU实时任务调度、多协议通信管理、热备冗余
面向PLC云化部署的端到端确定性网络
- TSN跨网络高精度时间同步关键技术
- 工业网络协议与TSN协议适配
- 面向PLC云化部署的TSN交换机开发
- 免授权频段超高可靠低时延通信
工业智能体
- 工业大模型开发与小型化技术
- 多源异构智能感知技术
- 外观缺陷检测算法技术
项目创新性
- 基于昇腾、瑞星微等国产生态圈，研制自主知识产权的云化PLC软硬件技术
- 研发符合工业控制系统的确定性网络，结合大数据和人工智能技术，构建工业智能体
测试床实施部署
实施规划
- 可行性研究阶段（2023.10-2023.12）
- 设计阶段（2024.1-2024.3）
- 施工部署阶段（2024.4-2024.7）
- 运行验收阶段（2024.8-2024.9）
- 宣传推广阶段（2024.10-2024.12）
技术支撑及保障措施
- 产学研多方合作模式
- 依托浙大城市学院成立开放合作实验室
- 联合浙江至控科技有限公司、浣江实验室和边缘智能技术与装备浙江省工程研究中心提供技术支撑
- 由华为技术有限公司提供完备自主产权的软硬件支撑
自主可控性
- 基于国产昇腾、瑞星微生态圈和浙江至控科技有限公司的技术积累
- 依托浙大城市学院和浣江实验室开展研发
测试床预期成果
预期可量化实施结果
- TSN网络和无线通信网络的时延满足工业控制的实时性
- 基于国产化操作系统的云化PLCRTE
- 国产自主可控的云化PLC集成开发环境
商业价值、经济效益
- 加速国产替代，增强国家工控领域的安全性和可靠性
- 改善工厂生产条件、降低危险作业
- 实现远程云端开发、编程、组态、调试、任务编排和AI等功能
- 降低人力成本，自动适配复杂工业质检场景
社会价值
- 基于我国制造业规模，产业数字化发展具有广阔的市场空间和丰富的应用场景
- 云化PLC的应用将趋于无边界化，市场规模庞大
初步推广应用案例
测试床成果验证
验证计划
- 对云化PLC控制器、云化PLC集成开发环境、确定性网络和工业AI智能体进行验证
验证方案
- 测试项目：云化PLC控制系统整体功能测试
- 测试目的：验证基于确定性网络的云化PLC控制系统进行柔性制造、AI质检等能力和云化PLC集成开发环境的软件功能
- 测试步骤：云化PLC集成开发环境下发控制任务、云端/边端云化PLC完成任务、端侧云化I/O控制器执行控制任务、工业AI智能体实现工业质检任务
- 预期结果：vPLC可以对端侧云化I/O控制器进行直接控制、确定性网络通讯符合控制系统的实时性、工业智能体能正确高效地完成复杂质检任务、能快速地对生产任务进行柔性编排
其他信息
- 使用者欢迎第三公司参与本测试床建设
- 知识产权说明：独立研发的知识产权归研发方所有，合作研发的知识产权由合作各方自行协商决定归属
- 运营及访问：建设初期由浙大城市学院和浙江至控科技有限公司牵头，建设后期由行业客户基于测试床搭建自有系统
- 资金单位：万元（人民币）
- 时间轴：涵盖从沟通交流、行业调研到宣传推广的各个阶段
