作者:沈春蕾 程振伟 来源:中国科学报 发布时间:2022/5/27 18:04:15
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邬惠峰:提供可编程控制器的国产方案

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邬惠峰  杭电供图

 

在现代化的工厂里,不同的机械臂正在协作工作,每个机械臂背后对应着一个相当于大脑的控制器(PLC)。目前看来,不同大脑操控不同手臂。但一些复杂任务要求两个手臂协作,这时是一个大脑操控制两个手臂,还是两个大脑操控两个手臂?哪个更好更快呢?

这也是未来工厂要解决的问题。为此,杭州电子科技大学教授邬惠峰团队正在研发以任务为中心的集成控制器,希望实现复杂逻辑、运动、图像处理、人工智能等领域的融合应用。日前,邬惠峰入选中国自动化产业年会公布“2021中国自动化领域年度人物”。

“如果国外断供怎么办?”

2006年,邬惠峰从浙江大学博士毕业后加入杭电教授严义的团队,正式走上科研路。

严义现任PLCopen中国区主席。PLC即可编程逻辑控制器,是一种数字运算操作的电子系统,已被广泛应用于各种装备和生产过程的自动化控制中。长期以来,PLC的核心技术被国外企业控制。

“PLC是工厂自动化的大脑,如果国外断供怎么办?”严义向《中国科学报》介绍了当时决定深研PLC时的心境。

邬惠峰是PLC“中国解决方案执行者”的核心成员,负责软件开发。他说:“国外进口的PLC及其集成开发环境(平台软件),我们只能用其部分功能,但更多应用需要进入PLC的核心,所以我们决定自主研发软件,让中国人掌握PLC的核心。”

2006~2010年,在严义的总体设计思路指导下,邬惠峰负责具体实现。他回忆道:“几乎每前进一步都是困难重重,图形语言的编译尤其难,进口的PLC只能看到外面,里面的架构设计要自己去思考,幸运的是我们最终攻克了这些难关。”

严义团队研发的CASS平台软件,是中国工业软件在PLC上的重大突破,提供了PLC的中国“芯”。

邬惠峰介绍,CASS平台软件可以支持多种国产CPU构造全自主的可编程控制器,平台支持用图形化形式开发,并自动生成PLC程序。也就是俗称的通过“拼图、搭积木”自动生成控制程序代码,这一点对工厂普通技术人员“尤其友好”。

目前,CASS平台软件已经推广至国内上百家企业应用,产生经济效益累计达数十亿元以上。严义团队的学科公司——义益钛迪借助CASS平台软件生产的PLC产品,在国内二十余万基站动环监控系统上成功获得应用。

“经常下工厂做研发”

2021年,邬惠峰领衔完成的大型复杂光学级零件注塑成型工艺与装备的研发及产业化项目获得浙江省科学技术进步奖一等奖。这也是他和团队十五年磨一剑,专注做PLC研究和产业化的结果。

“现在的PLC与最初的PLC相比,内涵和外延已经大不相同。”邬惠峰解释道,早期的PLC是逻辑控制,现在则进入运动控制、视觉控制阶段。“前人也许根本想不到现在的PLC能做出如此精密复杂的运动控制。”

邬惠峰以注塑机为例介绍,注塑机用于生产高端塑料设备,如汽车车灯、全景天窗、显示屏、深海探测器的视窗为代表的光学级塑料零件。不同于普通塑料产品,光学级塑料零件对耐压、透明等技术指标要求高,进而要求生产这些零件的注塑机要完成大量复杂、连贯、精细的加工工作。

邬惠峰团队研发的CASS平台软件设计出的PLC控制器,填补了我国大型复杂光学级零件注塑成型工艺与装备的空白。合作方泰瑞机器总工程师周宏伟感叹道:“我们的大型注塑机装备再也不怕外国断供了。”

这些年来,邬惠峰一直保持“经常下工厂做研发”的习惯。在泰瑞机器做大型注塑机研发时,邬惠峰经常在注塑机旁一观察就是3~5个小时。“控制器要实现的动作越来越复杂,这也对安全稳定性的要求更高。只有亲自观察,才能设计出最好的动作方案。”邬惠峰说。

理论和实践凝练论文

在邬惠峰和他的团队看来,首先是要解决实际问题,做出成功产品,为国家工业控制领域创造价值,等产品成果有所积累,将背后的理论和实践探索凝练起来,就是一篇高质量论文。

“早些年自己可能会被认为‘不务正业’,当时主要在工厂做工业控制,论文写得较少。这些年,我把解决实际问题背后的思考写进了论文里,这些文章以理论突破和实际案例为基础,受到工业领域国际权威期刊的认可。现在看来,这条路走对了。”邬惠峰说。

由于在PLC控制器领域的突出贡献,邬惠峰主持了《工业互联网基于边缘计算的可编程逻辑控制器(PLC)》国家重大项目,负责起草了工业机器人可编程控制器软件开发平台程序的XML交互规范国家标准。他同时还是国际电工协会(IEC)可编程系统工作组成员,曾作为唯一的中国代表参加PLC(可编程逻辑控制)领域国际标准制定。

“可编程控制器在现在和未来的工业自动化领域均大有作为,能做的事太多了,但还有很多事还没做。”邬惠峰感叹道,工业控制国产替代任重道远,我们要在可编程控制系统国际标准制定领域为中国赢得话语权。”

 
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