超越IEC61131-3——國產(chǎn)多語言工業(yè)編程軟件WasomCodeX
發(fā)布時(shí)間：2024-11-04 作者：www.dzsex.cn
本文圖片來源 ：萬昇智能
當(dāng)下，國產(chǎn) PLC 領(lǐng)域呈現(xiàn)出千帆競(jìng)渡的繁榮景象，已然邁過從“0到1”突破階段，闊步進(jìn)入追求核心技術(shù)創(chuàng)新與差異化競(jìng)爭(zhēng)的全新旅程。
而 WasomCodeX 作為一款具備全面核心技術(shù)創(chuàng)新的國產(chǎn)多語言工業(yè)編程軟件，正以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和卓越性能，在這股浪潮中脫穎而出。
01 IEC61131-3的重要地位與時(shí)代局限性
IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)為工業(yè)邏輯控制編程奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，眾多工業(yè)控制系統(tǒng)借此得以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，有效減少了因編程問題引發(fā)的生產(chǎn)中斷和故障。在易用性方面，它使工程師能夠相對(duì)輕松地掌握編程技能，迅速上手進(jìn)行工業(yè)控制程序開發(fā)。
然而，時(shí)代不斷進(jìn)步，隨著工業(yè) 4.0 和智能制造的飛速發(fā)展，對(duì) PLC 的編程能力、智能化水平以及與其他工業(yè)系統(tǒng)的融合能力提出了更高要求。傳統(tǒng)的 IEC61131 - 3 標(biāo)準(zhǔn)逐漸暴露出局限性。比如與計(jì)算機(jī)編程融合方面存在不足，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)強(qiáng)大計(jì)算能力和復(fù)雜算法應(yīng)用的需求，無法將在IT行業(yè)已成熟應(yīng)用的圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)分析、智能決策等功能應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。
究其原因，IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的核心特性是靜態(tài)數(shù)據(jù)管理，即所有數(shù)據(jù)布局在開發(fā)階段就已確定，程序語法保證用戶代碼不會(huì)導(dǎo)致非法的地址訪問錯(cuò)誤，這在工業(yè)控制場(chǎng)景中至關(guān)重要。然而，這種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)能力的缺失也使得其在應(yīng)對(duì)現(xiàn)代信息系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理和分析時(shí)舉步維艱。
目前，一些廠商通過引入 C/C++ 編程，或擴(kuò)展 ST 語法如添加指針訪問來應(yīng)對(duì)上述問題，但目前的方案普遍存在以下幾個(gè)主要問題：
● 引入巨大安全風(fēng)險(xiǎn)。由于用戶程序可通過指針訪問任意地址，導(dǎo)致用戶程序有能力讀取或篡改 PLC 廠家底層數(shù)據(jù)，在有意或無意間造成嚴(yán)重安全問題。
● 程序開發(fā)復(fù)雜且低效。一些主流廠家要求開發(fā)者使用單獨(dú)的 IDE 如 Visual Studio 來開發(fā)和調(diào)試 C/C++，與 IEC61131-3 開發(fā)形成割裂的開發(fā)體驗(yàn)。
● 限制了程序熱更新和 PLC 冗余等關(guān)鍵性功能。引入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理后，控制程序無法支持這些重要功能。
● 不能支持其他計(jì)算機(jī)語言生態(tài)，如 Rust、Go 等。
02 基于WebAssembly的創(chuàng)新編程模式
WasomCodeX 的首席架構(gòu)師魏東博士，畢業(yè)于清華大學(xué)，曾在西門子(美國)研究院從事工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域研究工作長(zhǎng)達(dá) 15 年。魏東博士深刻認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng) IEC61131-3 需要注入新的活力，借助全新的 WebAssembly （一種虛擬指令集體系架構(gòu)）編程語言技術(shù)與邊緣智能技術(shù)，在現(xiàn)代工業(yè)時(shí)代重新煥發(fā)生機(jī)。
2019 年離開西門子公司后，他精心設(shè)計(jì)了全新的工業(yè)編程軟件 WasomCodeX。WasomCodeX 肩負(fù)著創(chuàng)造契合時(shí)代發(fā)展需求核心技術(shù)的使命，與 PLC、機(jī)器人及系統(tǒng)廠商展開深度合作，助力客戶打造具有獨(dú)特競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。
WasomCodeX軟件界面
WasomCodeX 涵蓋了大量的技術(shù)創(chuàng)新與卓越的工程實(shí)踐，具有以下四大特點(diǎn)：
● 1 融合多語言的編程能力
WasomCodeX不僅支持 IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)編程語言，還開創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了與多種現(xiàn)代計(jì)算機(jī)語言的深度融合。WasomCodeX 工業(yè)編程軟件在一個(gè) IDE 中支持 IEC61131-3 與 C/C++/Rust/Go/Python 等多種編程語言混合開發(fā)、混合編譯和混合源碼調(diào)試的能力。這種多語言融合的能力為工程師提供了豐富的編程工具和方法選擇，極大地拓展了 PLC 的編程邊界。
這種極具創(chuàng)新性的編譯模式，成為了 WasomCodeX 支持諸多先進(jìn)功能的技術(shù)基礎(chǔ)，這些先進(jìn)功能包括多語言混合源碼調(diào)試、確保 C/C++ 編程的內(nèi)存安全保障、為 C/C++、Rust、Go 編程提供熱更新與冗余支持，以及實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和庫的跨平臺(tái)能力。
WasomCodeX軟件平臺(tái)架構(gòu)圖
在處理復(fù)雜算法和數(shù)據(jù)處理任務(wù)時(shí)，工程師可以靈活選用 C++ 或 Rust 等高效語言開發(fā)PLC編程庫，充分發(fā)揮其強(qiáng)大的計(jì)算能力和優(yōu)化性能。例如，在工業(yè)大數(shù)據(jù)分析場(chǎng)景中，利用 C++ 編寫的數(shù)據(jù)處理算法功能塊能夠快速處理海量傳感器數(shù)據(jù)，提取有價(jià)值信息，為生產(chǎn)決策提供準(zhǔn)確依據(jù)。而在與底層硬件交互和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制邏輯時(shí)，IEC61131-3 語言則能發(fā)揮其穩(wěn)定性和可靠性優(yōu)勢(shì)。
通過多語言的協(xié)同工作，工程師可以在一個(gè)項(xiàng)目中自由切換不同語言編寫的模塊，進(jìn)行無縫集成和調(diào)試，大大提高編程效率和項(xiàng)目開發(fā)速度?；蛘叨鄠€(gè)工程師分別使用自己擅長(zhǎng)的語言開發(fā)功能塊，然后由熟悉IEC61131-3編程的工程師來調(diào)用這些功能塊。
● 2 高性能編譯器
WasomCodeX 所提供的高度優(yōu)化的多語言編譯器，是由擁有長(zhǎng)達(dá) 20 年經(jīng)驗(yàn)的編譯器領(lǐng)域資深專家傾心打造而成。該編譯器不僅能夠同時(shí)對(duì) IEC61131-3、C/C++、Rust 等多種語言進(jìn)行編譯，而且還采用了兩級(jí)編譯以及運(yùn)行中的自動(dòng)優(yōu)化等領(lǐng)先技術(shù)，能夠支持幾乎所有 CPU 指令架構(gòu)的深度編譯優(yōu)化，進(jìn)而生成在業(yè)界處于領(lǐng)先地位的、具有卓越程序執(zhí)行性能的目標(biāo)機(jī)器指令。
其高性能優(yōu)勢(shì)在處理復(fù)雜工業(yè)任務(wù)時(shí)表現(xiàn)得淋漓盡致。與傳統(tǒng)編程方式相比，WasomCodeX 能夠更快速地處理大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜邏輯運(yùn)算，顯著提升了 PLC 的響應(yīng)速度和控制精度。在高速自動(dòng)化生產(chǎn)線上，如汽車制造中的焊接、裝配環(huán)節(jié)，WasomCodeX 確保了每個(gè)操作的精準(zhǔn)執(zhí)行，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
● 3 從底層解決 C/C++ 編程的安全問題
在安全方面，WebAssembly 的內(nèi)存隔離機(jī)制為 WasomCodeX 提供了強(qiáng)大保障。即便用戶邏輯包含 C/C++ 這樣的隨機(jī)地址訪問能力，內(nèi)存隔離機(jī)制也能防止用戶程序訪問到隔離區(qū)之外的內(nèi)存，有效防止惡意軟件攻擊和數(shù)據(jù)泄露，為工業(yè)控制環(huán)境提供安全保障。
● 4 多語言編程的高可用機(jī)制
IEC61131-3 的靜態(tài)內(nèi)存使用模式，能夠方便地支持熱更新和冗余機(jī)制。而目前工業(yè)界鮮有對(duì) C/C++ 等計(jì)算機(jī)語言開發(fā)的應(yīng)用支持熱更新和冗余的方案，其根本原因在于動(dòng)態(tài)內(nèi)存的使用。基于 WebAssembly 的線性內(nèi)存能力，WasomCodeX 的熱更新和冗余功能不僅支持 IEC61131-3 編程，而且在工業(yè)界率先對(duì) C/C++、Rust、Go 編程提供高可用支持。
03 開放 IDE與AI助手提升編程效率
WasomCodeX 的 IDE 基于 Visual Studio Code 開源框架深度訂制開發(fā)，不僅可以使能用戶獲取豐富的插件市場(chǎng)，也可以幫助客戶進(jìn)行IDE的快速擴(kuò)展開發(fā)，比如為客戶專有的人工智能編程設(shè)計(jì)個(gè)性化的IDE使用界面。
WasomCodeX IDE界面
● 1 強(qiáng)大語言實(shí)時(shí)解析系統(tǒng)
WasomCodeX IDE不僅是一個(gè)精美的編輯界面，其背后是一個(gè)時(shí)刻活動(dòng)的提供用戶實(shí)時(shí)交互處理的引擎。WasomCodeX提供了自研的語法解析器，并為每一種語言提供了語言服務(wù)器。當(dāng)用戶從IDE輸入一個(gè)字符，或者創(chuàng)建一項(xiàng)配置，WasomCodeX的解析器將實(shí)時(shí)完成分析，通過對(duì)應(yīng)的語言服務(wù)器，提供代碼提示、代碼補(bǔ)全、錯(cuò)誤提示等開發(fā)效率幫助。
● 2 支持 IT 連續(xù)集成開發(fā)的設(shè)施與開發(fā)效率
WasomCodeX 擁有良好的項(xiàng)目管理和團(tuán)隊(duì)協(xié)作功能，幫助改善傳統(tǒng)的作坊開發(fā)模式。它摒棄了傳統(tǒng)IDE的單一的二進(jìn)制項(xiàng)目文件的模式，改成了多個(gè)文本文件的項(xiàng)目組成結(jié)構(gòu)，在此之上進(jìn)一步支持現(xiàn)代IT高效開發(fā)所依賴的連續(xù)集成開發(fā)流程與相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括 Git 版本管理、代碼評(píng)審、項(xiàng)目離線編譯、代碼合并的自動(dòng)化測(cè)試等。
使用WasomCodeX，多人可同時(shí)協(xié)作開發(fā)一個(gè)項(xiàng)目，通過版本控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)代碼的管理和共享，確保團(tuán)隊(duì)成員之間的工作協(xié)同順暢。例如，在大型工業(yè)項(xiàng)目中，不同的工程師可以負(fù)責(zé)不同的功能模塊，通過 WasomCodeX 的團(tuán)隊(duì)協(xié)作功能，實(shí)現(xiàn)代碼的合并和集成，提高項(xiàng)目的開發(fā)效率和質(zhì)量。通過獨(dú)特的項(xiàng)目離線編譯能力，可以在代碼合并前由IT系統(tǒng)完成自動(dòng)編譯和測(cè)試，甚至在git系統(tǒng)如GitHub中配置使用自動(dòng)測(cè)試結(jié)果作為合并代碼的前提條件。
擁抱IT連續(xù)集成開發(fā)模式
● 3 配備先進(jìn)的智能編程輔助工具
WasomCodeX IDE是一款集成了Copilot生成式人工智能技術(shù)的創(chuàng)新工具，為用戶提供了一站式的自動(dòng)化解決方案。AI編程助手不僅能夠大幅度縮短復(fù)雜的自動(dòng)化代碼生成時(shí)間，有效減少了工程團(tuán)隊(duì)的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保了復(fù)雜工程設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，顯著提升了整個(gè)開發(fā)周期的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如，當(dāng)工程師輸入部分代碼時(shí)，WasomCodeX 可以自動(dòng)提示相關(guān)的變量、函數(shù)和指令，幫助工程師快速完成代碼編寫。
● 4 多語言混合源碼調(diào)試
WasomCodeX 的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）呈現(xiàn)出直觀且易用的調(diào)試界面與工具。在一個(gè)項(xiàng)目涵蓋多種語言（如 ST、C、C++、Rust 等）的情況下，工程師能夠在任意程序中便捷地設(shè)置斷點(diǎn)、進(jìn)行單步執(zhí)行程序操作以及查看變量值等，從而迅速定位并解決程序中存在的問題。與此同時(shí)，WasomCodeX 支持實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，能夠在可編程邏輯控制器（PLC）運(yùn)行期間對(duì)程序?qū)嵤﹦?dòng)態(tài)觀察與調(diào)試，及時(shí)發(fā)覺并修復(fù)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的各類問題，極大地提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。
04 原生邊緣控制設(shè)計(jì)，支持虛擬化和AI框架
在邊緣智能成為工業(yè)發(fā)展關(guān)鍵趨勢(shì)的大背景下，WasomCodeX 在其原生設(shè)計(jì)當(dāng)中充分融入了現(xiàn)代邊緣計(jì)算與智能控制技術(shù)。它具備將計(jì)算和存儲(chǔ)能力推進(jìn)至工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的就地處理與實(shí)時(shí)決策，從而減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度與可靠性。
● 1 虛擬化與多實(shí)例
WasomCodeX 支持在一個(gè)邊緣平臺(tái)上創(chuàng)建多個(gè) PLC 實(shí)例，能夠充分利用不斷增長(zhǎng)的算力，使一個(gè)邊緣平臺(tái)承擔(dān)起多個(gè)傳統(tǒng) PLC 單機(jī)的功能。WasomCodeX 系統(tǒng)為此設(shè)計(jì)了一套完備的方案以達(dá)成這一目標(biāo)：
其一，運(yùn)用容器（Docker）與微容器（Wasm）對(duì) PLC 多實(shí)例進(jìn)行管理與編排。
其二，滿足多實(shí)例間總線的隔離與復(fù)用需求。
其三，保障 CPU 資源的分配與實(shí)時(shí)性。
其四，確保內(nèi)存資源的分配與保障。
● 2 工業(yè)互聯(lián)
WasomCodeX 在設(shè)備側(cè)提供了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案，開源插件涵蓋數(shù)十種工業(yè)協(xié)議支持。用戶可下載 SDK ，以實(shí)現(xiàn)自身所需的其他工業(yè)協(xié)議插件和數(shù)據(jù)處理邏輯。
● 3 人工智能控制
WasomCodeX 內(nèi)核提供了多種 AI 框架支持，并以功能塊的形式進(jìn)行編程封裝，在底層提供模型加載與升級(jí)的能力。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，具備邊緣智能的 PLC 能夠?qū)崟r(shí)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用內(nèi)置的智能算法進(jìn)行分析與判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的故障隱患，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行預(yù)防和修復(fù)。例如，在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中，由 WasomCodeX 編程的 PLC 可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)等參數(shù)，通過邊緣計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障，并提前通知維護(hù)人員進(jìn)行檢修，有效避免了因設(shè)備故障導(dǎo)致的停機(jī)損失。
05 高度可定制化：做客戶成功的隱形伙伴
WasomCodeX 以客戶需求為導(dǎo)向，提供高度可定制化的服務(wù)。它能夠根據(jù)不同客戶的特定需求，進(jìn)行個(gè)性化的功能定制和優(yōu)化，成為客戶成功背后的隱形伙伴。無論是在特定行業(yè)的特殊應(yīng)用場(chǎng)景，還是客戶對(duì)軟件功能的獨(dú)特要求，WasomCodeX 都能通過定制化服務(wù)滿足客戶需求，助力客戶在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
WasomCodeX目前已經(jīng)推出了多個(gè)迭代的版本，軟件已經(jīng)十分成熟，已經(jīng)應(yīng)用到國內(nèi)眾多的工業(yè)龍頭企業(yè)的產(chǎn)品之中，感興趣的讀者可以通過郵件或者公眾號(hào)獲取應(yīng)用案例。
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