控制器“一条龙”应用计划申报要求.doc

附件 1 控制器“一条龙”应用计划申报要求 一、 产业链构成 瞄准市政与轨道交通、石油化工、工程机械、农业和机器人 等终端用户，以产业链上下游供需能力为基础，应用为导向，针 对关键环节重点基础产品、工艺，推动相关重点项目建设和技术 突破，形成上下游产业对接的“一条龙”应用示范链条，推动控制 器产业和技术发展；推进产学研用国际化协同创新，深化产业链 协作。 关键产业链条环节 序号 产业链环节 1 2 3 4 5 6 7 关键元器件 PLC 及硬件平台 编程软件与运行软件 第三方功能模块 应用系统 — — 可编程控制器 （PLC） √ √ √ √ √ — — 机器人用 控制器 √ 处理器芯片 √ 控制器主板 √ 机器人操作系统 √ 模型与控制算法 √ 机器人离线编程系统 √ 可靠性技术 √ 试验验证平台 产业链环节 二、 目标和任务 （一）可编程控制器（PLC） 1.关键元器件 （1）环节描述及任务。针对PLC的需求，设计开发CPU、存 储器、通信接口、AD/DA转换芯片等关键元器件。 （2）具体目标。开发工业级CPU、存储器等核心芯片。开发 PLC逻辑运算用专用芯片。开发现场总线等工业网络芯片。开发 满足PLC系统所需转换精度和速率的AD/DA（模数/数模）转换 芯片。 2.PLC及硬件平台 （1）环节描述及任务。开发制造具有独立品牌的PLC，具 有自主知识产权的体系架构和硬件平台；可以集成PLC厂家自己 开发或由第三方开发的编程与运行软件、功能模块，形成可灵活 配置的系列产品，满足多样化的市场需求，具有自主知识产权。 硬件平台是PLC的基础，主要包括主机模块（CPU模块）、电源 模块、输入输出模块、功能模块、通信模块等组件。 （2）具体目标 ℃ 开发中大型PLC及硬件平台，满足轨道交通、市政、生 产线和车间控制系统需求。架构上重点解决分布式架构、冗余功 能、热插拔等。性能上重点解决多I/O点数、大存储容量、高运 算速度。数字量I/O点≥2048点，模拟量I/O点≥256点，用户程序 容量≥8M，用户数据容量≥64M，掉电保持区容量≥1M，基本逻 辑指令执行速度≤0.05us/步。网络通信上重点解决传输速度、通 讯可靠性和时间敏感性等问题。功能上重点解决模块种类多样和 对丰富指令集的支持。开发工作要考虑工业互联网平台技术体系 下PLC可能的架构改变和技术发展趋势。开发的中大型PLC要支 持实时多任务处理和多任务协同工作，满足实现先进控制功能的 要求，满足信息安全要求。 ℃ 开发小型PLC及硬件平台，满足机器和单元设备控制系 统需求。重点解决产品可靠性（MTBF>5万小时）。在提供常规 输入输出模块的基础上，重点开发定制化的特殊功能模块，如电 力监控及保护模块、温度采集及控制模块、简易伺服模块、步进 电机驱动模块、视觉识别模块、RIFD读写模块、条码读取模块 等。重点开发支持多种通讯协议的现场通讯模块及物联网模块， 以更好地支持各种仪表、传感器及现场设备的接入，实现工业现 场的互通互联。开发微型化、嵌入式PLC，为终端产品的智能化 提供配套的控制器产品，如热泵专用控制器、工业锅炉专用控制 器、环境监测专用控制器等。针对专机配套和特殊应用需求，开 发定制化专用PLC，消减通用PLC的冗余功能，增加个性化的输 入输出模块和功能模块， 开发针对性的控制算法和程序控制流程。 3.编程软件与运行软件 （1）环节描述及任务。开发PLC系统组态、用户程序编制调 试的编程软件，PLC程序运行控制的运行软件。 （2）具体目标 ℃ PLC编程软件开发要求。采用和体现面向对象编程理念。 符合GBT15969.3(对应国际标准：IEC61131-3)标准，并支持梯形 图、语句表、顺序功能图、结构化文本等多种程序描述方法。人 机界面友好。支持不同的操作系统环境。支持程序的仿真运行， 支持远程编程调试和诊断维护。 ℃ 运行控制软件开发要求。具备实时多任务特性。支持主 流现场总线协议和工业以太网通讯协议。对特殊(/智能)功能单元 模块的运行支持。满足运行安全和信息安全的要求。对工业互联 网技术架构下边缘计算的支持。 4.第三方功能模块 （1）环节描述及任务。第三方厂商根据PLC系统架构的需要 或PLC厂家的需求，定制开发I/O模块和功能模块。重点推进运动 控制、传感检测、联网通信等功能模块的第三方定制。利用社会 资源，满足多样化需求，培育产业生态。 （2）具体目标。运动控制模块：伺服控制模块、步进电机控 制模块、高速计数模块、PTO/PWM模块。传感检测模块：条码 识别模块、RFID读写模块、视觉识别模块、热电阻/热电偶输入 模块。联网通信模块：不同协议现场总线模块、网管模块、网络 安全模块、物联网模块。 5.应用系统 （1）环节描述及任务。培育针对细分行业和领域的PLC系统 集成商或行业大用户，选择示范行业/领域，形成样板应用系统， 并逐步推广和拓展。鼓励系统集成商或行业大用户与PLC厂商建 立紧密联系，使PLC厂商具备良好的销售和工程服务网络。推动 PLC的大规模应用和产业化发展。 （2）具体目标。市政与轨道交通：实施一到两个城市管廊项 目、两到三个轨道交通项目。石油石化行业：实施一两条输油管 线的调压站控制或一两个储罐区控制项目。工程机械：完成一两 个产品配套项目。农业领域：完成两三个示范项目。 （二）机器人用控制器 1．处理器芯片 （1）环节描述及任务。针对机器人用控制器需求，开发异构 多核融合芯片架构、工业控制指令体系与工业现场网络体系、工 业控制芯片可靠性等技术，实现低能耗、高性能、高可靠性工业 机器人控制芯片的自主知识产权与产业化应用。 （2）具 体 目 标 。 4 核 SoC ， 1GHz 以 上 ， 浮 点 计 算 能 力 >1GFLOPS；集成24通道、14位ADC，3通道同时采样，转换时 间<=125ns；支持多区IP保护加密；6对低噪声差分，增益可编程 运放，放大倍数2，4，8，16，32，64；集成12对窗口比较器， 内置DAC；集成16通道ePWM；集成GPIO，UART，I2C，SPI， CAN，LIN，QEP等接口；集成片上温度传感模块；集成EtherCAT MAC标准接口；工作温度：-40℃～125℃。 2．控制器主板 （1）环节描述及任务。开发基于x86和基于ARM两种硬件架 构的控制器开发平台，形成开放式、网络化的工业机器人控制器 硬件与软件体系框架；开发基于高速实时以太网的现场总线同步 控制技术、多总线接口的现场总线技术等关键技术，制订机器人 控制器总线和通信接口统一标准，满足机器人多轴多通道和主站 与从站的信息互通，使机器人控制器能够快速的接入网络，现场 总线协议和国际主流协议保持一致。 （2）具体目标。支持x86和ARM两种架构的处理器芯片及硬 件设计；支持2种以上嵌入式实时多任务操作系统；具有丰富的 总线接口，包括CAN、EtherCAT、ProfiNET等高速总线，能够 实现ms级的数据交互，机器人多轴多通道和主站与从站的同步时 间抖动<100ns。具有运动控制接口、视觉/力等外部传感器接口 和算法开发接口，支持第三方算法开发和验证。 3．机器人操作系统 （1）环节描述及任务。通过重新设计或者开源的计算机操作 系统基础上，开发开放式机器人专用操作系统，开发实时多任务 调度技术、工业现场总线技术、传感设备接入技术、机器人控制 功能（算法）组件中间件技术、机器人调试与仿真技术、信息安 全技术。 （2）具体目标。开放式可编程平台，支持组态；支持多任务 实时调度，系统最小任务周期250us，周期抖动≤5%；支持3种以 上主流工业现场总线，通讯周期≤250us，同步抖动≤1%；支持视 觉、力控等传感器接入与算法处理；支持基本的机器人运动学模 块；支持在线仿真与调试。 4．模型与控制算法 （1）环节描述及任务。开发高速高精技术，进行最优速度规 划、高速振动抑制、空间误差补偿、精确前馈控制；开发机器人 协同技术，进行人机协作、多机协同控制；开发机器视觉、多维 感知技术以及安全控制技术等，提升机器人智能化水平。 （2）具体目标。突破不少于10项机器人控制算法相关关键技 术，使机器人产品具有不少于5项技术指标或性能达到国际同类 产品先进水平。 5．机器人离线编程系统 （1）环节描述及任务。通过建立模型库，基于图形引擎实现 机器人轨迹规划与修正，开发程序生成、模拟仿真、动作分析、 虚拟机器人等技术，完成机器人离线编程系统开发与应用。 （2）具体目标。支持5家以上自主知识产权主流机器人、时 间仿真的精度在5%以内，轨迹精度<10cm，打磨、弧焊、去毛刺、 机床上下料等一些典型应用的机器人编写时间缩短80%以上。 6．可靠性技术 （1）环节描述及任务。开发控制系统可靠性设计与可靠性体 系；发展基于控制数据的机器人本体健康诊断、故障预测，并进 行可靠性提升；开发机器人精度可靠性保障模型，通过系统预测、 补偿技术，提升精度可靠性；开发机器人可靠性检测标准及试验 验证平台；关键部件可靠性验证平台：减速机、电机、线缆验证 平台。 （2）具体目标。建立机器人整机故障预测模型与可靠性改进 体系；控制系统MTBF>30000小时，机械本体MTBF>20000小时。 可靠性标准不少于3项。 7．试验验证平台 （1）环节描述及任务。针对工业机器人整机性能构成特征， 形成机器人功能、性能测试标准，建立机器人控制器仿真测试平 台、整机类验证平台、功能验证平台、性能验证平台等，对工业 机器人整机进行技术验证。 （2）具体目标。完成机器人性能、功能检测标准不少于3项。 完成控制系统仿真测试平台，机器人性能、功能检测平台，能对 机器人精度、速度、基本功能进行检测。 三、 咨询电话 北京机械工业自动化研究所有限公司 王 月 010-82285678 韩立新 010-82285677 中 国 机 器 人 产 业 联 盟 010-68595727 附：控制器“一条龙”应用计划申报书 陈 丹 附 控制器“一条龙”应用计划申报书 企业名称： 项目名称： 责任人（法人代表）： 项目技术负责人： 实施年限：20 年 月至 20 填报日期：20 年 月 年 日 中华人民共和国工业和信息化部制 二〇一八年六月 月 单位名称 项目名称 所属产业链 所属产业链 关键环节 实 施 期 注册地 项目实施期 □ PLC 控制器 □ 关键元器件 □ PLC 及硬件平台 □ 编程软件与运行软件 □ 第三方功能模块 □ 应用系统 年 月 至 年 机构代码 月 至 年 年 月 □ 机器人控制器 □ 处理器芯片 □ 控制器主板 □ 机器人操作系统 □ 模型与控制算法 □ 机器人离线编程系统 □ 可靠性技术 □ 试验验证平台 月 联系电话 主要负责人 （手机） 电子邮箱 传 真 参与单位满足所属“一条龙”环节供需概述（包括： 1.企业基本情况； 2.重点产品、工艺符合性质，与“一条龙”其他环节在产品、工艺上的直接关联性； 3.创新能力、产品技术和工艺水平领先情况； 4.对产业链上游的需求，以及对下游可提供的产品或服务；近年来企业产品和技术实际使用和 应用情况； 5.近三年经营业绩，遵纪守法情况，管理制度建设情况，包括不限于以下内容 2015、2016、2017 年企业情况 技术 市场 财务 研发投入占营收比例 当年申请专利数，截至年底累计授权专利数 细分领域市场份额、市场排名 总资产 资产负债率 年度营业收入 年度净利润 6.企业参与“一条龙”应用计划的运行工作机制及措施； 7.推荐的龙头企业、参与单位和示范工程； 8.存在的问题和建议等）。 项目基本情况（总投资、主要建设内容、预期效果等），并填列下表： 项目目前情况 项目成熟度 项目总投资 项目资本金 参与单位 自评意见 是否已经完成可研 总投资额 项目资本金额度 本单位承诺申报内容真实有效。 法定代表人（签字）： （盖章） 年 月 日