與可編程邏輯控制器(PLC)的最初使命相比,，自動(dòng)化控制器的功能已經(jīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于代替繼電器。現(xiàn)在,，控制器能夠集成邏輯、運(yùn)動(dòng),、機(jī)器人,，以及與其它機(jī)器和管理系統(tǒng)進(jìn)行通信。性能可以從簡(jiǎn)單設(shè)備到多核處理器不等,。

　　傳統(tǒng)的PLC,、可編程自動(dòng)化控制器(PAC)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)之間的區(qū)別主要與處理能力和性能相關(guān),，不過(guò)現(xiàn)在它們彼此之間的界線正在逐漸模糊。由于遵循國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)61131-3編程規(guī)范,，控制軟件取得了一定程度的標(biāo)準(zhǔn)化,。在后臺(tái)運(yùn)行的強(qiáng)大的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，避免了對(duì)基于MicrosoftWindows操作系統(tǒng)的依賴,。因此“基于IPC的控制”一詞,，如果改為“基于Intel或基于AMD”可能更精確，可以反映所使用的強(qiáng)大的主流處理器,。

　　由于現(xiàn)在的自動(dòng)化控制器除了進(jìn)行邏輯處理外,，還可以做更多其它事情，PLC可能是一個(gè)過(guò)時(shí)的術(shù)語(yǔ),。因?yàn)樗械淖詣?dòng)化控制器都是可編程的,，PAC中的“P”也似乎是多余的?？刂破骰旧鲜怯?jì)算機(jī),，可以在同一個(gè)處理器上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)(實(shí)時(shí)、MicrosoftWindows和Linux),。IPC可用于控制,、數(shù)據(jù)采集以及不斷出現(xiàn)的新任務(wù)，比如邊緣計(jì)算,。

　　傳統(tǒng)的PLCI/O通信響應(yīng)時(shí)間,，取決于網(wǎng)絡(luò)性能、節(jié)點(diǎn)數(shù),、通信量,、CPU性能和CPU負(fù)載；采用更嚴(yán)格的集成和開(kāi)放IEC61131技術(shù)的設(shè)計(jì),，集中軟件管理和分散的程序執(zhí)行,，可以提高性能。

　　控制器功能的考量

　　在相同的軟件環(huán)境,、相同的程序中,，運(yùn)行在同一個(gè)處理器上，協(xié)調(diào)所有機(jī)器的功能,，正在變成一種流行趨勢(shì),。這需要機(jī)器功能同步，并且采用模塊化代碼結(jié)構(gòu),，使得有組織的,、有凝聚力的方法成為可能。盡管如此,，有些領(lǐng)域卻并不需要那么多集成控制,，例如簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序,，就沒(méi)有擴(kuò)展計(jì)劃。應(yīng)用的復(fù)雜性和性能需求決定了控制器的規(guī)格,。選擇控制器的時(shí)候有很多因素需要考慮,，根據(jù)應(yīng)用的不同，您可能需要對(duì)下面的注意事項(xiàng)進(jìn)行考量,。

　　●邏輯

　　對(duì)邏輯控制的基本需求,，是為什么我們繼續(xù)將自動(dòng)化控制器稱為PLC的原因。PLCopen是一個(gè)組織,，它負(fù)責(zé)維護(hù)和擴(kuò)展IEC61131-3編程標(biāo)準(zhǔn)的范圍,，并管理大量的知識(shí)、培訓(xùn)和庫(kù),。該組織的活動(dòng),，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范圍，包括運(yùn)動(dòng),、安全,、OPC統(tǒng)一體系架構(gòu)(UA)、XML等,。

　　●多軸運(yùn)動(dòng)

　　根據(jù)應(yīng)用的復(fù)雜度和運(yùn)動(dòng)的同步性等需求的不同,，自動(dòng)化控制器可以控制數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。隨著摩爾定律和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,，不再需要有專用運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)或機(jī)器人控制器,。

　　●網(wǎng)絡(luò)安全

　　在北美，硬接線網(wǎng)絡(luò)安全仍然是首選,。網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)施與控制機(jī)器的設(shè)備運(yùn)行在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，已被證明為一個(gè)行之有效的控制功能,。

　　網(wǎng)絡(luò)安全的實(shí)現(xiàn),，可以從控制處理器上的冗余內(nèi)核，到單獨(dú)的安全控制器,，再到小型系統(tǒng)中的安全輸入/輸出(I/O)來(lái)實(shí)現(xiàn),。網(wǎng)絡(luò)安全還延伸到運(yùn)動(dòng)安全和機(jī)器人功能，允許機(jī)器以安全模式運(yùn)行,，而不是直接關(guān)閉,，從而可以提供卓越的運(yùn)行效率。

　　●機(jī)器人集成

　　同一自動(dòng)化控制器可以集成多個(gè)Delta機(jī)器人,、SCARA機(jī)器人,、鉸接式和龍門式機(jī)器人，以及其它機(jī)器功能,。此外,，還可以在IEC61131-3兼容環(huán)境中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)功能,。由于內(nèi)置了堆垛算法到裝配模式，專用機(jī)器人控制器可以持續(xù)提供有價(jià)值的功能,。

　　●機(jī)器監(jiān)控

　　監(jiān)視機(jī)器的運(yùn)行狀況,，是預(yù)測(cè)維護(hù)計(jì)劃和減少計(jì)劃外停機(jī)的關(guān)鍵一環(huán)?？刂破骺梢耘c各種現(xiàn)有的傳感器(如溫度探頭和加速度計(jì))相結(jié)合,，以監(jiān)測(cè)實(shí)際情況。在發(fā)生災(zāi)難性故障之前,，機(jī)器監(jiān)控還有助于檢測(cè)異常,。能量監(jiān)測(cè)也可應(yīng)用于壓縮空氣的使用，加熱器和烘干機(jī)中的天然氣使用,，以及用于工藝過(guò)程中水的使用等,。

　　●數(shù)據(jù)處理

　　自動(dòng)化控制器可以是網(wǎng)絡(luò)、OPCUA服務(wù)器和客戶端,。它們具有收集工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)數(shù)據(jù)的功能,，并可以從云端或終端接收指令以優(yōu)化過(guò)程。自動(dòng)化控制器通常將數(shù)據(jù)發(fā)送到制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES),、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP),、整體設(shè)備效率(OEE)、可信平臺(tái)模塊(TPM)和產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟件,。在IIoT環(huán)境中,，接受有用的分析數(shù)據(jù)也非常重要。

　　●自動(dòng)配置

　　以前,，更換新組件(如驅(qū)動(dòng)器)必須手動(dòng)為設(shè)備確定和加載正確的固件版本?，F(xiàn)在，自動(dòng)化控制器可以在無(wú)需人工干預(yù)的情況下,，自動(dòng)讀取設(shè)備并提醒技術(shù)人員進(jìn)行必要的調(diào)整,。

　　●通信能力

　　如今，即使是低成本的控制器也有一個(gè)或多個(gè)以太網(wǎng)通信端口,，可與HMI,、管理系統(tǒng)、編程和其它非時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行通信,。對(duì)于控制器來(lái)講,，支持某種特定類型的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如EtherNet/IP,、EtherCAT,、Powerlink、Profinet等,，以便組建確定性網(wǎng)絡(luò),，已經(jīng)是很常見(jiàn)的,。遺憾的是，目前還沒(méi)有一個(gè)獲得普遍認(rèn)可的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),，可以提供適合機(jī)器控制的高速,、確定性的通信。

　　不過(guò),，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)的發(fā)展帶來(lái)了很大的期望,。TSN與OPCUA和OPCUA發(fā)布訂閱（Pub-Sub）一起，將給IEEE802系列以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)更多的確定性,。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟為其搭建了一個(gè)試驗(yàn)臺(tái),，已經(jīng)有多個(gè)工業(yè)自動(dòng)化供應(yīng)商參與其中，以證明TSN在機(jī)器到機(jī)器通信方面的可行性,。

　　TSN是很重要的,，這主要是因?yàn)橐笽IoT能夠運(yùn)作，需要在工廠,、企業(yè)范圍內(nèi)和云端上實(shí)現(xiàn)不同控制平臺(tái)之間通信的互操作性,。如果需要串行接口，則應(yīng)專門定義,，因?yàn)槟壳按型ㄓ嵤褂玫妮^少,。

　　●安裝形式

　　以下是3種最常見(jiàn)的自動(dòng)化控制器的安裝形式。

　　1）IP20,，機(jī)柜安裝:這是傳統(tǒng)PLC常用的安裝形式,，有一個(gè)單獨(dú)的HMI，通常使用整體,、背板/軌道安裝I/O,，或遠(yuǎn)程安裝的I/O模塊。

　　2）IP65/67/69K密封,，基座或前面板安裝:這種形式集成了HMI和控制器,，并采用搖臂型安裝，可以充分發(fā)揮器人體工程學(xué)優(yōu)勢(shì),，因此變得越來(lái)越流行。

　　除了控制,，這種形式還可以集成PC功能,，以運(yùn)行各種MicrosoftWindows應(yīng)用程序，比如HMI,，盡管基于Web的HMI的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,。與類似的控制器相比，基座安裝的控制器往往比面板安裝更昂貴,，需要不銹鋼擋板,，以及更高的密封要求,。

　　有些人喜歡將面板安裝PLC和HMI分開(kāi)，以避免在其中一個(gè)損壞時(shí)需要同時(shí)更換兩個(gè)組件,。但是現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)需擔(dān)心,，因?yàn)橐呀?jīng)有了可自由拆卸HMI的集成裝置。這樣,，更換較大的屏幕就更容易,，或者升級(jí)到更強(qiáng)的控制硬件也不需要更換屏幕。

　　3）IP20,，機(jī)柜式工控機(jī),，配置獨(dú)立的HMI:就像集成形式一樣，這種形式還可以作為一個(gè)具有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),、各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的控制器,。控制器可以是獨(dú)立的,，工業(yè)計(jì)算機(jī)專門用于非控制任務(wù),，如邊緣、霧或云計(jì)算,。歷史庫(kù),、序列化和視覺(jué)檢查也是常見(jiàn)的應(yīng)用。

　　先進(jìn)的自動(dòng)化供應(yīng)商可以為用戶提供滿足不同需求的PLC產(chǎn)品范圍,，例如從配置固定I/O的微型PLC,，到中檔PLC，再到能夠處理數(shù)以千計(jì)的I/O的模塊化PLC系統(tǒng),。

　　●可擴(kuò)展性

　　雖然軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境通常與硬件（超小,、微型、中型和大型PLC）相關(guān),，但它也有可能在獨(dú)立于硬件的開(kāi)發(fā)環(huán)境中工作,。這意味著首先可以為項(xiàng)目編程，然后再去選擇或更改控制硬件,。這種靈活性可擴(kuò)展到馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器類型,。低端的步進(jìn)或變頻器可與高端伺服共享相同的程序。當(dāng)一系列設(shè)備的設(shè)計(jì)旨在允許復(fù)用關(guān)鍵軟件元素時(shí),，可擴(kuò)展性的要求就尤為關(guān)鍵,。

　　●CPU性能

　　從低端到多核處理器有多種類型可供選擇，但它們的性能彼此會(huì)有重疊,。因此,，建議與技術(shù)提供商的技術(shù)支持和銷售工程師團(tuán)隊(duì)合作，為預(yù)期的應(yīng)用需求選擇最佳的性價(jià)比方案，因?yàn)樗麄兏私庾约旱漠a(chǎn)品,。

　　理想情況下,，處理器應(yīng)具有可擴(kuò)展性，控制軟件才能兼容控制器產(chǎn)品線上的所有產(chǎn)品,。自動(dòng)化技術(shù)供應(yīng)商會(huì)對(duì)重要組件準(zhǔn)備充足庫(kù)存,，以確保產(chǎn)品的可用性，并為替代品提供遷移服務(wù),。

　　此外,，還要確定是否需要靜音操作，以及安裝控制器的預(yù)期環(huán)境溫度,。其它散熱選項(xiàng)包括風(fēng)扇,、空調(diào)、散熱器和水冷等,。

　　●內(nèi)存

　　固態(tài)內(nèi)存在自動(dòng)化控制器,、可移動(dòng)介質(zhì)（如C-Fast卡）以及對(duì)成本更敏感的永久安裝的應(yīng)用中已經(jīng)非常流行?？梢苿?dòng)內(nèi)存的優(yōu)點(diǎn)是可以輕松地替換它,，便于制作和存儲(chǔ)備份，并且很容易擴(kuò)展內(nèi)存容量,。

　　但是,，在使用工業(yè)存儲(chǔ)卡時(shí)需要小心，并確保媒介符合應(yīng)用所需的規(guī)格,。不同的存儲(chǔ)類型,，具有不同的使用壽命，這取決于讀寫(xiě)周期,。這也是一個(gè)需要和自動(dòng)化供應(yīng)商討論的話題,。

　　不同類型控制器的區(qū)別

　　為工廠自動(dòng)化選擇控制器，不僅和是否應(yīng)該使用PLC,、PAC,、或IPC有關(guān)，它還應(yīng)該涉及應(yīng)用要求的定義,，包括基本的控制需求以及未來(lái)的可擴(kuò)展性,。尤其是可編程軟件平臺(tái)的選擇，與選擇合適的硬件一樣重要,，需要在決策過(guò)程中發(fā)揮重要作用,。

　　無(wú)論是機(jī)器還是過(guò)程控制，典型的控制器系列都包括PLC,、PAC和IPC,。盡管不同的控制器之間存在諸多差異,，但它們的特性與功能正在不斷的融合,。

　　雖然PLC是第一個(gè)用于替代繼電器的控制設(shè)備,，但到目前為止，PLC仍然是中小型應(yīng)用的最佳選擇,。隨著對(duì)新技術(shù)接受程度的提高,，PLC的功能也在不斷擴(kuò)展。很多低端PLC使用梯形圖邏輯編程,，因?yàn)檫@對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)講已經(jīng)足夠了,。更高端的PLC，則可使用功能塊和其它IEC61131-3編程語(yǔ)言,。

　　PAC擴(kuò)展了PLC功能,，包括改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)、安全和視覺(jué)功能,?；赑LC的PAC，作為這類控制器的分支,，使PAC功能像PLC一樣簡(jiǎn)單易用,，但功能更強(qiáng)大。由于具有更先進(jìn)的功能,，并且可以使用其它高級(jí)語(yǔ)言（諸如C語(yǔ)言的變體等）,，IPC對(duì)于更復(fù)雜的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一種理想的選擇。

　　在每個(gè)控制器類型中,，自動(dòng)化供應(yīng)商都可以提供很多配置選項(xiàng),，以及內(nèi)置和遠(yuǎn)程輸入/輸出(I/O)的不同組合。還有從簡(jiǎn)單串行到以太網(wǎng)等各種通信方式可供選擇,。硬件配置還可能包括內(nèi)置I/O(通常稱為模塊)的獨(dú)立控制器,，可以使用可堆疊的I/O和機(jī)架式選項(xiàng)進(jìn)行擴(kuò)展。

　　控制器選擇的注意事項(xiàng)

　　盡管了解和評(píng)估控制器的規(guī)格是關(guān)鍵的應(yīng)用需求,，但是工廠人員的能力和未來(lái)的連接需求,，也是決策過(guò)程中的重要考量因素。

　　控制器選擇時(shí),，需要考慮的關(guān)鍵注意事項(xiàng)還包括:

　　●工廠人員的自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn),；

　　●I/O的數(shù)量和類型；

　　●所需的控制功能,，如閉環(huán)比例,、積分、微分(PID),，運(yùn)動(dòng)和速度,；

　　●通信選項(xiàng)；

　　●數(shù)據(jù)收集要求；

　　●特殊功能要求,。

　　有些設(shè)施高度自動(dòng)化,，可以處理各種控制器和設(shè)備，而另外一些設(shè)備則可能對(duì)新技術(shù)的熟悉程度有限,。PLC是許多行業(yè)和應(yīng)用的主要自動(dòng)化工具,，主要因?yàn)樗鼈兲峁┝藴?zhǔn)確、可靠和可修改的控制,，同時(shí)由于它們的廣泛使用,，大家對(duì)它都非常熟悉，因此易于工作,。