與可編程邏輯控制器(PLC)的最初使命相比，自動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、機(jī)器人，以及與其它機(jī)器和管理系統(tǒng)進(jìn)行通信,。性能可以從簡單設(shè)備到多核處理器不等。

　　傳統(tǒng)的PLC、可編程自動化控制器(PAC)和工業(yè)控制計算機(jī)(IPC)之間的區(qū)別主要與處理能力和性能相關(guān),，不過現(xiàn)在它們彼此之間的界線正在逐漸模糊,。由于遵循國際電工委員會(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,。在后臺運(yùn)行的強(qiáng)大的實(shí)時操作系統(tǒng),，避免了對基于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可能是一個過時的術(shù)語。因?yàn)樗械淖詣踊刂破鞫际强删幊痰?，PAC中的“P”也似乎是多余的,。控制器基本上是計算機(jī),，可以在同一個處理器上運(yùn)行多個操作系統(tǒng)(實(shí)時,、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),，比如邊緣計算。

　　傳統(tǒng)的PLCI/O通信響應(yīng)時間,，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)格的集成和開放IEC61131技術(shù)的設(shè)計，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,。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，例如簡單的應(yīng)用程序,，就沒有擴(kuò)展計劃,。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,，您可能需要對下面的注意事項進(jìn)行考量。

　　●邏輯

　　對邏輯控制的基本需求,，是為什么我們繼續(xù)將自動化控制器稱為PLC的原因,。PLCopen是一個組織，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,、培訓(xùn)和庫。該組織的活動,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范圍,，包括運(yùn)動、安全,、OPC統(tǒng)一體系架構(gòu)(UA),、XML等。

　　●多軸運(yùn)動

　　根據(jù)應(yīng)用的復(fù)雜度和運(yùn)動的同步性等需求的不同,，自動化控制器可以控制數(shù)十甚至數(shù)百個運(yùn)動軸,。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)動網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立運(yùn)動或機(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)行在同一個網(wǎng)絡(luò)上,，已被證明為一個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)來實(shí)現(xiàn),。網(wǎng)絡(luò)安全還延伸到運(yùn)動安全和機(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

　　同一自動化控制器可以集成多個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)測維護(hù)計劃和減少計劃外停機(jī)的關(guān)鍵一環(huán),。控制器可以與各種現(xiàn)有的傳感器(如溫度探頭和加速度計)相結(jié)合,，以監(jiān)測實(shí)際情況,。在發(fā)生災(zāi)難性故障之前，機(jī)器監(jiān)控還有助于檢測異常,。能量監(jiān)測也可應(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，以及用于工藝過程中水的使用等,。

　　●數(shù)據(jù)處理

　　自動化控制器可以是網(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)化過程,。自動化控制器通常將數(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,。

　　●自動配置

　　以前，更換新組件(如驅(qū)動器)必須手動為設(shè)備確定和加載正確的固件版本?，F(xiàn)在,，自動化控制器可以在無需人工干預(yù)的情況下，自動讀取設(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或多個以太網(wǎng)通信端口，可與HMI,、管理系統(tǒng),、編程和其它非時間關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行通信。對于控制器來講,，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)是很常見的,。遺憾的是,，目前還沒有一個獲得普遍認(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，時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)的發(fā)展帶來了很大的期望,。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)帶來更多的確定性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟為其搭建了一個試驗(yàn)臺,，已經(jīng)有多個工業(yè)自動化供應(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種最常見的自動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，因此變得越來越流行,。

　　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的趨勢越來越明顯,。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,，以避免在其中一個損壞時需要同時更換兩個組件。但是現(xiàn)在已經(jīng)無需擔(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具有實(shí)時操作系統(tǒng)、各種計算機(jī)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的控制器,?？刂破骺梢允仟?dú)立的，工業(yè)計算機(jī)專門用于非控制任務(wù),，如邊緣,、霧或云計算。歷史庫,、序列化和視覺檢查也是常見的應(yīng)用,。

　　先進(jìn)的自動化供應(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)以千計的I/O的模塊化PLC系統(tǒng)。

　　●可擴(kuò)展性

　　雖然軟件開發(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)立于硬件的開發(fā)環(huán)境中工作,。這意味著首先可以為項目編程,，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)計旨在允許復(fù)用關(guān)鍵軟件元素時，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)隊合作,，為預(yù)期的應(yīng)用需求選擇最佳的性價比方案,，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。自動化技術(shù)供應(yīng)商會對重要組件準(zhǔn)備充足庫存,，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)存在自動化控制器,、可移動介質(zhì)（如C-Fast卡）以及對成本更敏感的永久安裝的應(yīng)用中已經(jīng)非常流行,。可移動內(nèi)存的優(yōu)點(diǎn)是可以輕松地替換它,，便于制作和存儲備份,，并且很容易擴(kuò)展內(nèi)存容量。

　　但是,，在使用工業(yè)存儲卡時需要小心,，并確保媒介符合應(yīng)用所需的規(guī)格。不同的存儲類型,，具有不同的使用壽命,，這取決于讀寫周期。這也是一個需要和自動化供應(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的可擴(kuò)展性,。尤其是可編程軟件平臺的選擇,，與選擇合適的硬件一樣重要，需要在決策過程中發(fā)揮重要作用,。

　　無論是機(jī)器還是過程控制,，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@對于大多數(shù)應(yīng)用場合來講已經(jīng)足夠了,。更高端的PLC,，則可使用功能塊和其它IEC61131-3編程語言。

　　PAC擴(kuò)展了PLC功能,，包括改進(jìn)的運(yùn)動,、安全和視覺功能?；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語言（諸如C語言的變體等）,，IPC對于更復(fù)雜的應(yīng)用來說是一種理想的選擇,。

　　在每個控制器類型中，自動化供應(yīng)商都可以提供很多配置選項,，以及內(nèi)置和遠(yuǎn)程輸入/輸出(I/O)的不同組合,。還有從簡單串行到以太網(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)架式選項進(jìn)行擴(kuò)展,。

　　控制器選擇的注意事項

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

　　控制器選擇時，需要考慮的關(guān)鍵注意事項還包括:

　　●工廠人員的自動化經(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)動和速度；

　　●通信選項,；

　　●數(shù)據(jù)收集要求,；

　　●特殊功能要求。

　　有些設(shè)施高度自動化,，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，同時由于它們的廣泛使用,，大家對它都非常熟悉,，因此易于工作。