工业控制器原理（工业控制器是什么）

自可编程逻辑控制器(PLC) 出现以来，各种自动化控制器已迁移到工业应用中，包括可编程自动化控制器(PAC) 和当今的边缘可编程工业控制器(EPIC)。由于用户在成本、占地面积、输入/输出(I/O) 密度、现场总线兼容性、通信、编程能力和处理速度方面有更多选择，领先控制器供应商之间的竞争正在加剧。

多样性通常有利于市场，但也可能令工程师和最终用户感到沮丧。选择控制平台是一项长期投资，会带来相关费用，例如培训和支持合同。决策者希望他们的投资物有所值。

但在支持这个问题之前，让我们先看看这个行业的发展情况。不同控制解决方案发展趋势背后的驱动力是什么？这些趋势现在表现如何？用户未来将如何投资自动化以确保成功？

图1：得益于数十年的技术集成，当今的边缘控制器可以提供多种I/O 功能、多种通信接口以及嵌入式HMI 和编程功能。图片来源：Opto22

工业控制器的演化模型

研究过去几十年来自动化控制的进步，可以清楚地看到特定技术的迭代如何推动新的I/O 和控制功能的开发。

例如，在开发第一个I/O系统时，现场控制和传感设备也依赖于电磁和气动元件，这些元件受到物理性能的限制，使用寿命受到影响。固态继电器等紧凑型低压元件正在推动用户对更多选项的需求，以将I/O 直接集成到其系统中。这催生了第一个模块化I/O，同时电子公司将高科技计算带入主流。这些系统中的敏感电子设备需要外部I/O 才能与现实世界交互。这是第一个串行可寻址I/O 机架，是PLC 中基于机架的I/O 的替代方案。

从专用、独立的I/O设备到模块化I/O，再到总线I/O，都体现了工业控制中复用的理念。下一代控制平台采用嵌入式I/O 处理电路。该模块已从1个I/O通道扩展到32个通道，现在I/O内置于PLC和其他单个设备中。在某些情况下，通过适当的配置，每个I/O 通道可以接受各种不同的信号类型。

该模型展示了创新如何在整个行业中传播：随着时间的推移，单个创新变得模块化，与其他技术配合使用，然后嵌入到这些技术中，成为新创新周期的一部分。

对于PLC 和PAC，该模型提供更小的控制器和I/O 模块。由于数学和编程处理器功能直接集成到控制板以及I/O、发射器和网络网关等其他设备中，“每平方英寸”实现了更大的计算能力。随着时间的推移，新的嵌入式通信接口和协议标准向控制器的迁移也体现了同样的模式。

图2：早期PAC 依靠PC 技术来提供更广泛的功能集，包括离散、模拟和串行通信以及高级编程语言。

不同技术的整合

相互融合的趋势与融合周期交织在一起，工控市场之外的技术创新逐渐进入控制器。回顾总线I/O 的历史，我们可以看到这一趋势如何导致新控制器功能的开发。

从串行总线I/O 发展而来的是并行I/O 总线和其他允许微型计算机和微型计算机与I/O 交互的解决方案。这也激发了开发独立I/O 通信处理器的想法，它将I/O 与计算机解耦，允许任何具有通信端口的计算机与其交互。

随着I/O 模块和处理器的改进，早期的混合控制器也能够提供模拟信号处理功能，而这在当时仅在分布式控制系统(DCS) 中可用。由于梯形逻辑（一种PLC 编程语言）最初并不是为处理模拟数据格式而设计的，因此为混合控制器创建了一种新的编程语言。

随后，IBM PC 的低成本替代品开始涌入市场。由于PC 是混合动力系统的主要控制功能，因此这引起了人们对可靠性的担忧。对于供应商来说，开发一种工业增强型替代方案是有意义的，该替代方案将早期混合解决方案的I/O、网络和编程组件组合到一个单一系统中，该系统将成为PAC 系统。 PAC 使用与PC 相同的处理器，并且可以提供填补低成本、基于PLC 的离散控制和高成本、基于DCS 的过程控制之间的空白的功能集。

高新技术企业和个人计算机市场的创新为工业控制带来了发展机遇。随着运营技术(OT) 和信息技术(IT) 领域日益融合，这一趋势正在加速。以近年来兴起的移动解决方案浪潮为例。它还体现在对大数据、云分析和对机器学习的支持以及工业自动化之外诞生的技术的推动上。

图3：现代工业控制系统继续朝着更高的连接方向发展，例如直接连接到云的I/O。

未来的控制器

随着技术深度融合、行业融合、设备与系统互联的趋势持续发展，控制器的未来将给我们带来什么？

如何选择工程师才能确保他们能够紧跟技术趋势并帮助企业获得最大利益？以下三点建议将帮助制造企业选择合适的控制技术来实现其目标。

1. 注重设计而不是功能

了解技术将随着时间的推移不断改进，变得更加紧密地集成和嵌入，因此有必要优先考虑对无法轻易或快速改变的控制系统方面的投资。如今，工程师需要强调控制系统的架构，而不是一些引人注目的功能。

2.寻找外部创新

如果工程师设计的系统能够随着时间的推移而发展并跟上数字化转型的步伐，从而减少维护和返工，最终用户将会印象深刻，他们会记住，决定未来的技术往往来自行业之外。

3.保持开放的心态

专有技术市场份额之争阻碍了创新，而支持开放标准则为每个人带来了无限的可能性。连接性是工业4.0 的目标之一，随着连接性的增加，工程师需要投资于为不同系统协同工作创造机会的技术。 （作者：乔什伊斯特本）