评估工业应用的控制器选项
选择最好的工业控制器需要评估自动化、通信和安全需求。
提供可靠的实时控制功能一直是自动化机械、设备和流程的目标。如果设计师和工程师能够选择一个数字控制平台，将其与现场设备集成，编程使其按预期运行，并提供可靠的系统运行数年或数十年，这是一项出色的工作。
今天的情况有所好转，但也更加复杂。之所以说它更好，是因为有许多新的控制技术可供选择;因为用户希望优化操作性能、提高可见性和与监控系统的更好连接，所以它更加复杂。由于终端用户需要更高级的功能，基本的功能已经不够用了。作为回应，设计师和原始设备制造商(oem)必须评估控制器选项领域，为每个自动化应用提供正确的特性组合。
这项工作首先要做出基本的决定，即控制器是否在需要操作的地方进行物理和电气工作。除了这些需求之外，还有更高级的标准:编程选项、网络连接、安全性、通信协议、灵活性和可伸缩性。本文基于这些因素比较了几种流行的控制器技术，帮助设计人员专注于对他们的应用程序重要的东西。
谁是玩家?
在自动化机器和流程方面，工业从数字控制平台的持续进步中受益。这个技术领域通常被称为操作技术(OT)。任何OT控制平台都包含控制器和相关产品，如输入/输出(I/O)模块、操作员界面终端(OITs)、人机界面(HMIs)、仪器仪表和其他设备(见图1)。
对于所有自动化系统来说，控制器是大脑，因此是必须尽早选择的核心组件，因为它设定了详细的设计路径。虽然产品系列呈现重叠功能，但以下是OT项目最流行的控制器类别:
- 可编程逻辑控制器:一个坚固的和基本的，但有能力的控制选项，特别是离散控制应用
- 可编程自动化控制器(pac):类似于plc，但通常在通信、数据处理和过程控制应用领域更先进
- 工业个人电脑(ipc):坚固的功能齐全的计算机，需要大量的用户努力集成硬件、软件和远程输入/输出(I/O)进行控制
- 边缘可编程工业控制器(边缘控制器):内置在PLC/PAC的形式因素，但结合了先进的编程和安全选项，本地可视化和广泛的通信能力，很像一台PC。
在为应用程序选择控制器时，通常有不止一个正确答案。选择正确的控制器需要评估几个特性，也许还要考虑多种应用。
优势和劣势
控制器在任何自动化项目中都扮演着核心角色(见图2)。它们可能:
- 监视和命令I/O点
- 与其他控制器交互
- 与智能现场设备连接
- 与OIT和HMI可视化系统的接口
- 与上级和企业系统沟通。
每个应用程序都是独一无二的，因此查看潜在的重要标准列表，看看哪些是相关的，以及哪种控制器类型最适合这些标准是有帮助的。表1给出了控制器选择标准的列表，按诸如形式因素、可编程性、安全性等主题组织。建议的权重是广泛的评估，并且可以根据特定的用例而变化。
plc和pac，经典的选择
plc和pac都是为OT角色而构建和优化的，代表了经典的选择。当然，plc和功能更全面的pac已经成为大多数机器和许多过程的主要控制产品。它们快速、可靠、价格合理，非常适合恶劣的环境。其他补充产品，如OITs和hmi是并行开发的，以向这些平台添加可视化和其他功能。
然而，许多plc和pac都背负着专有连接、专用软件和许可费用的负担。从现场设备和I/O网络的角度来看，由于以太网和标准化的工业协议，这种情况得到了极大的改善。此外，随着plc / pac采用IEC 61131-3编程语言和CODESYS等跨平台编程环境，软件也变得更加开放。
然而，plc / pac的遗留问题可能会成为一种惯性，阻碍最新技术的采用。这种惰性在对高级网络和安全特性的支持普遍较弱时表现得最为明显。plc / pac在OT级别提供了良好的连接，但它们往往缺乏对以it为中心的编程语言和协议(如HTTPS和消息队列遥测传输(MQTT))的支持。对于需要内置连接到以it为中心的企业应用程序和历史记录的应用程序，用户通常需要集成额外的硬件和软件来弥补差距。
安全也是类似的情况。当设想第一个plc / pac时，网络安全的大多数现代方面还不存在。pc和边缘控制器通常包含的功能，如安全用户帐户、加密通信和虚拟专用网络(vpn)，必须绑定到plc / pac上，这需要终端用户付出巨大的成本、努力和风险。更好的替代方案是确保所需的任何安全特性都是控制平台的本机特性。
为高级用户提供的ipc
随着PC技术变得唾手可得且价格低廉，许多用户开始使用PC进行工业控制。PC的商业基础和规模经济确保了硬件和操作系统平台被很好地理解，PC解决方案具有足够的计算能力和显示选项。
然而，用户很快发现商用pc对于许多工业控制器应用来说不够健壮。当供应商提供坚固耐用的pc (ipc)时，这种情况得到了弥补，这样它们就可以在机器环境中可靠地运行。因此，一些用户可以将ipc作为自动化、可视化和通信的一体化控制平台。
ipc还为用户提供了一种执行更高级编程或数据操作选项的方法，在以it为中心的通信和许多物联网接口方面，它们比plc / pac更有优势。
然而，基于ipc的控制在很大程度上是一种自己动手的努力。最终用户必须选择一个基本的IPC，并组装一套其他硬件和软件产品，用于控制、可视化、通信协议和远程输入/输出(I/O)解决方案，希望最终形成一个内聚力包。结果可能是一个理想的匹配，但它也可能成为一个自定义系统，呈现支持挑战，随着时间的推移可能难以管理。
尽管IPC的灵活性使其成为工业控制者的一个有吸引力的角色，但创建和维护一个完整的系统存在许多障碍。
边缘控制器达到了最佳位置
边缘控制器设备是工业自动化前沿的最新发展。这种新一代控制器旨在利用最新的IT通信和物联网发展，同时保持使plc / pac如此受欢迎的OT传统。对于许多应用程序，这种满足多种要求的混合技术组合使边缘控制器非常适合。
边缘控制器提供了诸如plc和pac等OT解决方案的所有优点，因为它们坚固耐用，适用于极端温度，并提供广泛的集成I/O。一些边缘控制器可以使用流程图或IEC 61131语言进行编程(见图3)。边缘控制器可以直接替代现有PLC/PAC应用程序，也可以成为新项目的基础。
图4:本地IT和OT通信功能使边缘控制器能够使自动化架构变得平坦，避免复杂的硬件和软件插入层。图片来源:Opto 22[/caption]
与plc / pac不同，边缘控制器内置了安全性，特别是那些提供一对分段的、不可路由的以太网端口的控制器-一个用于受信任的网络，如OT字段端，另一个用于不受信任的网络，如与互联网直接连接的网络。用户安全帐户在控制器级别进行处理，数据通信进行加密，并包括内置VPN。所有这些规定有助于控制系统的移动和网络安全。
边缘控制器可以为工业自动化应用提供灵活的OT控制平台，如PLC/PAC，但具有IPC的附加IT优势。作为一种全面的一体化解决方案，具有板上可视化和安全连接，边缘控制器通常是最具成本效益的控制器选择。
掌控今天和未来
对终端用户来说，选择越多越好。对于自动化和控制平台，终端用户和原始设备制造商多年来一直以plc、pac和ipc的形式享受可靠的选择。然而，现代边缘控制器提供了一个有吸引力的选择，因为它们结合了其他三个领先平台的最佳方面。
本森荷格兰德在IT和工业自动化领域有30年的经验。他负责制定战略光电子的22将现实世界与计算机网络连接起来的产品。他在贸易展览和会议上发言，包括IBM Think、ARC论坛和ISA。他在2014年的TEDx演讲中向非技术人员介绍了物联网。
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