工业控制器:过去，现在，未来

自从可编程逻辑控制器(PLC)出现以来，各种自动化控制器已经进入了工业应用，包括可编程自动化控制器(PACs)和今天的边缘可编程工业控制器(EPICs)。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、编程选项和处理速度方面有很多选择，厂商之间的竞争希望建立霸主地位。

而这是一般来说，真正的多样性对市场是有益的，但它也可能会让工程师和终端用户感到沮丧。选择控制平台通常是一项长期投资，并承担相关的开销，如培训和支持合同。决策者希望得到保证，他们的投资是正确的。

然而，与其在这个问题上偏袒一方，不如看看这个行业是如何走到这一步的。推动这些不同控制解决方案发展的趋势是什么？这些趋势现在如何发挥作用？用户应该如何在未来投资他们的自动化资金以确保他们赢得赌注？

控制器和I/O系统集成周期

在研究过去几十年自动化控制进展的过程中出现的一个明显模式是，一种特定技术的连续几代是如何推动新的I/O和控制选项的开发的。

例如，在开发第一个I/O系统时，现场控制和传感标准依赖于电磁和气动部件，这些部件会发生物理退化，从而限制其使用寿命。紧凑的低压组件，如固态继电器，促使用户要求更多的选项来将I/O直接集成到他们的系统中。这导致了第一个模块化I/O，而与此同时，电子公司正将高科技计算引入主流。这些系统中的敏感电子设备意味着它们需要与外部I/O接口，以便与现实世界交互。这导致了第一个串行寻址I/O机架，它是PLC中使用的基于机箱的I/O的替代品。

从专门的、独立的I/O设备到模块化I/O再到总线I/O，例证了在工业控制中反复出现的模式。后来的控制平台继续结合和嵌入I/O处理电路。单个模块从单个I/O通道扩展到32个通道，现在I/O内置到plc和其他独立的模块中设备。在某些情况下，可以配置I/O通道以逐个通道接受各种不同的信号类型。

这种模式展示了创新是如何在整个行业扩散的:随着时间的推移，个人创新变得模块化，与其他技术合作，然后嵌入到这些技术中，成为一个新的创新周期的一部分。

对于plc和pac，这种模式给了我们更小的控制器和I/O模块占用。它产生了更大的“每平方英寸”计算能力，因为数学和编程协处理器功能已经直接集成到控制板以及其他设备，如I/O、发射器和网络网关。随着时间的推移，将新的嵌入式通信接口和协议标准传播到控制器中也体现了同样的模式。

控制器异花授粉

与集成周期交织在一起的是交叉授粉的平行趋势:来自工业控制市场之外的技术创新进入控制器。继续看总线I/O的历史，我们可以看到这种趋势是如何导致新的控制器选项的开发的。

串行总线I/O导致并行I/O总线和其他解决方案，让微型和微型计算机与I/O交互。然而，这也激发了独立I/O通信处理器的想法，它将I/O与计算机解耦，允许任何有通信端口的东西与它交互。

随着I/O模块和I/O处理器的改进，这些早期的混合控制器能够提供模拟信号处理选项，这在当时只有分布式控制系统(dcs)才能找到。由于梯形逻辑(plc使用的一种编程语言)不是为处理模拟数据格式而设计的，这导致了用于混合控制器的新编程语言。

随后，低成本的IBM-PC替代品开始涌入市场。由于当时pc仍然是混合系统的主要控制选择，这就产生了可靠性问题。供应商开发industrially-hardened替代是有道理的,结晶I / O、网络和编程组件的早期混合解决方案系统,这后来被称为PAC。因为PAC使用相同的处理器,电脑供电,他们能够提供低成本之间的特性集,虽然,基于plc的离散控制和基于dcs的高成本过程自动化。

值得注意的是，来自高科技企业和消费PC市场的创新带来了工业控制发展的机遇。随着操作技术(OT)领域越来越多地与信息技术领域融合，这一趋势加速。例如，在最近几年进入市场的移动解决方案浪潮中。它还体现在对大数据、云分析和机器学习(ML)支持的推动，这些技术起源于工业自动化之外。

控制器连接

在控制技术与外部市场技术融合的同时，它们也变得更加紧密。控制系统已经从单个部件的集合发展到集成的智能网络。这些趋势暗示了该行业的发展方向，但并非一直如此。

在一个被称为现场总线战争的时期，供应商采用了串行总线I/O的概念，并通过各种通信媒体和协议运行它，每一个都试图确立两者的结合为主导标准。在此期间，以太网被提出作为一种替代方案，导致了更多I/O控制标准的诞生。以太网还引入了自动化通信模型的另一种发展，因为它允许与业务系统集成。自动化不再是单一的控制网络，而是成为网络中的网络的一部分。随着TCP/IP成为全球网络的标准，以太网的引入为工业物联网(IIoT)和其他工业4.0目标铺平了道路，这些目标依赖于高度连接的分布式系统。

从组件到串行总线再到互连网络的演变不仅仅是关于更快的通信。目前的趋势是在不同的系统之间实现更强的连通性。在标准和协议促进广泛通信的地方，它们在工业控制平台中得到了广泛采用。

当前的例子包括边缘控制器的出现，它将实时控制与面向web的技术结合起来，用于与业务应用程序和基于云的系统进行本机交互。这一趋势还体现在对机器对机器（M2M）通信标准的支持不断增加，如消息队列遥测传输（MQTT）和OPC-UA。

未来控制器使用的三个提示

随着技术整合的深入、行业间的交叉融合、设备和系统之间的连接不断增强，未来我们会走向何方?工程师应该如何投资他们的预算，以确保他们能赶上浪潮?基于这里探讨的模式，我们可以得出指导方针，帮助公司选择正确的控制技术。

1.关注设计而非功能

了解到技术会随着时间的推移而不断改进，变得更加紧密地集成和嵌入，优先投资于控制系统中不能轻易或快速改变的方面是有意义的。工程师们需要强调的是控制系统的架构，而不是当下那些轰轰乱响的功能。处理器将变得更快，I/O将变得更密集，因此以被锁定在网络布局、数据交换格式、通信协议或特定于供应商的基础设施为代价来购买这些特性是不明智的。它创建了以后很难(也就是昂贵的)重新协商的依赖关系。

2.寻找外部创新

如果工程师希望设计的系统能够随着时间的推移而发展，以跟上数字化转型的步伐，减少维护和返工，并给最终用户留下深刻印象，那么他们可以记住，定义未来的技术往往来自于行业之外。当涉及到选择供应商合作伙伴时，决策者将与那些愿意走出自己圈子的公司合作，从而获得最大的长期价值。与只专注于更快或更便宜地生产相同产品的供应商合作，会让用户落后于时代。

3.保持“开放”的心态

从技术的传奇历史中可以明显看出，为专利技术的市场份额而争吵会阻碍创新，而支持开放标准则会提高每个人的可能性上限。随着工业4.0的目标是增强连通性，工程师们需要投资于能够创造机会让不同系统协同工作的技术，而不是创建需要额外工作才能打开的单片系统。对于单个工程师来说，支持开放标准也提高了他们自己的创新的互操作性，从而提高了其适用性。

希望工业市场在未来继续为制造商提供广泛的工业控制选项组合，这可以为设计师和最终用户打开新的可能性。通过用我们的美元投票，制造商可以引导行业朝着那些能为每个人带来最佳结果的创新方向发展。

乔希·伊斯特本， Opto 22技术营销总监。由副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程，CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com.

更多的答案

关键词:plc, pac, Edge控制器

可编程逻辑控制器随着技术的进步，可编程自动化控制器(PACs)正在融合。

工业控制器由于工业物联网(IIoT)的出现，在应用的边缘变得更加互联和有用。

当他们汇合，公司需要了解两者之间的区别，以便为其应用程序做出正确的选择。

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