机器控制的迁移取决于系统的开放性

封面故事:当升级控制器和自动化平台时，考虑增加灵活性和增加功能，同时考虑成本。突出显示了四个控制器选择问题。

通过Doug Schuchart 2021年10月7日

拜福自动化公司提供

学习目标

控制系统升级是不可避免的，但制造商可以让这一过程变得更容易。
制造商应该询问这种升级是否会防止过时并提高整个系统的灵活性。
选择正确的通信协议也很重要。

在任何行业中，设备和控制升级都是保持有效运营的重要、不可避免且往往令人痛苦的一部分，尤其是在履行和包裹应用领域。这些升级对于确保最高性能，确保设备能够跟上不断增长的需求非常重要。控制升级还提供了最新的操作效率和功能，最终保护和扩展设备投资，甚至通过工业物联网(IIoT)实现工业4.0计划的技术本身。

虽然由于电子产品和处理器的生命周期考虑，控件升级是不可避免的，但与控件升级相关的痛苦并非如此。工程师可以通过良好的计划和合理的决策来缓解令人头疼的问题，并消除许多公司在决定是否延长设备寿命时畏缩的“拆后更换”场景。

升级控制平台可以防止未来过时，增加系统灵活性，增强技术或满足预算或拥有成本的要求。拜福自动化公司提供

探索升级机器控制时的四个关键问题

在计划控件升级时，首先考虑升级后系统的目标。公司是否试图防止未来的过时，增加系统的灵活性，增强技术或满足预算或拥有成本的要求?还要考虑控件升级的可用停机时间。所有这些方面都可以在增强系统特性和升级整体解决方案的选择中发挥关键因素。

1.你的控制系统升级能防止将来过时吗?

这是最重要的原因。考虑到控制平台的架构，甚至控制供应商生命周期的历史，可以确保控制应用程序不会在短短几年内面临另一次控制升级。控制平台的架构也是系统灵活性的关键因素，这对于确保设备能够灵活地适应行业趋势和不断变化的消费者需求非常重要。在选择替代控制平台时，公司应寻找:

易于将来更换/升级处理器，以消除重新设计的恶性循环，增加的成本和与处理器和系统过时相关的未来停机时间
控制软件的可伸缩性和可移植性，用于未来的功能扩展，并支持当前和未来的控制器组合，从而在处理器寿命结束时进一步减少工程工作
本地输入/输出(I/O)的连接性，减少了更换本地I/O和在处理器寿命结束时重新布线所有传感器所需的成本和人力
支持现有控制解决方案中可能存在的遗留协议的系统开放性，以及支持与其他设备和传感器进行水平通信所需的许多现代协议，以及支持数字化和工业物联网计划的垂直通信。

总的来说，确定当前控制平台的所有限制。这包括现场总线以及正在考虑升级的任何控制平台和现场总线。任何限制都可能成为当前和未来系统链中的薄弱环节，因此仔细考虑限制对于避免代价高昂的错误至关重要。

在查看控制器的限制时，应考虑性能、可连接到控制器或现场总线的设备数量、现场总线和现场总线支持的拓扑结构以及控制器与水平和垂直通信所需的其他开放协议的连接。还要考虑本地数据采集(DAQ)功能，可用的RAM，甚至分析(如果适合预测性维护目标的话)。

2.你是否增加了控制系统的灵活性?

当评估控制系统灵活性的增益时，需要探索的一个关键领域是分布式控制能力与非分布式或集中式控制能力的对比，这是现场总线评估变得更加关键的地方。我不是指通过多个可编程逻辑控制器(plc)分发控制代码，而是指控制系统中I/ o、驱动器、扫描仪、摄像机、机器人和其他设备的分布。对现场总线的仔细评估应该排除分布式PLC的考虑，这只是加强了现场总线和PLC的限制。

具有中央集成控制器的分布式方法提供了最大程度的系统灵活性和防止过时。然而，如果当前的控制系统是硬连接回主控制柜，则应该评估转换为分布式方法的预算和停机容忍度。

完全集成的系统架构提供了防止过时和保护投资的最佳保护。这种灵活架构的基础应该是plc和工业pc (ipc)的广泛可扩展性，从微控制器到功能强大的多核机器控制器，最多可达40核。寻找那些确保其控制器支持集成所有控制系统功能的标准自动化软件平台的供应商。该平台应该能够在一个强大的集成机器控制器上运行，甚至在下一代控制器上运行，并支持将PLC任务分离到强大的多核机器控制器的单独核中。

单一用途的“黑匣子”控制器不再需要承载控制系统的单独功能，这将在整个系统中形成循环的生命周期。相反，一个强大的机器控制器可以同步执行所有功能:PLC、运动控制、人机界面(HMI)、机器人、视觉、安全、语音、测量、分析、机器学习(ML)、状态监测，甚至是线性运输和悬浮平面运动技术等机电解决方案。这种一体化的理念增强了控制系统，并消除了传统控制平台所需的残酷的重新设计。

TwinCAT软件支持所有开放的通信协议，可以建立到企业级或云的安全数据传输。拜福自动化公司提供

3.你是在尝试提高控制系统技术吗?

公司投资新控制技术的原因有很多。这些包括但不限于:

消除性能限制
增加集成安全功能
结合工业4.0概念和预测性维护
改进诊断以获得最大的正常运行时间
附加机器人和视觉系统的系统
改进机器的操作界面，如扩展HMI图形和动画，平板电脑和手机界面，云和网络连接等。

实现这些目标需要灵活的控制器硬件，但也需要更开放的软件和网络解决方案。为了实现这种连接，自动化软件平台应该支持所有开放的传统和现代现场总线协议，以及所有开放的垂直协议，以便轻松连接到企业系统、仓库执行和仓库控制系统，甚至云系统。OPC UA, MQTT, AMQP, HTTPS/REST，实时TCP和Modbus TCP是软件应该支持的一些可选协议。工业网络也是如此:控制平台应该支持所有开放的现场总线，工业以太网系统，如EtherCAT以太网技术集团，以太网/ IP从ODVA和普罗菲内来自PI北美还有设备级网络。这可确保轻松集成到现有系统升级或现代设施中的新系统。

就技术增强的灵活性和稳定性而言，集成系统方法的好处甚至更多。

集成工业通信、安全、I/O

EtherCAT作为现场总线通信的基础，还可以将所有传统和现代现场总线协议集成到EtherCAT网络中。这样可以提高现场总线的性能。

EtherCAT还提高了系统的灵活性，日益重要的机器安全。基于EtherCAT的故障安全(FSoE)是一项符合IEC 61784-3的国际标准，可将e-stops、限位开关、安全垫和其他安全设备连接到EtherCAT安全I/ o中，并通过同一根以太网电缆进行通信，该电缆连接所有其他标准机器传感器和驱动器信号。

集成控制体系结构可以使用EtherCAT作为所有本地和远程I/O机架的通信，而不是整个行业使用的专有背板协议。使用开放的EtherCAT通信作为背板协议降低了成本，提高了性能，极大地提高了诊断能力，并扩展了拓扑的可能性。此外，一些供应商为远程I/O机架和本地PLC机架提供相同的I/O硬件。当本地PLC I/O随着PLC处理器寿命的结束而过时时，这消除了与其他控制平台常见的拆包、更换和重新布线。在其他平台中，这意味着在控件升级过程中需要进行大量的重新布线。最后一点，用户应该检查供应商是否使所有固件向后兼容，因此更换I/O终端不需要在控制器中升级固件，即使I/O终端支持比正在更换的固件更新的固件。

EtherCAT为棕地应用中的混合网络通信提供了最佳的工业以太网现场总线。拜福自动化公司提供

4.你是否试图满足控制系统预算和拥有成本的要求?

对集成控制系统架构和EtherCAT的直接方法有助于确保系统支持当前和未来的机器需求，并具有系统开放性和防止过时性。它还减少了许多cpu和交换机，有助于节省升级预算。软件工程工具、电话支持和在线培训的费用可能是许多控制平台相关的拥有成本的重要因素。然而，事情并不一定要这样;一些供应商免费提供这些服务。

驱动器技术的选择也有助于现有系统的升级。一些供应商的EtherCAT驱动器支持现有第三方电机的控制，因此在控件升级中不需要更换电机，大大降低了成本和升级时间。这些驱动器也可以有效地用于控制不同类型的电机，包括伺服或感应电机。通过将FSoE安全运动功能集成到EtherCAT驱动技术中，可以进一步提高机器安全性，同时降低接触器、布线和额外的安全I/ o的显著成本。直观的驱动技术进一步简化了升级，降低了成本和所需的停机时间，并有助于使机器的安全功能现代化。

因此，无论公司是在计划控制升级还是考虑下一代控制平台，具有EtherCAT的集成控制架构都具有显著的优势，并可防止过时。

通过灵活的架构和对所有传统和现代协议的支持，可以逐步迁移现场安装的系统和您的新设备。这降低了风险，并通过控制系统的进化来促进团队的学习，从而实现完全集成平台的全部好处。

Doug Schuchart物料处理及内部物流经理，Beckhoff自动化由克里斯·瓦夫拉编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com。