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    工業控制器:過去、現在和未來

    發布時間: 2021-07-29
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      自可編程邏輯控制器(PLC)問世以來,各種自動化控制器已遷移到工業應用中,包括可編程自動化控制器(PAC)和當今的邊緣可編程工業控制器(EPIC)。在成本、占地面積、輸入/ 輸出(I/O)密度、現場總線兼容性、通信、編程功能和處理速度等方面,用戶有更多選擇,領先的控制器供應商之間的競爭也愈演愈烈。


      對于市場來說,多樣性通常是有益的,但它也可能會使工程師和最終用戶感到沮喪。選擇某個控制平臺是一項長期投資,隨之會帶來相關開銷,例如培訓和支持合同。決策者希望他們投入的資金能物有所值。


      但在對該問題表示支持之前,不如先看看這個行業是如何發展的。不同控制解決方案發展趨勢,背后的推a動力是什么?目前這些趨勢如何發揮作用?未來,用戶如何對自動化進行投資,才能確保獲得成功?


      工業控制器的演進模式


      研究過去幾十年自動化控制領域的進步,能夠清晰的看到一些特定技術的迭代是如何推動新的I/O 和控制功能發展的。


      例如,在開發第一個I/O 系統時,現場控制和傳感設備還依賴于電磁和氣動組件,這些組件受到物理性能的限制,它們的使用壽命會受到影響。固態繼電器等緊湊的低壓組件,推動用戶提出更多選擇需求,以將I/O 直接集成到他們的系統中。這導致了第一個模塊化I/O的出現,與此同時,電子公司將高科技計算帶入主流。這些系統中的敏感電子設備,需要通過外部I/O 才能與現實世界交互。這就是第一個可串行尋址的I/O 機架,該機架是PLC 中基于機架的I/O 的替代方案。


      從專用的、獨立的I/O 設備到模塊化I/O,再到總線I/O,都體現了工業控制中的復用理念。下一代控制平臺結合了嵌入式I/O 處理電路。模塊從1 個I/O 通道擴展到32 個通道,到現在將I/O 內置到PLC 和其它單體設備中。在某些情況下,經過適當的組態,每個I/O 通道都可以接受各種不同的信號類型。


      這種模式展示了創新是如何在整個行業中傳播的:隨著時間的推移,單個創新變得模塊化,與其他技術合作,然后嵌入到這些技術中,成為新的創新周期的一部分。


      對于PLC 和PAC,這種模式提供了體積更小的控制器和I/O 模塊。由于數學和編程處理器功能已直接集成到控制板以及其它設備(例如I/O、變送器和網絡網關)中,因此在“每平方英寸”上實現了更大的計算能力。隨著時間的推移,相同的模式,也體現在新嵌入式通信接口和協議標準向控制器遷移的過程中。


      不同技術的相互融合


      相互融合的趨勢與集成周期交織在一起,工業控制市場之外的技術創新,也逐漸進入了控制器。從總線I/O 的歷史上看,可以看到這種趨勢是如何導致了新控制器功能的開發。


      從串行總線I/O,延伸出并行I/O 總線和其它解決方案,這些解決方案使迷你和微型計算機可以與I/O 進行交互。這也激發了開發獨立I/O 通信處理器的想法,該處理器將I/O 與計算機分離,允許具有通信端口的任何計算機與之交互。


      隨著I/O 模塊和處理器的改進,早期的混合控制器也能提供模擬信號處理功能,當時只有在分布式控制系統(DCS)中才有這種功能。由于梯形邏輯程序(一種PLC 編程語言)的最初目的不是處理模擬數據格式,因此導致了用于混合控制器的新編程語言的誕生。


      然后,低成本的IBM PC 替代產品開始涌入市場。由于PC 是混合系統的主要控制功能,因此引發了對可靠性的擔憂。供應商開發經過工業強化的替代方案意義重大,該替代方案將早期混合解決方案的I/O、網絡和編程組件整合為一個系統,這就是后來的PAC 系統。PAC 使用與PC 相同的處理器,并且可以提供一種功能集,填補了低成本、基于PLC 的離散控制和高成本、基于DCS 的過程控制之間的利基市場。


      高科技企業和個人電腦市場的創新,為工業控制的發展帶來了機遇。伴隨著運營技術(OT)與信息技術(IT)領域的融合越來越多,這種趨勢開始加速。例如,近年來出現的移動解決方案浪潮。它也體現在對大數據、云分析和機器學習支持的推動中,這是誕生在工業自動化領域之外的技術。


      面向未來的控制器


      隨著越來越深入的技術集成、行業之間更大的融合,以及設備與系統之間更大連接性趨勢的持續發展,未來的控制器會帶給我們什么?


      工程師應該如何選擇,以確保他們能夠順應技術潮流并幫助企業獲得最大收益?下面的3 個建議有助于制造企業選擇合適的控制技術來實現目標。


      1專注于設計而非功能


      了解到隨著時間的推移,技術將不斷改進,變得更加緊密地集成和嵌入,因此有必要優先考慮在控制系統方面的投資,這些方面不能輕易或迅速地改變。工程師們需要強調的是控制系統的架構,而不是時下一些奪人眼球的功能。


      2尋找外部創新


      如果工程師設計的系統,能夠隨著時間的推移而發展,可以跟上數字化轉型的步伐,進而減少維護和返工,那就能夠打動最終用戶,他們會記得,決定未來的技術通常來自于行業之外。


      3保持開放的心態


      專有技術市場份額的爭奪戰阻礙了創新,而支持開放標準則為每個人提供了無限可能。連接性是工業4.0 的目標指標之一,隨著連接性的提高,工程師需要投資于可以為不同系統的協同工作創造機會的技術。


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