自動化是提高工廠產(chǎn)量和降低制造業(yè)成本的關(guān)鍵因素之一。繼電器、PLC和工業(yè) PC (IPC) 等技術(shù)進步正在推動改變機器和人工交互方式的工業(yè)自動化。本文將討論廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、PLC和工業(yè)PC的二控系統(tǒng)硬件。我們還將根據(jù)您的應(yīng)用需求討論哪種類型的雙控系統(tǒng)可能是最合適的。

什么是PLC？

可編程邏輯控制器(PLC) 廣泛用于制造工廠的自動化流程。早在1970年代，PLC就改變了自動化系統(tǒng)的游戲規(guī)則。PLC旨在取代電器面板和開關(guān)盒。隨著時間的推移，PLC 已經(jīng)升級為更堅固的設(shè)計、可擴展的功能和可編程系統(tǒng)。此外，PLC的編程語言（稱為梯形邏輯）允許PLC高度可定制以實現(xiàn)機器自動化。這種堅固性和多功能性使PLC成為替代舊繼電器和開關(guān)盒的流行選擇。

什么是工業(yè)計算機？

隨著半導(dǎo)體芯片的指數(shù)級進步，個人計算機(PC) 的發(fā)展也在不斷發(fā)展。隨著計算機芯片變得更強大、更小、更便宜，工業(yè)電腦在自動化行業(yè)中越來越受到關(guān)注。工業(yè)電腦可以涵蓋PLC 提供的監(jiān)督控制，但具有更多工作負載，例如 HMI、網(wǎng)關(guān)、AI 應(yīng)用程序等。由于GPU、TPU、VPU、NVMe SSD等性能加速器，工業(yè)電腦能夠執(zhí)行這些工作負載的整合。能夠整合工作負載可減少其在工廠車間內(nèi)的硬件占用空間。普通計算機和工業(yè)計算機有著非常相似的基本組件，例如CPU、RAM、SSD 和GPU。但是，工業(yè)電腦的制造和設(shè)計能夠承受極端環(huán)境條件，從極端溫度到?jīng)_擊和振動暴露。普通的PC在遇到一些惡劣的環(huán)境時會很快出現(xiàn)故障。一些使工業(yè)PC極其堅固的設(shè)計和制造材料是無風扇設(shè)計、一體式機箱和工業(yè)級材料。此外，工業(yè)電腦用途廣泛。它們不僅支持最新技術(shù)，還支持工廠自動化中常見的傳統(tǒng)技術(shù)，如串口、COM、M12 連接器、DIO、GPIO 等，導(dǎo)致工業(yè)PC 的快速增長在制造自動化方面。

工業(yè)計算機和PLC有什么區(qū)別？

1. 運營

PLC帶有一個實時操作系統(tǒng)，可以持續(xù)監(jiān)控來自連接設(shè)備的輸入，然后根據(jù)其程序執(zhí)行決策命令。此外，PLC的操作系統(tǒng)(OS) 專為執(zhí)行與控制相關(guān)的任務(wù)而設(shè)計。因此，PLC通常不需要防病毒程序或注冊表清理程序，這會增加操作期間的處理吞吐量。

工業(yè)PC可以執(zhí)行與PLC相同的任務(wù)，但其操作系統(tǒng)使它們能夠運行PLC無法使用的各種應(yīng)用程序和程序。有了這些功能，IPC不僅僅是控制目的。工業(yè)PC可以整合工作負載，從而減少硬件占用空間。然而，IPC 的操作系統(tǒng)（如Windows 和Linux）容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，但當前的防病毒軟件和防火墻已經(jīng)足夠先進，可以降低這種風險。

2. 編程

工業(yè)PC和PLC之間的下一個區(qū)別是程序的開發(fā)和執(zhí)行方式。PLC通常實現(xiàn)基于掃描的程序執(zhí)行，而工業(yè)PC通常是事件驅(qū)動軟件。例如，PLC 軟件邏輯在IEC 61131-2 標準中指定，如梯形邏輯或其他專有供應(yīng)商語言。相比之下，工業(yè)PC使用諸如 C/C++/.NET 等編程語言在眾所周知的Windows或Linux操作系統(tǒng)上運行。因此，工業(yè)PC由于在開發(fā)人員中很受歡迎，因此更容易編程。與需要特殊培訓(xùn)才能學(xué)習(xí)的梯形邏輯相比，由于C++ 等通用編程語言，它們還可以讓系統(tǒng)與更多機器和設(shè)備進行交互。

3. 安全

安全性是制造自動化的不利因素之一，如果不認真對待，公司可能會損失巨大。工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)該處理兩個安全基礎(chǔ)。首先，阻止來自未經(jīng)授權(quán)的外部訪問的攻擊。其次，根據(jù)用戶的權(quán)利或指定來限制用戶的訪問。過去，眾所周知，PLC可以免受惡意軟件攻擊。然而，一些攻擊者開始開發(fā)針對PLC的惡意軟件，就像Stuxnet 在他們的 Siemens PLC 遭到破壞時發(fā)生的情況一樣。盡管如此，工業(yè)PC也容易受到惡意軟件的攻擊，需要對軟件防病毒或硬件模塊進行全面保護。部分工控機利用主板內(nèi)嵌的TPM（可信平臺模塊）2.0對數(shù)據(jù)進行加密。

4. 品質(zhì)

至于構(gòu)建質(zhì)量，PLC和工業(yè)PC都設(shè)計用于在極端環(huán)境中運行。由于工業(yè)PC不同于普通臺式計算機或工作站，因此工業(yè)PC非常堅固耐用。以下是工業(yè)PC 的一些工業(yè)特性：

無風扇設(shè)計

寬溫度范圍

抗沖擊和抗振動

高IP等級

可擴展模塊

具有傳統(tǒng)技術(shù)支持的豐富I/O

對于構(gòu)建質(zhì)量，PLC和工業(yè)PC非常匹配。然而，工業(yè)PC因其緊湊的尺寸而勝出。PLC通常體積龐大，安裝選項有限。一些PLC在安裝時也會過熱，因為它們的散熱受阻。相比之下，工業(yè)PC相對較小，并且具有各種安裝選項，包括 VESA 安裝、機架安裝和din導(dǎo)軌選項。此外，部分工業(yè) PC 配備電源點火管理，可部署用于車載應(yīng)用。

5. 擴展能力

PLC和工業(yè)PC都需要控制各種設(shè)備以進行控制、監(jiān)視和通信。因此，PLC和工業(yè)PC都配備了多個COM端口和其他I/O功能，包括傳統(tǒng)技術(shù)。一些常見的工業(yè)通信協(xié)議是 CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT 和 EhterNET/IP。盡管兩者都可以支持這些技術(shù)，但大多數(shù) PLC 已經(jīng)內(nèi)置了這些技術(shù)。另一方面，工業(yè)PC內(nèi)置有擴展槽以增加其多功能性。因此，工業(yè)PC 對它們可以處理的I/O 數(shù)量有更高的門檻。此外，工業(yè)PC還具有各種COM端口、LAN、USB和HDMI端口。這些功能使工業(yè)PC能夠整合來自不同硬件的工作負載，而不僅僅是PLC。例如，工業(yè)PC可以自行運行HMI 應(yīng)用程序，而PLC需要單獨的HMI應(yīng)用程序才能在顯示面板上顯示任何內(nèi)容。使工業(yè)PC更加特別的是它們能夠支持從無線網(wǎng)卡、5G 模塊、SSD 存儲到 GPU 加速器的無數(shù)擴展。

6. 處理能力和存儲

由于PLC的微處理器專為專用功能而設(shè)計，因此PLC是用于自動化控制的強大控制器。PLC 可以管理高速I/O，并且可以毫無問題地處理較小的自動化應(yīng)用程序。然而，自動化項目變得越來越先進，計算量越來越大。這就是工業(yè)PC 的用武之地。工業(yè)PC使用更多的存儲空間和完整的處理器，例如可以運行計算和存儲繁重的應(yīng)用程序的工作站計算機。此外，借助 GPU、TPU、CPU 和VPU 等性能加速器，工業(yè)計算機可以像在與機器視覺應(yīng)用程序協(xié)作的智能裝配線上一樣執(zhí)行智能計算。

7. 成本

簡而言之，PLC和工業(yè)PC的成本比較是PLC對于較小的應(yīng)用成本較低，而工業(yè)PC的初始成本較高。然而，隨著應(yīng)用程序變得越來越復(fù)雜和計算量越來越大，PLC的累積成本可能會超過工業(yè)PC。雖然PLC的初始成本較便宜，但當需要額外的計算能力或外圍設(shè)備時，價格會呈指數(shù)增長。相比之下，工業(yè)PC 的初始成本更高，但在需要升級計算能力和可擴展性時成本要低得多。

如何選擇工業(yè)PC與PLC

當您為工業(yè)自動化系統(tǒng)選擇可編程控制器時，PLC和工業(yè)PC都有自己的位置。PLC更適合運行具有嚴格功能的小型自動化系統(tǒng)。此外，PLC堅固耐用、經(jīng)濟高效且高度安全，適用于工業(yè)部署。另一方面，工業(yè)PC非常適合對計算和存儲有高需求的解決方案。對于需要控制器多功能性的復(fù)雜任務(wù)，工業(yè)PC的總擁有成本(TCO) 較低。PLC是安全的，因為它們沒有無線連接，而工業(yè)PC也因為當今的網(wǎng)絡(luò)安全軟件而同樣安全，而工業(yè)標準的硬件非常可靠。一些應(yīng)用程序可以在其操作中同時使用PLC 和工業(yè)PC 來相互平衡成本和收益。歸根結(jié)底，這取決于您的制造過程中實施了哪些功能。