運動控制:工業(yè)控制器：過去、現(xiàn)在和未來
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(yè)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(yè)控制器（EPIC）。在成本、占地面積、輸入/輸出（I/O）密度、現(xiàn)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，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(yè)是如何發(fā)展的。不同控制解決方案發(fā)展趨勢，背后的推動力是什么？目前這些趨勢如何發(fā)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？

邊緣控制器，可以提供多種I/O功能、多個通信接口以及嵌入式HMI和編程功能。圖片來源：Opto22

工業(yè)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(fā)展的。

例如，在開發(fā)個I/O系統(tǒng)時，現(xiàn)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(tài)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(tǒng)中。這導致了個模塊化I/O的出現(xiàn)，與此同時，電子公司將高科技計算帶入主流。這些系統(tǒng)中的敏感電子設備，需要通過外部I/O才能與現(xiàn)實世界交互。這就是個可串行尋址的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(xiàn)了工業(yè)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(xiàn)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?shù)慕M態(tài)，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(chuàng)新是如何在整個行業(yè)中傳播的：隨著時間的推移，單個創(chuàng)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(chuàng)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(shù)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(xiàn)了更大的計算能力。隨著時間的推移，相同的模式，也體現(xiàn)在新嵌入式通信接口和協(xié)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(yè)控制市場之外的技術創(chuàng)新，也逐漸進入了控制器。從總線I/O的歷看，可以看到這種趨勢是如何導致了新控制器功能的開發(fā)。

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(fā)了開發(fā)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(tǒng)（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(shù)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IBMPC替代產品開始涌入市場。由于PC是混合系統(tǒng)的主要控制功能，因此引發(fā)了對可靠性的擔憂。供應商開發(fā)經過工業(yè)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(tǒng)，這就是后來的PAC系統(tǒng)。PAC使用與PC相同的處理器，并且可以提供一種功能集，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(yè)和個人電腦市場的創(chuàng)新，為工業(yè)控制的發(fā)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(xiàn)的移動解決方案浪潮。它也體現(xiàn)在對大數(shù)據、云分析和機器學習支持的推動中，這是誕生在工業(yè)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(yè)之間更大的融合，以及設備與系統(tǒng)之間更大連接性趨勢的持續(xù)發(fā)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(yè)獲得收益？下面的3個建議有助于制造企業(yè)選擇合適的控制技術來實現(xiàn)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(yōu)先考慮在控制系統(tǒng)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(tǒng)的架構，而不是時下一些奪人眼球的功能。

2.尋找外部創(chuàng)新

如果工程師設計的系統(tǒng)，能夠隨著時間的推移而發(fā)展，可以跟上數(shù)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(yè)之外。

3.保持開放的心態(tài)

專有技術*的爭奪戰(zhàn)阻礙了創(chuàng)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(yè)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(tǒng)的協(xié)同工作創(chuàng)造機會的技術。