自可編程邏輯控制器（PLC）問世以來，各種自動(dòng)化控制器已遷移到工業(yè)應(yīng)用中，包括可編程自動(dòng)化控制器（PAC）和當(dāng)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(chǎng)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(lǐng)先的控制器供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈。

對(duì)于市場(chǎng)來說，多樣性通常是有益的，但它也可能會(huì)使工程師和最終用戶感到沮喪。選擇某個(gè)控制平臺(tái)是一項(xiàng)長(zhǎng)期投資，隨之會(huì)帶來相關(guān)開銷，例如培訓(xùn)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(duì)該問題表示支持之前，不如先看看這個(gè)行業(yè)是如何發(fā)展的。不同控制解決方案發(fā)展趨勢(shì)，背后的推動(dòng)力是什么？目前這些趨勢(shì)如何發(fā)揮作用？未來，用戶如何對(duì)自動(dòng)化進(jìn)行投資，才能確保獲得成功？

圖1：得益于數(shù)十年的技術(shù)集成，當(dāng)今的邊緣控制器，可以提供多種I/O功能、多個(gè)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(jìn)模式

研究過去幾十年自動(dòng)化控制領(lǐng)域的進(jìn)步，能夠清晰的看到一些特定技術(shù)的迭代是如何推動(dòng)新的I/O和控制功能發(fā)展的。

例如，在開發(fā)第一個(gè)I/O系統(tǒng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)控制和傳感設(shè)備還依賴于電磁和氣動(dòng)組件，這些組件受到物理性能的限制，它們的使用壽命會(huì)受到影響。固態(tài)繼電器等緊湊的低壓組件，推動(dòng)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(dǎo)致了第一個(gè)模塊化I/O的出現(xiàn)，與此同時(shí)，電子公司將高科技計(jì)算帶入主流。這些系統(tǒng)中的敏感電子設(shè)備，需要通過外部I/O才能與現(xiàn)實(shí)世界交互。這就是第一個(gè)可串行尋址的I/O機(jī)架，該機(jī)架是PLC中基于機(jī)架的I/O的替代方案。

從專用的、獨(dú)立的I/O設(shè)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(fù)用理念。下一代控制平臺(tái)結(jié)合了嵌入式I/O處理電路。模塊從1個(gè)I/O通道擴(kuò)展到32個(gè)通道，到現(xiàn)在將I/O內(nèi)置到PLC和其它單體設(shè)備中。在某些情況下，經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕M態(tài)，每個(gè)I/O通道都可以接受各種不同的信號(hào)類型。

這種模式展示了創(chuàng)新是如何在整個(gè)行業(yè)中傳播的：隨著時(shí)間的推移，單個(gè)創(chuàng)新變得模塊化，與其他技術(shù)合作，然后嵌入到這些技術(shù)中，成為新的創(chuàng)新周期的一部分。

對(duì)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(xué)和編程處理器功能已直接集成到控制板以及其它設(shè)備（例如I/O、變送器和網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)）中，因此在“每平方英寸”上實(shí)現(xiàn)了更大的計(jì)算能力。隨著時(shí)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(biāo)準(zhǔn)向控制器遷移的過程中。

圖2：早期的PAC依靠PC技術(shù)提供更廣泛的功能集，包括離散、模擬和串行通信以及高級(jí)編程語言.

不同技術(shù)的相互融合

相互融合的趨勢(shì)與集成周期交織在一起，工業(yè)控制市場(chǎng)之外的技術(shù)創(chuàng)新，也逐漸進(jìn)入了控制器。從總線I/O的歷史上看，可以看到這種趨勢(shì)是如何導(dǎo)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(jì)算機(jī)可以與I/O進(jìn)行交互。這也激發(fā)了開發(fā)獨(dú)立I/O通信處理器的想法，該處理器將I/O與計(jì)算機(jī)分離，允許具有通信端口的任何計(jì)算機(jī)與之交互。

隨著I/O模塊和處理器的改進(jìn)，早期的混合控制器也能提供模擬信號(hào)處理功能，當(dāng)時(shí)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(jù)格式，因此導(dǎo)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(chǎn)品開始涌入市場(chǎng)。由于PC是混合系統(tǒng)的主要控制功能，因此引發(fā)了對(duì)可靠性的擔(dān)憂。供應(yīng)商開發(fā)經(jīng)過工業(yè)強(qiáng)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(wǎng)絡(luò)和編程組件整合為一個(gè)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，填補(bǔ)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(chǎng)。

高科技企業(yè)和個(gè)人電腦市場(chǎng)的創(chuàng)新，為工業(yè)控制的發(fā)展帶來了機(jī)遇。伴隨著運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）與信息技術(shù)（IT）領(lǐng)域的融合越來越多，這種趨勢(shì)開始加速。例如，近年來出現(xiàn)的移動(dòng)解決方案浪潮。它也體現(xiàn)在對(duì)大數(shù)據(jù)、云分析和機(jī)器學(xué)習(xí)支持的推動(dòng)中，這是誕生在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域之外的技術(shù)。

圖3：現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)繼續(xù)朝著連接性更高的方向發(fā)展，例如直接連到云端的I/O。

面向未來的控制器

隨著越來越深入的技術(shù)集成、行業(yè)之間更大的融合，以及設(shè)備與系統(tǒng)之間更大連接性趨勢(shì)的持續(xù)發(fā)展，未來的控制器會(huì)帶給我們什么？

工程師應(yīng)該如何選擇，以確保他們能夠順應(yīng)技術(shù)潮流并幫助企業(yè)獲得最大收益？下面的3個(gè)建議有助于制造企業(yè)選擇合適的控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

1.專注于設(shè)計(jì)而非功能

了解到隨著時(shí)間的推移，技術(shù)將不斷改進(jìn)，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(qiáng)調(diào)的是控制系統(tǒng)的架構(gòu)，而不是時(shí)下一些奪人眼球的功能。

2.尋找外部創(chuàng)新

如果工程師設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，能夠隨著時(shí)間的推移而發(fā)展，可以跟上數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐，進(jìn)而減少維護(hù)和返工，那就能夠打動(dòng)最終用戶，他們會(huì)記得，決定未來的技術(shù)通常來自于行業(yè)之外。

3.保持開放的心態(tài)

專有技術(shù)市場(chǎng)份額的爭(zhēng)奪戰(zhàn)阻礙了創(chuàng)新，而支持開放標(biāo)準(zhǔn)則為每個(gè)人提供了無限可能。連接性是工業(yè)4.0的目標(biāo)指標(biāo)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(jī)會(huì)的技術(shù)。（作者：Josh Eastburn）