作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美編輯

新型可編程邏輯控制器 (PLC) 集先進功能和靈活性于一體，能夠快速開發和部署復雜的關鍵基礎設施和自動化流程。

對于從可再生能源和微電網控制到工業 4.0 工業物聯網 (IIoT) 改造（即使是小型工廠）、石油和天然氣、機器設計以及裝瓶、包裝、紡織和類似應用中的制程設備自動化等各種用途來說，這都是一項重要的發展。

要提供最佳的解決方案，最新的技術必不可少。這些 PLC 采用雙核 64 位處理器，可滿足最具挑戰性的自動化要求。Linux 操作系統是一加分項，且代碼可移植，并可與符合 IEC 61131-3 標準的系統互操作。同時使用基于萬維網的管理系統可簡化配置。

此外，還需要選擇通信接口、支持多種現場總線協議、IIoT 連接、云連接、能源管理軟件和全面的安全工具，以提供解決一系列關鍵開發和集成方案所需的靈活性。

PFC300 簡介

[Wago] 推出了 [PFC300 PLC] ，以幫助加快部署復雜而關鍵的自動化流程。本文首先深入探討了 PFC300 的功能和優勢，最后舉例說明了如何將其應用于智能工廠和微電網安裝。

PFC300 采用模塊化設計，可快速適應復雜而關鍵的工業 4.0 工廠、微電網和樓宇自動化領域不斷變化的需求和未來要求。市面上有各種模擬、數字和專用輸入/輸出 (I/O) 模塊可供選擇，能夠滿足各種特定的自動化需求。此外，還可以通過增減 I/O 模塊來提高或降低系統的復雜性。

這些 PLC 具有耐環境性，因此可安裝在苛刻的環境中。其工作溫度范圍為 -25°C 至 +60°C，相對濕度 (RH, 非冷凝) 最高可達 95% ，污染等級為 2 級，符合 IEC 61131-2 標準。

它們按照 IEC 60068-2-6 要求提供最高 4g 的抗振能力，并根據 IEC 60068-2-27 標準，提供 15g 的抗沖擊能力。電磁兼容性 (EMC) 性能包括符合 EN 61000-6-2 標準的抗擾度和符合 EN 61000-6-3 標準的耐輻射性。同時它們還按照 IEC 60068-2-42 和 60068-2-43 要求，可以承受各種污染物的暴露。

圖 1：PFC300 具有模塊化、可擴展和可承受惡劣環境特性（圖片來源：Wago）

現場總線和邊緣連接

PFC300 支持多種現場總線、EtherNet 協議和遠程控制協議，簡化了為關鍵和復雜的自動化過程構建控制網絡的任務。

集成的現場總線包括 Modbus TCP 主機/從機、Modbus (UDP)、Modbus (RTU)、EtherNet/IP 適配器（從機）、EtherNet/IP 掃描儀、EtherCAT 主機、PROFINET 控制器（有限）、OPC UA 服務器/客戶端和 OPC UA Pub/Sub（可安裝）。

此外，還可以選擇遠程控制協議許可，如用于關鍵基礎設施中 SCADA 系統的 DNP3、用于變電站自動化的 IEC 60870 和 IEC 61850，或廣泛用于樓宇自動化的 BACnet。

前面板的 D-sub 9 針 RS 485 連接器用于 CANopen、Modbus RTU 和其他串行通信協議。服務接口后面的 USB-C 連接器可直接用于編程、配置和固件更新。兩個 RJ-45 千兆位以太網端口和一個集成式交換機支持線路拓撲布線。

除了通信接口和 USB-C 連接器之外，PFC300 的前面板還包括一個安全數據 (SD) 卡接入端口、狀態指示燈和電源連接器（圖 2）。

圖 2：PFC300 的前面板包括通信接口、狀態指示燈、電源連接和其他接入點。（圖片來源：Wago）

到達云端

在設計和部署復雜的關鍵基礎設施和自動化流程時，需要云連接。而 PFC300 則利用消息隊列遙測傳輸 (MQTT) 協議實現安全高效的云連接。

同時這也允許使用各種云服務，如 Microsoft Azure、Amazon Web Services (AWS)、IBM 云、SAP 云和 Wago 云。Wago 云提供了一個簡單直觀的解決方案，用于管理機器數據以及可視化趨勢和圖形，無需大量編程支持。

數據傳輸使用傳輸層安全 (TLS) 加密，云連接數據可使用 Wago 的網絡管理系統 (WBM) 進行配置。WBM 允許用戶通過網絡瀏覽器界面監控、配置和控制 PFC300 和遠程 I/O 模塊，無需安裝本地軟件即可輕松訪問和管理。WBM 允許選擇哪些數據應傳輸到云端，哪些應在本地處理。

為了進一步促進云連接，Wago 的庫可用于基于 IEC 61131-3 的 CODESYS 2.3 和 e! COCKPIT，Wago 的集成開發環境支持所有自動化任務，從硬件配置和編程到模擬、可視化和調試，并針對 PFC300 等 Wago PLC 進行了優化。

標準化加快了開發速度

Wago 為 PFC300 提供了多種軟件開發途徑。它們包括用于系統集成的 C 和 C++ 等高級編程語言，以及支持標準 IEC 61131-3 控制編程語言的 CODESYS V3.5 平臺，包括結構化文本 (ST)、功能塊圖 (FBD)、梯形圖 (LD)、指令列表 (IL)、順序功能圖 (SFC) 和功能圖 (CFC)。

包括新型 PFC300 在內的 PFC 系列控制器中的 Wago 操作系統 (OS) 基于實時 Linux，能夠實現靈活而強大的自動化解決方案。除支持 C 和 C++ 外，還可以用任何支持 Linux 的語言創建程序，并直接在控制器上執行。

支持所有標準 IEC 61131-3 編程語言的 CODESYS 軟件還可創建網絡可視化，讓機器操作員和維護人員能夠通過平板電腦或個人電腦上的網絡瀏覽器訪問機器。

可擴展存儲

PFC300 還包括一個存儲卡插槽，采用雙推機構并帶有一個密封蓋。它可以處理 SD、SDHC 和 SDXC 格式（所有保證屬性僅對 Wago 存儲卡有效）。這些卡是通用的，有多種用途，如：

• 一般數據存儲
• 使用可引導 SD 卡進行固件更新，該卡可在 PFC300 啟動時自動啟動更新
• 存儲大型圖片，供網絡可視化應用使用
• 備份 PLC 的映像以供存儲，或將設備文件和參數從一個控制器傳輸到另一個控制器，以加快部署速度
• 使用 FTP 遠程訪問存儲卡

分層安全工具

部署復雜的關鍵基礎設施和自動化流程需要最高級別的安全性。PFC300 控制器可提供所需的多層安全工具。

它支持虛擬專用網絡 (VPN)，使用傳輸層安全 (TLS) 加密技術保護數據，實現安全通信。集成防火墻可防止未經授權的訪問。

WBM 采用 HTML5 實現，通過 TLS 1.3 加密，PFC300 支持 SNMP v3、SFTP、FTPS、HTTPS 和 SSH 等安全協議，確保數據交換安全。USB-C 端口可確保更新的安全訪問，現場總線協議可確保與連接設備進行安全通信。

工業 4.0 和智能工廠

PFC300 PLC 提供全面的現場總線連接、實時數據功能以及 IIoT 和云集成，實現了制造靈活性、流程優化和預測性維護。這些都是工業 4.0 智能工廠的標志。在復雜和關鍵的工業流程中，可以消除自動化孤島，優化能源消耗。

PFC300 PLC 可與 Wago 能源數據管理 (EDM) 軟件相結合，用于資源優化和能源監控，從工廠車間的單個設備，到在邊緣編譯整個設施的數據，并將其推送到云端進行更深入的分析（圖 3）。

• EDM 提供實時監控和能耗反饋，支持效率最大化和主動維護。
• 廣泛的集成和靈活的通信選擇實現了跨設備和整個工廠網絡的無縫數據集成。
• 可視化工具使得數據更容易獲取，并加快了分析速度。

圖 3：PFC300 具備從現場到云端的工業 4.0 自動化所需的所有功能。（圖片來源：Wago）

EDM 是一款基于網絡的應用程序，用戶無需編程即可監控、分析和報告能耗詳情。它可以自動連接電表和傳感器，收集、編譯和存儲數據，以供未來分析之用。

數據可顯示為時間序列或條形圖等線形圖，并可導出為逗號分隔值 (CSV) 文件，且與各種分析軟件包兼容。EDM 軟件及相關硬件組件（如儀表和傳感器）具有模塊化和可擴展性，可快速適應工業設施中不斷變化的設備和基礎設施。

EDM 軟件能夠讓設備工程師識別出改善能耗和實施節能計劃的最有效機會。系統還可以設置能耗限制，并在超過限制時發出警報。EDM 軟件提供的數據是復雜的工業 4.0 設施和微電網等關鍵基礎設施整體能源管理的重要環節。

微電網和能源管理

微電網和綜合能源管理計劃對于支持可持續發展越來越重要。PFC300 PLC 提供功能強大的工具，非常適合關鍵的綠色能源基礎設施，包括樓宇自動化、微電網變電站、能源數據管理、電動汽車充電負載管理以及其他綠色能源應用（圖 4）。

• 這些 PLC 可以控制建筑物內的供暖、通風和空調 (HVAC) 系統，并監控本地能源的產生、儲存和使用。
• 它們可以記錄和分析能源消耗模式，以優化整個微電網的可用能源資源，從連接微電網與公用電網的變電站到電動汽車充電器或建筑物等特定負載位置。

圖 4：PFC300 支持的微電網可提高可持續性和能源安全。（圖片來源：Wago）

動態負載管理可通過 Wago 的應用負載管理 (ALM) 軟件實現，從而實現電動汽車充電、光伏等可再生能源、儲能系統和電網電力管理的一體化。例如，ALM 可用于調節電網連接點（如用戶變電站）的總充電功率，緩解負荷峰谷，防止電網過載。

該軟件可根據車輛數量、充電優先級、時間、可用電網容量和其他因素動態分配電動汽車充電負荷。它可以進行配置，在公用事業費率高峰期優先使用本地發電和儲能資源，減少高需求的充電。

PFC300 可記錄和分析能耗數據，其基于網絡的管理系統和對 IIoT 通信協議的支持可實現數據可視化，并對本地和遠程能耗進行監控。

結語

可承受惡劣環境的 PFC300 具備所有功能，可快速開發和部署復雜的關鍵基礎設施和自動化流程。其模塊化和可擴展的設計提供了適應各種應用場景的靈活性。全面、安全的通信選項支持從地面到云端的連接。