尽管2009年的经济低迷以及随之而来的衰退已经离我们远去，但是在那个时期所发生的一系列变化，却继续在工业领域内发挥着影响。当然CONTROL ENGINEERING China版权所有，其中最重要的就是对全体工作人员的影响。不管是工厂运行人员、维护人员、设备设计和系统集成人员，还是OEM和控制面板厂商，都学会了提高效率，少花钱多办事，用更小的产品获得更强的功能。被证明有效的方法之一就是重新审查控制柜的设计，从机柜自身来寻求降低费用的方法。

在控制机柜内，新设备可以实现更紧凑的布置。 图片来源：菲尼克斯电气

        这些想法中的关键就是减少实际机柜的尺寸。简而言之，小机柜意味着低费用。但是www.cechina.cn，要减小面板的尺寸，工程师就必须首先想出办法减小安装在面板上部件的尺寸。现在的工程师还是比较幸运的，因为市场上能够买到的高密度产品，要比以往任何时候都要多。因此相比十年前，实现降低机柜尺寸这一任务，也要容易得多。
        为了便于解释，让我们先看看电源、继电器和端子模块，这是几乎所有的控制面板上都有的基本部件。尽管这都是些非常基础的技术，但众多厂家却利用其取得了巨大的进步，使得利用这些部件组装更小的产品、实现更强的功能已经成为可能。借用前人的话说CONTROL ENGINEERING China版权所有，就是“多快好省”，“省”指的是尺寸。
        让我们从控制机柜的心脏开始：面板电源。在过去10年，电源技术获得了跨越式的发展。目前， 众多厂家生产了具有各种特性的电源，包括电流升压、远程报警功能以及回路断路器跳闸技术等。最令人叹为观止的是这些特性都包含在电源模块内，而其体积却一直在减小。例如，10年前，诸如菲尼克斯电气、Sola和Puls等领先的电源制造商生产的10A DIN导轨安装式电源模块大约有160mm宽，而现在，同样是这些制造商生产的、具有更多特性的10A规格的电源，却仅仅占用大约90mm的DIN导轨空间，节省了将近50%的空间。
        继电器也同样变得越来越小。从20世纪90年代后期开始，市场上出现了端子式继电器。而它们的上一代产品，“冰块”式继电器则要宽得多，它的安装空间需要很大。端子式继电器的最大优点就是体积小。它们占用的空间只是“冰块”式继电器的一小部分，大概只有6mm宽度。当然CONTROL ENGINEERING China版权所有，在大多数情况下，它们的电流上限为6A，因此在大多数使用条件下，不能直接对其进行更换。在控制机柜中，每个”冰块“式继电器大概占用25mm的空间，可以很容易的计算出，如果使用只有其四分之一大小的端子式继电器，可以释放出来多大的空间。
        接线端子是每个控制面板的基础，即使对那些最基本的、具有更强功能的小产品也是如此。在制造接线端子的过程中，众多的厂商实施了一系列小的技术变革，经过多年累积，产品性能获得了巨大的提升。例如，高品质金属可以制造更小的端子模块，传导更多的电流，因此端子模块的整体尺寸就降低了。给出每个控制柜接线端子的平均数量以及每个接线端子节省多少空间，就可用乘法快速的计算出节省的空间。
        此外，魏德米勒、万可、菲尼克斯电气等领导品牌生产的接线端子能够连接多条电缆。比如，菲尼克斯电气的一款产品能够在端子的两侧连接两条电缆，这样就可以传输两路单独的信号。这样，用户就可以缩减大概一半的接线端子使用量。这直接的后果就是大幅降低部件的使用量，进而降低机柜内空间的需求。
        现在，工程师在寻求降低机柜整体占地面积的时候，具有比以往任何时候更大的选择空间。他们只需要考虑每个控制柜内使用的核心部件：电源、继电器和接线端子。在大多数情况下，升级至最新技术，就可以比10年前减少50%的部件空间。
        虚拟化：控制PC的数量
        虚拟化技术可以在一个PC或服务器上同时运行两个或更多的操作系统。在工业领域内，该技术正在被快速接受。尽管虚拟化是抽象的另外一种说法，但是在实践中，它却可以使工程师以某种方式来节省费用、降低空间、增强系统，这在以前是不可能实现的。

        在同一个物理机器上，运用虚拟技术，可以使多个虚拟机器都运行着自己的操作系统和应用程序，同时完成其功能。虚拟技术在实现上述功能的同时，保证任何一个给定的虚拟机器都可以获得实现其功能所需的资源，并确保不会造成彼此之间的相互影响。这种整合可以降低对多个机器的需求，最大程度的利用硬件资源。
        通过提高硬件的利用率，工厂能够降低计算机的数量，减少控制系统占用的空间。
        由于和工业控制系统有关，在讨论虚拟技术的时候，理解占用空间（footprint）这个词的真正含义非常重要。除了服务器、工作站和辅助部件所占用的物理空间以外，还应考虑其它诸如功耗、散热需求、装置重量、运行噪声等因素，这些都会增加系统的占用空间。对于新建工厂项目，必须在寻求最优的方案来降低控制系统占用空间的同时，不会反过来影响项目的结果。对于现有设施，降低系统的占用空间不但使运行人员的工作环境得到了改善，同时也降低运营成本。
        虚拟技术如何发挥作用?
        虚拟技术方案减少了工厂服务器机房内硬件设备的物理空间。设施费用的降低来自于直接成本（硬件方面的成本）和间接成本（辅助服务设施的成本）的降低。在刀片服务器上运行这些虚拟方案，可以实现最终的资源利用和整合，而这一切都是基于刀片技术的高度硬件集成所带来的虚拟化技术。
        对一个典型规模的DCS系统，使用传统的配置方法，服务器和工作站设备的空间大概为50U（机架单位）。使用了虚拟化的刀片技术，只需要大约7U的空间就可以实现同样的功能。空间的减少，势必会带来重量、功耗和散热的相应减少。系统的占用空间不仅仅是体积的减少，还包括其占用空间的预测性。
        功耗的降低，随之而来的是设备对不间断电源（UPS）容量需求的降低。假定设备需要散热，散热需求的降低也会导致功耗的降低。UPS电源和冷却设备的重量也随之变轻。
        对石油、天然气等工业领域来讲，服务器占用空间的节省尤为重要，因为海上设施有其固有的空间限制以及其它物理和操作方面的要求。
        在控制室，虚拟化和瘦客户端可视化技术这两个强大的技术，互为补充CONTROL ENGINEERING China版权所有，同时使用效果更佳。在工业领域，当瘦客户端与虚拟系统连接提供可视化和操作员接口的时候，这两种技术相互交叉。
        瘦客户端是一种无状态、无风扇的设备，没有硬盘，仅有简化的硬件和软件。与常规的配置相比，在使用瘦客户机的时候，应用程序、敏感数据、内存等都存储在后台的数据中心。
        对于在工厂控制室内常见的许多应用，使用带有瘦客户端操作员接口的虚拟服务器是最优选择。以服务器机房为例，用户可以优化设备空间，减少散热和噪音。由于瘦客户机的紧凑布局，减少使用了旋转部件（硬盘和风扇）等，使得功耗降低，从而帮助企业实现上述优化。有时候甚至不需要将瘦客户机布置在同一工厂内或地理区域内，因为服务器以及和服务器的连接都可以通过网络连接来实现，所有的核心软件和操作都在主机中实现。
        更智能、更强大的设备整合功能
        目前，很多控制技术的创新都可以降低控制机柜和机器设备对空间的需求。控制设备和其它工业电子的小型化是这种创新的最主要推动力。例如，随着功能强大的多核处理器不断涌现，嵌入式PC的能力越来越强。利用这种先进处理器的能力，可以将目前已经用于机器控制PLC的一种小型嵌入式PC，扩展为运动控制器、人机界面控制器和通讯网关甚至更多功能。这有助于机器生产制造商减少它们必须安装在机器上的硬件种类和数量。
        对这些功能强大的嵌入式PC来讲，如果配备适当的软件，处理复杂的多轴联动运动控制，就是小菜一碟。同样，将多个功能控制工程网版权所有，包括PLC功能、人机界面、标准PC功能甚至更多的功能集成到一个“盒子”内，这些设备就可以实现多任务处理。其结果就是，消除了在过去的应用中对不同硬件设备的需求，减少了机器的空间。
        现代的I/O技术在具有处理数字量和模拟量数据采集功能的同时，还具有一系列其它特殊的功能：各种测量、监视、安全甚至小型驱动技术。市面上已经出现了用于伺服马达控制，最大可达4A、宽12mm的DIN导轨安装式的放大器。如果应用于多轴运动控制，则空间的节省就会倍增。例如，在上述额定功率下，5轴联动的运动控制，在电气机柜内总共只需要60mm宽度的空间。类似的I/O解决方案也适用于步进电机和直流电机。从接线端子处直接获取测量信号，能够减少监控电气数据所需的传感器数量。这些设备可用最大500V、5A的交流供电网络操控，为工厂工程师提供功率测量统计和诊断信息。
        现在，一些安全级的硬件也加入到节省空间的行列，比如紧急停车、安全光幕、防护门、双手控制、安全开关垫以及安全驱动功能等等。这些技术不需要一个与其自身的网络、软件和基础设施隔离的安全功能控制器，就可以很容易地将安全I/O端子安装在标准I/O端子的旁边，并将其连接到比标准层次更高的控制器上。