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在以前，提供可靠的实时控制功能是负责自动化机械、设备和过程的人员的主要工作目标。如果设计人员和工程师可以选择数字控制平台，将其与现场设备集成CONTROL ENGINEERING China版权所有，通过编程使其能够按照预期的方式运行，其系统能够可靠运行长达数十年，那么这项工作就完成的很好。
现在的情况要好很多，但涉及的范围更广，因为有更多新的控制技术可供选择。由于用户希望优化运行性能、提高可视性以及与监控系统之间的出色连接性，因此需要更多的参与。由于最终用户需要更多的高级功能，因此基本功能已不能满足需求。作为响应，设计人员和原始设备制造商（OEM）必须评估市场上可选的控制器，以便为每个自动化应用提供合适的功能组合。
这项工作首先要做出的基本决定是：从物理和电气方面考虑，在需要控制器运行的地方，该控制器是否能够正常工作。除了基本要求之外，还有更高级的标准：是否具有编程选项、网络连接、安全性、通信协议、灵活性和可扩展性等。基于这些因素，本文比较了几种流行的控制器类型，以帮助设计人员可以更多了解对他们的应用至关重要的因素。
4种类型的控制器
在实现机器和过程自动化方面，制造业正受益于数字控制平台的不断进步。该技术通常被称为运营技术（OT）。任何OT控制平台，都包含控制器和相关产品，例如输入/输出 （I/O）模块、操作员接口终端、人机界面（HMI）、仪表和其它设备（图1）。
对于自动化系统来说控制器相当于大脑，它决定了详细的设计路径，因此必须尽早选择控制器组件。尽管产品在功能上有所重叠，但以下是OT项目中最受欢迎的4种控制器类型：
●可编程逻辑控制器（PLC）：提供基本但功能强大的控制选项，尤其适用于离散控制应用。
●可编程自动化控制器（PAC）：与PLC类似，但在通讯、数据处理和过程控制应用方面，通常更先进。
●工业计算机（IPC）：坚固耐用、功能强大的计算机，用户需要投入大量工作来集成硬件、软件和远程输入/输出（I/O）以实现控制功能。
●边缘可编程工业控制器（简称边缘控制器）：内置PLC/PAC功能，但结合了高级编程和安全选项、本地可视化和广泛的通信功能，就像PC一样。
在为应用选择控制器时，通常会有多个可行的答案。为了选择最合适的控制器，需要评估多个特性，并考虑不同应用环境下的具体应用情况。
图2：工业自动化控制器必须在现场运行直接控制设备，与其它智能设备进行交互并与监控系统进行良好通信。
在任何自动化项目中CONTROL ENGINEERING China版权所有，控制器都扮演着核心角色（见图2）。它们可能需要担负如下功能的实现：
●监视和控制I/O点；
●与其它控制器进行交互；
●与智能现场设备连接；
●与操作员接口终端和HMI可视化系统接口；
●与监控和企业级系统进行通信。
每个应用都是唯一的，因此审查潜在的重要标准清单，了解相关事项，对于确定哪种控制器类型最适合该应用大有裨益。表1列出了控制器选择标准的清单，可按主题（例如，形状因数、可编程性、安全性等）进行核查。这些建议的权重是基于大多数情境下的评估，具体性能可能会因特定的应用而异。
表1：控制器的选型标准
PLC和PAC，经典之选
PLC和PAC都是针对OT角色而构建和优化的，代表了经典的控制器选择。当然，PLC和功能更全的PAC，已成为大多数机器和很多过程的主要控制产品。它们快速、可靠且价格合理，完全适合恶劣的工业环境。还有其它一些补充产品（如操作员接口终端和HMI），也可以向这些平台提供可视化以及其它功能。
但是，许多PLC和PAC受累于专有连接、专用软件和许可成本。从现场设备和I/O网络的角度来看，由于使用以太网和标准化工业协议，这种情况已大大改善。同样，随着PLC/PAC采用IEC 61131-3编程语言和跨平台编程环境（如CODESYS），软件也变得更开放。
不过，PLC/PAC平台中一些老旧的因素可能会具有某种惯性作用，会延缓最新技术的应用。通常，在对高级网络和安全功能的支持普遍较弱的情况下，这种惯性最为明显。在OT层级中，PLC/PAC提供了良好的连接性，但是它们往往缺乏对以IT为中心的编程语言和协议（例如HTTPS和消息队列遥测传输（MQTT））的支持。对于需要内置连接到以IT为中心的企业应用程序和数据库的应用来讲，用户通常需要集成其它硬件和软件来弥合两者之间的差距。
安全因素也与此类似。在PLC/PAC刚诞生时，现代意义上的网络安全基本上都不存在。 如果将PC和边缘控制器通常包含的功能，例如安全用户帐户、加密的通信和虚拟专用网络（VPN）配置到PLC/PAC上，这需要最终用户支付高昂的费用，并承担一定的风险。更好的选择是，确保任何必须的安全功能都是控制平台固有的功能。
提供更多功能的IPC
由于PC技术变得更容易获得，而且更具有性价比，许多用户开始将PC用于工业控制领域。PC的商业基因和规模经济性，确保了对硬件和操作系统平台的充分理解，并且PC解决方案具有足够的计算能力和显示选项。
但是，用户很快发现商用PC作为工业控制器应用，存在很多先天不足。为了应对这种情况，供应商研发出了坚固耐用的PC或IPC，这样它们就可以在机器环境中可靠地运行。这样，用户就可以将IPC用作自动化、可视化和通信的多合一控制平台。
IPC还为用户提供了一种执行更高级编程或数据处理选项的方式，并且比PLC/PAC更具优势：这些系统可用于与IT为中心的通信并与许多IoT接口。
但是，基于IPC的控制有很多工作需要您亲自动手。最终用户必须选择基本的IPC，并自己配置其它硬件和软件产品，形成一个统一的、结构紧凑的软件包，以实现控制、可视化、通信协议和远程输入/输出（I/O）解决方案的集成。自己动手的结果可能会产生理想的匹配和选择，但它也可能成为一个定制系统，在技术支持方面存在一定的挑战，并且随着时间的推移，可能会更加难以管理。
尽管IPC的灵活性使其在成为工业控制器方面具有一定的吸引力，但创建和维护一个完整的系统仍存在许多障碍。
边缘控制器的成本效益
边缘控制器设备是工业自动化领域的最新发展。新一代控制器的设计，旨在利用最新的IT通信和物联网方面的技术进步，同时保留PLC/PAC在OT方面的优势。对于许多应用而言，这种多种技术的组合能够满足多种应用需求，使边缘控制器非常适合工业应用。
边缘控制器具有OT解决方案的优点，而且它们坚固耐用，可承受极端温度，并提供众多的集成I/O。可以选择流程图或满足IEC 61131标准的编程语言对某些边缘控制器进行编程（图3）。边缘控制器可以直接替换现有的PLC/PAC应用，也可以直接应用于新项目。
图3：边缘可编程工业控制器，包括传统的以OT为中心的控制器功能，还集成了以IT为中心的网络和移动技术。
对OT环境友好的边缘控制器还有其它优势。例如，一个配置了板载触摸屏显示器的边缘控制器可以充当本地HMI。它还可以用于系统配置和诊断，使支持人员无需依赖其它设备。内置网络、USB和HDMI端口，使用户可以轻松地与边缘控制器接口。在后台运行嵌入式LinuxCONTROL ENGINEERING China版权所有，边缘控制器可使用该版本或类似的嵌入式操作系统。尽管用户可以像与PLC/PAC一样与之交互，但还可以实施更高级的功能。边缘控制器的PC血统，使其能够同时使用扩展编程语言（例如C++，Java和Python），从而为用户提供了编程灵活性。
对任何控制应用，边缘控制器都可以在本地以独立模式运行。当它们连接到位于边缘的传感器和设备上，过滤和处理物联网（IoT）数据，并与本地或云端的企业系统通信时，就会带来更大的价值。如果它们具有面向设备的通信协议、以及用于配置拖放数据连接的协议，则更是如此。具有这些功能的边缘控制器，消除了对中继硬件或软件层的需求（参见图4）。
图4：本机IT和OT通信功能，使边缘控制器能够展平自动化架构，从而避免了复杂的硬件和软件中继层。
与PLC/PAC不同，边缘控制器内置了安全性，特别是一些控制器可提供一对分段的、不可路由的以太网端口：一个用于OT网络等受信网络的端口，而另一个则用于连接因特网等不受信任网络的端口连接。安全的帐户可直接在控制器级别进行处理，数据通信经过加密，并包含内置VPN。所有这些措施都有助于使控制系统具有可移动性，以及更好的网络安全性。
边缘控制器可以为工业自动化应用提供像PLC/PAC一样灵活的OT控制平台，同时还具有IPC的优点。作为具有板载可视化和安全连接的、全面的多合一解决方案，边缘控制器是非常具有成本效益的控制器。
对于最终用户而言，有更多选择当然更好。多年以来，在自动化和控制平台方面www.cechina.cn，最终用户和OEM厂商已经享受了PLC、PAC和IPC所带来的可靠选择。结合了这三种领先控制器的优点CONTROL ENGINEERING China版权所有，现代边缘控制器为制造企业提供了一个具有吸引力的选择。（作者：Benson Hougland）
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