【工艺技术】工业自动化控制，PLC、PAC，IPC哪种是最佳的控制器？

显示全部楼层 · 2024-3-21 20:58:02

鉴于工厂、工业和制造自动化的重要性越来越高，作为一名攻城狮，我们的工作场所随便一瞄，西门子(SIEMENS)、三菱电机（Mitsubishi Electric）、欧姆龙（OMRON）等PLC随处可见，长期以来，这三个品牌的中小型PLC市场份额极高，PLC已成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。

PLC拥有悠久的历史，早在1971年推出叫做"可编程控制器"时Allen-Bradley自身就泡制出了术语"可编程逻辑控制器"。后来 Allen-Bradley被Rockwell Automation公司收购。术语PLC很快固定下来，特别是当个人电脑(PC)出现并采用PC这个缩略语后。

▲三菱

作为工业自动化的一种典型应用，PLC最初是做为取代继电器线路、进行顺序控制为主而产生的，后来PLC厂家逐步增加了模拟量运算、PID功能以及更可靠的工业抗干扰技术等功能，并随着网络化的需求增加了各种通信接口，同时伴随着现场总线技术和以太网技术的发展，PLC的应用范围越来越广泛。

▲西门子

工业机器人真正的应用是用在生产线上（如汽车组装生产线、SMT电子组装生产线、半导体硅片搬运等），机器人单机各种搬运动作轨迹等都调试好了，还要配合生产线上的动作要求，也就是还要和PLC连接进行通讯，双方交互信号，PLC什么时候让机器人去搬运，机器人搬运完成通知PLC，通过这样的交互通讯，机器人即可作为整条生产线上的“一员”，和生产线的上的其他机构完成整个生产任务。

PLC控制变频器有三种基本方式：①以开关量方式控制；②以模拟量方式控制；③以RS485通信方式控制。

PLC以开关量方式控制变频器▲

PLC在以模拟量方式控制变频器▲

变频器与PLC的RS485通信连接控制▲

要想弄清楚每种控制器适用于哪种应用，需要考虑不同工业控制器的功能特性和典型应用环境。你的工厂所需要的是PLC、PAC，还是IPC？参见本文中PLC、PAC和IPC详细功能对照表。

随着可编程逻辑控制器（PLC）、可编程自动化控制器（PAC）、工业计算机（IPC）之间功能的日益趋同，自动化控制器的应用也日益广泛。这些控制器可以应用在离散、过程或混合控制应用场合，只是在程度上有所差别。但是，为应用选择合适的控制器，需要用什么标准来衡量？

为了便于理解到底哪种控制器最适合于某个应用场合，需要识别不断趋同的自动化控制器功能，仔细考察典型应用，深入了解控制器之间的相似性和差异。

弄清控制系统类型

由于有很多控制器可供选择，因此对各种不同类型的控制器有一个基本的了解非常重要。即使对每一种类型的控制系统（如PLC），也会有从低端到高端等一些列不同类型的产品线，每个产品线都有广泛的功能（见图1）。

图1：现在，有很多种类型的控制器，用户可以根据其特定应用选择合适的控制器。所有图片来源：AutomationDirect

控制器功能比较

选择控制方案需从应用开始，有很多因素需要考虑。有一点非常重要：应当充分了解应用程序的需求、期望从控制系统获得的结果，从而可以准确确定所需的功能。

控制器功能范围广泛，从最基本的需求（如总的I/O要求），到更详细的规格书（比如数据处理能力）等等。为应用选择控制器，需要考虑表1中所列的特征。

表1： PLC、PAC和IPC的主要特性比较

简单的编程，为最基本的机器和系统控制提供了一个便捷的环境。在这种情况下，通常使用某一种语言，如梯形图逻辑。增强的编程语言提供了一个更灵活、但也更复杂的用户界面，包括梯形图、结构化文本、功能图以及指令集等各种编程选项。

内置数据记录，提供了将系统I/O点直接送入PLC内存进行存储的能力（见图2）。IIoT应用要访问大量数据，因此需要更先进的功能，来实现数据复制、存储、发布、数据库访问、远程访问和电子邮件推送通知等。数据和应用安全方面的增强功能，可以通过用户名和密码进行内置，但它通常在控制器的上一层：如人机界面（HMI）来实现。最后列出的功能，在某些情况下可能是最重要的功能，就是基于系统平均成本价格。

图2：高端PLC在工业物联网（IIoT）领域运行的很好，主要是因为配置了内置数据记录、数据处理以及先进的通信功能。

从应用环境考量

根据不同的应用需求，有的控制系统的功能要好于其它的系统，但这种判断往往会因人和每种工作环境的不同而有所差异（见表2）。

表2：工业控制器在典型应用中的性能表现

再次提醒，所有这些排名都是主观的，对于不同的应用，结果可能因人而异。

适合机器控制的PLC

PLC最适合和最常见的应用可能就是机器控制应用。PLC最初的设计，就是用于机器控制，这也就是为什么现在机器控制是PLC主要应用领域的原因。由于模块化PLC设计成本低、体积小、便于使用，使其非常适用于很多机器控制应用。PLC硬件成本和软件成本都比较低，而且编程方法简单，使其成为原始设备制造商（OEM）青睐的选择。

非常重要的一点，要注意PLC和PAC的功能正在重合。功能差距不断缩小，扩大了每种类型控制器的适用范围。因此，下面讨论的很多PAC功能，也都可以在高端PLC实现。

PAC不断扩大控制应用

对于任何控制应用，PAC控制器很可能都会是一个合适的选择。利用简单的数据记录，PAC可以访问控制器内的数据，对工厂进行优化。

由于具有更多的I/O点、更大的扩展内存、更高的数据收集能力，适合PAC的场合越来越广（见图3）。协调运动功能以及集成视觉功能使PAC从PLC中脱颖而出，将其提升到IPC层次。

图3：由于具有广泛的特性和功能， PAC涵盖了PLC和工业IPC之间的地带，并与两者功能显著重叠。

PAC通常可以处理多轴运动控制以及两轴或更高层级的协调运动。如果需要，有些PAC可以进行环形内插法，控制八个或更多轴的运动。PAC配置的高速通信，使其可以与智能视觉传感器进行通信，来回传递实时数据。这也使得在PAC内实施视觉运动控制成为可能。

用于过程控制的IPC系统

IPC非常适合具有比例-积分-微分（PID）和其它算法控制要求的过程控制应用。这些项目更复杂，往往具有更多的模拟I/O点数，因此通常需要更高水平的数学和先进PID控制功能。

由于具有强大的数据采集能力和丰富的通信选项，分布式数据采集与控制应用场合非常适合于IPC。在许多工厂中，较小的装置系统通常分布在整个设施内，一般拥有自己的基于PLC的控制，并利用这些PLC与中央IPC进行通信。

混合控制应用

尽管与PAC功能多有重叠，IPC仍然非常适合批量和连续过程控制，以及与自动化机器一起协同工作，从原料进入到产品输出，形成一个完整的生产制造过程。在整个工艺过程内，这些应用的控制系统，可以连接位于多个装置内的扩展应用，也可以使用多个协调处理器。

选择最优控制器，从应用开始，需要考虑很多因素。很多应用程序可以通过PLC、PAC、或IPC控制，但通常会有某种控制器最适合。花费一定的时间，为应用程序选择合适类型的控制器，就可以获得最简单、性价比最好的控制系统。

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