自可編程邏輯控制器（PLC）問(wèn)世以來(lái)，各種自動(dòng)化控制器已遷移到工業(yè)應用中，包括可編程自動(dòng)化控制器（PAC）和當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、現場(chǎng)總線(xiàn)兼容性、通信、編程功能和處理速度等方面，用戶(hù)有更多選擇，領(lǐng)先的控制器供應商之間的競爭也愈演愈烈。
對于市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，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(hù)感到沮喪。選擇某個(gè)控制平臺是一項長(cháng)期投資，隨之會(huì )帶來(lái)相關(guān)開(kāi)銷(xiāo)，例如培訓和支持合同。決策者希望他們投入的資金能物有所值。
但在對該問(wèn)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，背后的推a動(dòng)力是什么？目前這些趨勢如何發(fā)揮作用？未來(lái)，用戶(hù)如何對自動(dòng)化進(jìn)行投資，才能確保獲得成功？
工業(yè)控制器的演進(jìn)模式
研究過(guò)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(kāi)發(fā)第一個(gè)I/O 系統時(shí)，現場(chǎng)控制和傳感設備還依賴(lài)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(hù)提出更多選擇需求，以將I/O 直接集成到他們的系統中。這導致了第一個(gè)模塊化I/O的出現，與此同時(shí)，電子公司將高科技計算帶入主流。這些系統中的敏感電子設備，需要通過(guò)外部I/O 才能與現實(shí)世界交互。這就是第一個(gè)可串行尋址的I/O 機架，該機架是PLC 中基于機架的I/O 的替代方案。
從專(zhuān)用的、獨立的I/O 設備到模塊化I/O，再到總線(xiàn)I/O，都體現了工業(yè)控制中的復用理念。下一代控制平臺結合了嵌入式I/O 處理電路。模塊從1 個(gè)I/O 通道擴展到32 個(gè)通道，到現在將I/O 內置到PLC 和其它單體設備中。在某些情況下，經(jīng)過(guò)適當的組態(tài)，每個(gè)I/O 通道都可以接受各種不同的信號類(lèi)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(zhù)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。由于數學(xué)和編程處理器功能已直接集成到控制板以及其它設備（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)現了更大的計算能力。隨著(zhù)時(shí)間的推移，相同的模式，也體現在新嵌入式通信接口和協(xié)議標準向控制器遷移的過(guò)程中。
不同技術(shù)的相互融合
相互融合的趨勢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(xiàn)I/O 的歷史上看，可以看到這種趨勢是如何導致了新控制器功能的開(kāi)發(fā)。
從串行總線(xiàn)I/O，延伸出并行I/O 總線(xiàn)和其它解決方案，這些解決方案使迷你和微型計算機可以與I/O 進(jìn)行交互。這也激發(fā)了開(kāi)發(fā)獨立I/O 通信處理器的想法，該處理器將I/O 與計算機分離，允許具有通信端口的任何計算機與之交互。
隨著(zhù)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處理功能，當時(shí)只有在分布式控制系統（DCS）中才有這種功能。由于梯形邏輯程序（一種PLC 編程語(yǔ)言）的最初目的不是處理模擬數據格式，因此導致了用于混合控制器的新編程語(yǔ)言的誕生。
然后，低成本的IBM PC 替代產(chǎn)品開(kāi)始涌入市場(chǎng)。由于PC 是混合系統的主要控制功能，因此引發(fā)了對可靠性的擔憂(yōu)。供應商開(kāi)發(fā)經(jīng)過(guò)工業(yè)強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，這就是后來(lái)的PAC 系統。PAC 使用與PC 相同的處理器，并且可以提供一種功能集，填補了低成本、基于PLC 的離散控制和高成本、基于DCS 的過(guò)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(lái)了機遇。伴隨著(zhù)運營(yíng)技術(shù)（OT）與信息技術(shù)（IT）領(lǐng)域的融合越來(lái)越多，這種趨勢開(kāi)始加速。例如，近年來(lái)出現的移動(dòng)解決方案浪潮。它也體現在對大數據、云分析和機器學(xué)習支持的推動(dòng)中，這是誕生在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域之外的技術(shù)。
面向未來(lái)的控制器
隨著(zhù)越來(lái)越深入的技術(shù)集成、行業(yè)之間更大的融合，以及設備與系統之間更大連接性趨勢的持續發(fā)展，未來(lái)的控制器會(huì )帶給我們什么？
工程師應該如何選擇，以確保他們能夠順應技術(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(lái)實(shí)現目標。
1專(zhuān)注于設計而非功能
了解到隨著(zhù)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。工程師們需要強調的是控制系統的架構，而不是時(shí)下一些奪人眼球的功能。
2尋找外部創(chuàng )新
如果工程師設計的系統，能夠隨著(zhù)時(shí)間的推移而發(fā)展，可以跟上數字化轉型的步伐，進(jìn)而減少維護和返工，那就能夠打動(dòng)最終用戶(hù)，他們會(huì )記得，決定未來(lái)的技術(shù)通常來(lái)自于行業(yè)之外。
3保持開(kāi)放的心態(tài)
專(zhuān)有技術(shù)市場(chǎng)份額的爭奪戰阻礙了創(chuàng )新，而支持開(kāi)放標準則為每個(gè)人提供了無(wú)限可能。連接性是工業(yè)4.0 的目標指標之一，隨著(zhù)連接性的提高，工程師需要投資于可以為不同系統的協(xié)同工作創(chuàng )造機會(huì )的技術(shù)。