如何选购工业控制器

大多数工业控制器，如可编程逻辑控制器（PLC）和可编程自动化控制器（PAC），可以处理基本功能，如离散和模拟输入/输出（I/O）连接的实时控制。事实上，这种类型的功能是大多数控制器自带的，关注点主要是能处理的I/O点数量的能力，通常情况下这很容易确定。

为了更好的适应工业物联网的实施，在选购工业控制器时，企业还需要考虑其它先进功能，如数据处理、通信和高速控制等。了解如何实现控制器所需的功能，以及新功能将如何改进设计，可以帮助制造企业提升效率。

数据处理功能

具有高级标记名称编程的现代控制器通常提供各种数据处理功能，包括内置数据记录。某些高级控制器，还可以与企业级系统中的标准数据库交互，例如企业资源规划（ERP）系统。

将数据直接记录入连接到控制器的USB存储设备是一个重要功能，并且通常是许多应用中的要求。具有数据记录器功能的控制器，通常支持格式化的USB笔式驱动器或迷你SD卡，每个存储空间都高达32GB。

数据记录通常基于事件或调度。事件由状态更改触发，例如布尔类型数据状态转化。调度数据记录则被设置为定期发生，例如每分钟、每小时、每天或每月。

可记录的标记数量通常有限，但应为每个调度或触发的件配置至少50个标记值。系统错误也应与错误或事件发生的时间和日期一起存储。日志文件名应该是可配置的，或者根据用户的偏好自动生成。

除了就地记录数据之外，一些控制器还可以与信息技术企业系统进行通信。连接到控制器的OPC服务器就是一个例子。允许服务器从工厂车间的控制器收集实时数据，并在标准数据库中进行检索、添加、删除和更新数据记录。这是通过支持与微软Access兼容的数据库、结构化查询语言（SQL）服务器或开放式数据库连接（ODBC）的连接来完成的。

一些市场上的软件工具允许用户在IT企业系统和PLC之间建立连接，从而可以从PLC收集数据并保存在数据库中。这些服务器的配置工作量通常很小，用户可以将其配置为仅收集其流程所需的数据。

这些数据库功能，提供了跟踪物料移动和生产指标的实际应用。执行实际生产任务的控制器，可以跟踪工厂车间进度，以确保对生产制造时间的优化。它还可以跟踪物料的消耗。此信息可用于调整库存，以确保在需要时物料供应充足。

通过在生产零件或产品时记录生产数据，这些功能还可用于跟踪产品从头到尾的状态。保存最终产品的状态，数据库的内置日期/时间戳功能，可用于满足质量保证或审核要求。

通讯功能

选择自动化控制器时需要考虑的另一个重要特性是通讯能力。应提供多个以太网和串行通讯端口，以便与人机界面（HMI）、电机驱动器和其它设备轻松集成（图1）。

图1：生产力依赖于数据收集。控制器的通信和数据处理功能可以连接到许多不同的设备。

这些高速以太网端口也可用于点对点（P2P）或业务系统网络。对EtherNet/IP和ModbusTCP/IP以太网协议的支持，这点也是非常重要。

同时，控制器应提供其它通信端口，用于USB输入/USB输出、迷你USB、迷你SD、远程I/O、RS-232和RS-485连接。

这些连接，可实现简单的编程访问、与驱动器等高速设备的连接，以及与运行人员的监控人机界面（HMI）集成。它们还支持发送电子邮件、扫描仪/客户端和适配器/服务器连接以及用于远程访问的其它通信功能。

远程监控应用程序，允许用户使用Wi-Fi或蜂窝网络链接连接到控制器。通过在标签数据库内配置用于远程访问的用户标签，远程用户可以监控本地控制器。

在与远程访问相关的硬件配置中，在远程功能必须启用的情况下，现代控制器应具有内置安全性，并选择数据库中的对应标签以启用对其的远程访问。此外，对于可以从互联网访问的任何设备都是如此，强烈建议使用防火墙保障安全。尽管控制器的远程访问功能可以并且应该配置密码保护，但由于互联网安全风险，安全和加密的虚拟专用网络（VPN）连接是一种更好的选择（图2）。

图2：从控制器获取远程数据。一些现代控制器，具有多达七个内置通信端口，可提供连接工厂车间和企业级业务网络的关键功能。

与远程控制器访问相关的另一个保护功能是帐户和IP地址分离配置，允许用户在给定远程访问连接的情况下上载、下载或编辑程序。一个帐户不应同时允许远程监控和程序修改。

控制器应支持远程监控应用程序，并包含必要的安全性。授权用户应能够通过Wi-Fi或蜂窝连接，将智能手机或平板电脑连接到控制器进行远程监控。

控制器中的其它网页服务器功能，可允许通过系统标签、错误日志和事件历史记录对问题进行远程故障排除，并允许远程用户检查记录到控制器硬盘或迷你SD卡的数据文件。

高速控制功能

选购现代控制器的另一个重要参考特征，是能够控制运动和其它高速应用。执行这些功能需要高速I/O，以及强大的处理器和优先处理高速任务的能力。

虽然某些控制器提供多运动轴之间的协调，但即使两轴之间的协调运动通常也需要特殊的硬件和内置的控制器功能。首先，需要高速输出模块和高速输入模块。高速输出模块生成脉冲和方向指令，以命令伺服驱动器控制两个或多个伺服电机。这些脉冲和方向命令可以控制各种应用，例如剪切长度、缝合和协调的x-y轴移动。

注册功能也可用于由高速输出模块生成的移动命令。注册功能可以使用模块的内置I/O，触发多个内部和外部基于位置的事件。经由高速输入模块的输入，来自传感器的信号可以触发移动的开始或停止，捕获编码器反馈位置，或者打开/关闭或脉冲输出。

可编程鼓开关（PDS）和可编程限位开关（PLS），提供额外的高速控制功能。PDS如编码器，能够以高达1MHz的速率监控多个设备。这些输入信号用于以每秒数万次的速率协调和控制输出。这种类型的硬件配置提供精确和准确的运动控制，与控制器扫描时间无关，后者可根据处理器负载而变化。

PLS指令的工作方式类似于带限位开关的机械旋转凸轮，但凸轮的虚拟形状可以实时控制。由于此功能通常与高速输入一起运行，因此它完全独立于处理器负载和相关的扫描时间，从而为高速应用提供准确而可重复的时序。

图3：控制器功能在不断扩展。在选择过程中应考虑数据处理、通信和高速控制等功能，以改进设计。

在选择PLC、PAC和其它工业控制器时，用户需要考虑超越基本功能的控制和I/O要求（图3）。对于许多应用，控制器还需要具备广泛的数据记录和通信功能，以及协调运动等高速应用的控制。
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