自動化是提高工廠產量和降低制造業成本的關鍵因素之一。繼電器、PLC和工業 PC (IPC) 等技術進步正在推動改變機器和人工交互方式的工業自動化。本文將討論廣泛應用于工業自動化、PLC和工業PC的二控系統硬件。我們還將根據您的應用需求討論哪種類型的雙控系統可能是最合適的。

什么是PLC？

可編程邏輯控制器(PLC) 廣泛用于制造工廠的自動化流程。早在1970年代，PLC就改變了自動化系統的游戲規則。PLC旨在取代電器面板和開關盒。隨著時間的推移，PLC 已經升級為更堅固的設計、可擴展的功能和可編程系統。此外，PLC的編程語言（稱為梯形邏輯）允許PLC高度可定制以實現機器自動化。這種堅固性和多功能性使PLC成為替代舊繼電器和開關盒的流行選擇。

什么是工業計算機？

隨著半導體芯片的指數級進步，個人計算機(PC) 的發展也在不斷發展。隨著計算機芯片變得更強大、更小、更便宜，工業電腦在自動化行業中越來越受到關注。工業電腦可以涵蓋PLC 提供的監督控制，但具有更多工作負載，例如 HMI、網關、AI 應用程序等。由于GPU、TPU、VPU、NVMe SSD等性能加速器，工業電腦能夠執行這些工作負載的整合。能夠整合工作負載可減少其在工廠車間內的硬件占用空間。普通計算機和工業計算機有著非常相似的基本組件，例如CPU、RAM、SSD 和GPU。但是，工業電腦的制造和設計能夠承受極端環境條件，從極端溫度到沖擊和振動暴露。普通的PC在遇到一些惡劣的環境時會很快出現故障。一些使工業PC極其堅固的設計和制造材料是無風扇設計、一體式機箱和工業級材料。此外，工業電腦用途廣泛。它們不僅支持最新技術，還支持工廠自動化中常見的傳統技術，如串口、COM、M12 連接器、DIO、GPIO 等，導致工業PC 的快速增長在制造自動化方面。

工業計算機和PLC有什么區別？

1. 運營

PLC帶有一個實時操作系統，可以持續監控來自連接設備的輸入，然后根據其程序執行決策命令。此外，PLC的操作系統(OS) 專為執行與控制相關的任務而設計。因此，PLC通常不需要防病毒程序或注冊表清理程序，這會增加操作期間的處理吞吐量。

工業PC可以執行與PLC相同的任務，但其操作系統使它們能夠運行PLC無法使用的各種應用程序和程序。有了這些功能，IPC不僅僅是控制目的。工業PC可以整合工作負載，從而減少硬件占用空間。然而，IPC 的操作系統（如Windows 和Linux）容易受到網絡攻擊，但當前的防病毒軟件和防火墻已經足夠先進，可以降低這種風險。

2. 編程

工業PC和PLC之間的下一個區別是程序的開發和執行方式。PLC通常實現基于掃描的程序執行，而工業PC通常是事件驅動軟件。例如，PLC 軟件邏輯在IEC 61131-2 標準中指定，如梯形邏輯或其他專有供應商語言。相比之下，工業PC使用諸如 C/C++/.NET 等編程語言在眾所周知的Windows或Linux操作系統上運行。因此，工業PC由于在開發人員中很受歡迎，因此更容易編程。與需要特殊培訓才能學習的梯形邏輯相比，由于C++ 等通用編程語言，它們還可以讓系統與更多機器和設備進行交互。

3. 安全

安全性是制造自動化的不利因素之一，如果不認真對待，公司可能會損失巨大。工業系統應該處理兩個安全基礎。首先，阻止來自未經授權的外部訪問的攻擊。其次，根據用戶的權利或指定來限制用戶的訪問。過去，眾所周知，PLC可以免受惡意軟件攻擊。然而，一些攻擊者開始開發針對PLC的惡意軟件，就像Stuxnet 在他們的 Siemens PLC 遭到破壞時發生的情況一樣。盡管如此，工業PC也容易受到惡意軟件的攻擊，需要對軟件防病毒或硬件模塊進行全面保護。部分工控機利用主板內嵌的TPM（可信平臺模塊）2.0對數據進行加密。

4. 品質

至于構建質量，PLC和工業PC都設計用于在極端環境中運行。由于工業PC不同于普通臺式計算機或工作站，因此工業PC非常堅固耐用。以下是工業PC 的一些工業特性：

無風扇設計

寬溫度范圍

抗沖擊和抗振動

高IP等級

可擴展模塊

具有傳統技術支持的豐富I/O

對于構建質量，PLC和工業PC非常匹配。然而，工業PC因其緊湊的尺寸而勝出。PLC通常體積龐大，安裝選項有限。一些PLC在安裝時也會過熱，因為它們的散熱受阻。相比之下，工業PC相對較小，并且具有各種安裝選項，包括 VESA 安裝、機架安裝和din導軌選項。此外，部分工業 PC 配備電源點火管理，可部署用于車載應用。

5. 擴展能力

PLC和工業PC都需要控制各種設備以進行控制、監視和通信。因此，PLC和工業PC都配備了多個COM端口和其他I/O功能，包括傳統技術。一些常見的工業通信協議是 CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT 和 EhterNET/IP。盡管兩者都可以支持這些技術，但大多數 PLC 已經內置了這些技術。另一方面，工業PC內置有擴展槽以增加其多功能性。因此，工業PC 對它們可以處理的I/O 數量有更高的門檻。此外，工業PC還具有各種COM端口、LAN、USB和HDMI端口。這些功能使工業PC能夠整合來自不同硬件的工作負載，而不僅僅是PLC。例如，工業PC可以自行運行HMI 應用程序，而PLC需要單獨的HMI應用程序才能在顯示面板上顯示任何內容。使工業PC更加特別的是它們能夠支持從無線網卡、5G 模塊、SSD 存儲到 GPU 加速器的無數擴展。

6. 處理能力和存儲

由于PLC的微處理器專為專用功能而設計，因此PLC是用于自動化控制的強大控制器。PLC 可以管理高速I/O，并且可以毫無問題地處理較小的自動化應用程序。然而，自動化項目變得越來越先進，計算量越來越大。這就是工業PC 的用武之地。工業PC使用更多的存儲空間和完整的處理器，例如可以運行計算和存儲繁重的應用程序的工作站計算機。此外，借助 GPU、TPU、CPU 和VPU 等性能加速器，工業計算機可以像在與機器視覺應用程序協作的智能裝配線上一樣執行智能計算。

7. 成本

簡而言之，PLC和工業PC的成本比較是PLC對于較小的應用成本較低，而工業PC的初始成本較高。然而，隨著應用程序變得越來越復雜和計算量越來越大，PLC的累積成本可能會超過工業PC。雖然PLC的初始成本較便宜，但當需要額外的計算能力或外圍設備時，價格會呈指數增長。相比之下，工業PC 的初始成本更高，但在需要升級計算能力和可擴展性時成本要低得多。

如何選擇工業PC與PLC

當您為工業自動化系統選擇可編程控制器時，PLC和工業PC都有自己的位置。PLC更適合運行具有嚴格功能的小型自動化系統。此外，PLC堅固耐用、經濟高效且高度安全，適用于工業部署。另一方面，工業PC非常適合對計算和存儲有高需求的解決方案。對于需要控制器多功能性的復雜任務，工業PC的總擁有成本(TCO) 較低。PLC是安全的，因為它們沒有無線連接，而工業PC也因為當今的網絡安全軟件而同樣安全，而工業標準的硬件非常可靠。一些應用程序可以在其操作中同時使用PLC 和工業PC 來相互平衡成本和收益。歸根結底，這取決于您的制造過程中實施了哪些功能。