自动化是提高工厂产量和降低制造业成本的关键因素之一。继电器、PLC和工业 PC (IPC) 等技术进步正在推动改变机器和人工交互方式的工业自动化。本文将讨论广泛应用于工业自动化、PLC和工业PC的二控系统硬件。我们还将根据您的应用需求讨论哪种类型的双控系统可能是最合适的。
什么是PLC？
可编程逻辑控制器(PLC) 广泛用于制造工厂的自动化流程。早在1970年代，PLC就改变了自动化系统的游戏规则。PLC旨在取代电器面板和开关盒。随着时间的推移，PLC 已经升级为更坚固的设计、可扩展的功能和可编程系统。此外，PLC的编程语言（称为梯形逻辑）允许PLC高度可定制以实现机器自动化。这种坚固性和多功能性使PLC成为替代旧继电器和开关盒的流行选择。
什么是工业电脑？
随着半导体芯片的指数级进步，个人计算机(PC) 的发展也在不断发展。随着计算机芯片变得更强大、更小、更便宜，工业电脑在自动化行业中越来越受到关注。工业电脑可以涵盖PLC 提供的监督控制，但具有更多工作负载，例如 HMI、网关、AI 应用程序等。由于GPU、TPU、VPU、NVMe SSD等性能加速器，工业电脑能够执行这些工作负载的整合。能够整合工作负载可减少其在工厂车间内的硬件占用空间。普通计算机和工业计算机有着非常相似的基本组件，例如CPU、RAM、SSD 和GPU。但是，工业电脑的制造和设计能够承受极端环境条件，从极端温度到冲击和振动暴露。普通的PC在遇到一些恶劣的环境时会很快出现故障。一些使工业PC极其坚固的设计和制造材料是无风扇设计、一体式机箱和工业级材料。此外，工业电脑用途广泛。它们不仅支持最新技术，还支持工厂自动化中常见的传统技术，如串口、COM、M12 连接器、DIO、GPIO 等，导致工业PC 的快速增长在制造自动化方面。
工业计算机和PLC有什么区别？
1. 运营
PLC带有一个实时操作系统，可以持续监控来自连接设备的输入，然后根据其程序执行决策命令。此外，PLC的操作系统(OS) 专为执行与控制相关的任务而设计。因此，PLC通常不需要防病毒程序或注册表清理程序，这会增加操作期间的处理吞吐量。
工业PC可以执行与PLC相同的任务，但其操作系统使它们能够运行PLC无法使用的各种应用程序和程序。有了这些功能，IPC不仅仅是控制目的。工业PC可以整合工作负载，从而减少硬件占用空间。然而，IPC 的操作系统（如Windows 和Linux）容易受到网络攻击，但当前的防病毒软件和防火墙已经足够先进，可以降低这种风险。
2. 编程
工业PC和PLC之间的下一个区别是程序的开发和执行方式。PLC通常实现基于扫描的程序执行，而工业PC通常是事件驱动软件。例如，PLC 软件逻辑在IEC 61131-2 标准中指定，如梯形逻辑或其他专有供应商语言。相比之下，工业PC使用诸如 C/C++/.NET 等编程语言在众所周知的Windows或Linux操作系统上运行。因此，工业PC由于在开发人员中很受欢迎，因此更容易编程。与需要特殊培训才能学习的梯形逻辑相比，由于C++ 等通用编程语言，它们还可以让系统与更多机器和设备进行交互。
3. 安全
安全性是制造自动化的不利因素之一，如果不认真对待，公司可能会损失巨大。工业系统应该处理两个安全基础。首先，阻止来自未经授权的外部访问的攻击。其次，根据用户的权利或指定来限制用户的访问。过去，众所周知，PLC可以免受恶意软件攻击。然而，一些攻击者开始开发针对PLC的恶意软件，就像Stuxnet 在他们的 Siemens PLC 遭到破坏时发生的情况一样。尽管如此，工业PC也容易受到恶意软件的攻击，需要对软件防病毒或硬件模块进行全面保护。部分工控机利用主板内嵌的TPM（可信平台模块）2.0对数据进行加密。
4. 品质
至于构建质量，PLC和工业PC都设计用于在极端环境中运行。由于工业PC不同于普通台式计算机或工作站，因此工业PC非常坚固耐用。以下是工业PC 的一些工业特性：
无风扇设计
宽温度范围
抗冲击和抗振动
高IP等级
可扩展模块
具有传统技术支持的丰富I/O
对于构建质量，PLC和工业PC非常匹配。然而，工业PC因其紧凑的尺寸而胜出。PLC通常体积庞大，安装选项有限。一些PLC在安装时也会过热，因为它们的散热受阻。相比之下，工业PC相对较小，并且具有各种安装选项，包括 VESA 安装、机架安装和din导轨选项。此外，部分工业 PC 配备电源点火管理，可部署用于车载应用。
5. 扩展能力
PLC和工业PC都需要控制各种设备以进行控制、监视和通信。因此，PLC和工业PC都配备了多个COM端口和其他I/O功能，包括传统技术。一些常见的工业通信协议是 CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT 和 EhterNET/IP。尽管两者都可以支持这些技术，但大多数 PLC 已经内置了这些技术。另一方面，工业PC内置有扩展槽以增加其多功能性。因此，工业PC 对它们可以处理的I/O 数量有更高的门槛。此外，工业PC还具有各种COM端口、LAN、USB和HDMI端口。这些功能使工业PC能够整合来自不同硬件的工作负载，而不仅仅是PLC。例如，工业PC可以自行运行HMI 应用程序，而PLC需要单独的HMI应用程序才能在显示面板上显示任何内容。使工业PC更加特别的是它们能够支持从无线网卡、5G 模块、SSD 存储到 GPU 加速器的无数扩展。
6. 处理能力和存储
由于PLC的微处理器专为专用功能而设计，因此PLC是用于自动化控制的强大控制器。PLC 可以管理高速I/O，并且可以毫无问题地处理较小的自动化应用程序。然而，自动化项目变得越来越先进，计算量越来越大。这就是工业PC 的用武之地。工业PC使用更多的存储空间和完整的处理器，例如可以运行计算和存储繁重的应用程序的工作站计算机。此外，借助 GPU、TPU、CPU 和VPU 等性能加速器，工业计算机可以像在与机器视觉应用程序协作的智能装配线上一样执行智能计算。
7. 成本
简而言之，PLC和工业PC的成本比较是PLC对于较小的应用成本较低，而工业PC的初始成本较高。然而，随着应用程序变得越来越复杂和计算量越来越大，PLC的累积成本可能会超过工业PC。虽然PLC的初始成本较便宜，但当需要额外的计算能力或外围设备时，价格会呈指数增长。相比之下，工业PC 的初始成本更高，但在需要升级计算能力和可扩展性时成本要低得多。
如何选择工业PC与PLC
当您为工业自动化系统选择可编程控制器时，PLC和工业PC都有自己的位置。PLC更适合运行具有严格功能的小型自动化系统。此外，PLC坚固耐用、经济高效且高度安全，适用于工业部署。另一方面，工业PC非常适合对计算和存储有高需求的解决方案。对于需要控制器多功能性的复杂任务，工业PC的总拥有成本(TCO) 较低。PLC是安全的，因为它们没有无线连接，而工业PC也因为当今的网络安全软件而同样安全，而工业标准的硬件非常可靠。一些应用程序可以在其操作中同时使用PLC 和工业PC 来相互平衡成本和收益。归根结底，这取决于您的制造过程中实施了哪些功能。