主控單元 智能制造的大腦

　　智造單元是構(gòu)建智慧工廠的最小化基本單元，而智造單元的核心是則其主控單元，相當于智造單元的大腦，賦予了智造單元數(shù)據(jù)采集管理、設(shè)備監(jiān)控調(diào)度、遠程通訊、智能決策乃至AI智能化演進的能力。從傳統(tǒng)的自動化產(chǎn)線到面向未來的智造單元，作為其大腦的控制器，也迭代出了PLC、IPC、PAC等多種形式，而面對紛繁復(fù)雜的智能化項目需求，對于控制器的選擇，項目管理者也往往頗為糾結(jié)，小編就根據(jù)不同控制器的特點為大家一一解惑。首先讓我們先來了解PLC、IPC、PAC的技術(shù)特點及功能。

　　PLC

　　PLC（Programmable Logic  Controller）可編程邏輯控制器，主要集中在對邏輯的控制， 在與多個點位的控制。在單體的設(shè)備，如入門及的點膠機、包裝機及產(chǎn)線控制等多部分是用PLC。從CPU算力的要求來說，計算量并不多，大部分基于MCU或者ARM來設(shè)計而成。當計算力不夠時會增加DSP，接口不豐富的時候會增加FPGA來做。

PLC性能依賴于專用硬件，應(yīng)用程序的執(zhí)行是依靠專用硬件芯片實現(xiàn)，因硬件的非通用性會導(dǎo)致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到限制，由于是專用操作系統(tǒng)，其實時性、可靠性與功能都無法與通用實時操作系統(tǒng)相比，這樣導(dǎo)致了PLC整體性能的專用性和封閉性。由于PLC的用戶應(yīng)用程序執(zhí)行是通過硬件實現(xiàn)的，所以我們在市場上看到的多是專機專用，復(fù)用性并不多。在3C產(chǎn)品線生產(chǎn)中，我們就看到了所生產(chǎn)的產(chǎn)品周期接收后，這PLC也就隨之收倉入庫，做資產(chǎn)報廢。 

　　早先PLC其顯著的特點是有IO接線點，大部分甚至沒有網(wǎng)線的接口。如下圖所示，但在專機專用上非常適合。

　　IPC

　　IPC ( industrial Personal Computer) 業(yè)內(nèi)多翻譯為工控機( IP CAMERA網(wǎng)路攝像機也是IPC的常見縮寫，不在本文討論范圍)   但工控機，其實不準確，應(yīng)該為行業(yè)計算機。其廣泛的適用在非家庭個人環(huán)境下的計算機，比如工廠的一體機、抬頭屏，在不影響生產(chǎn)的時候適用的PC，可以適用IPC。 但在核心的工廠控制領(lǐng)域，很多時候不能用到這類機型。其對靠性、穩(wěn)定性、電性參數(shù)要求更高。雖然從外形上有幾分相似， 但在接口處理、物理接線上以及軟件的要求上都有了質(zhì)的不同。

　　PAC

　　PAC (Programmable Automation Controller)　可編程自動化控制器，其不單有邏輯控制，同時也會側(cè)重于運動控制。通過不同工業(yè)總線接口連接運動單元，由此是面向更為復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備而來的產(chǎn)品，如半導(dǎo)體設(shè)備、高速印刷設(shè)備、3D打印設(shè)備等等。 從CPU的算力要求來說，計算量更為復(fù)雜，有浮點運算的需求，非常多的高端設(shè)備多使用PAC設(shè)計。

從計算核心架構(gòu)來看由于開放性多采用x86的架構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品，同時也因為更高性能產(chǎn)品會使用到FPGA等。相比較PLC使用的PID控制算法在PLC的硬件架構(gòu)下并未最佳化，在現(xiàn)實運動控制，其復(fù)雜的算法要求下，需要強大的浮點運算處理器，也需要大量的內(nèi)存，PAC平臺可以同時提供這兩項資源。工程師必須將其控制算法最佳化，使它不只是簡單的PID控制。在工業(yè)設(shè)備復(fù)用的時候發(fā)揮了很大的作用。PAC的性能是基于其輕便控制引擎，標準、通用、開放的實時操作系統(tǒng)，高性能計算硬件系統(tǒng)設(shè)計。由于開放及柔性化，也就奠定了未來在”軟件定義生產(chǎn)中” 提供了夯實的基礎(chǔ)。

　　以關(guān)維科技的UMC-900智能控制器為例，采用英特爾高性能處理器，強大的通訊能力，支持OPC-UA、EtherCAT及Modubus TCP等多種通信協(xié)議。支持IEC6113編程規(guī)范，統(tǒng)一編程調(diào)試平臺。支持EtherCAT運動控制及IO模塊擴展，EtherCAT周期1ms時，最大總線運算速度可帶128軸，實時抖動20us。三網(wǎng)口設(shè)計，其中兩個EtherCAT口雙EtherCAT主站可實現(xiàn)不同任務(wù)優(yōu)先級獨立控制，滿足多樣化需求。同時支持機械手、CNC，電子凸輪、機器人等豐富的總線運動控制功能。

　　從這個產(chǎn)品案例中我們可以看到，PAC尤其是高實時高算力的PAC，其應(yīng)用領(lǐng)域較PLC及IPC更加廣泛且專業(yè)度更強，尤其特別適合各種高精高性能機械自動化裝備行業(yè)的需求，如：光伏、鋰電、儲能、半導(dǎo)體、包裝物流、機器人、特種機床等高端自動化設(shè)備。

　　同是控制器PLC，IPC，PAC該怎么選？

　　從PLC，PAC, IPC的實現(xiàn)難度來說，PLC產(chǎn)品實現(xiàn)要求既要了解硬件，同時也需要對工業(yè)嵌入式軟件有深度的沉淀。通常完成的大部分是嵌入式工程師。 面向的是單一的行業(yè)需求，有非常多本土公司都實現(xiàn)國產(chǎn)化。 其附帶有不開放的應(yīng)用軟件編程， 在專機的自動化設(shè)備內(nèi)廣泛應(yīng)用。　

　　IPC產(chǎn)品的實現(xiàn)在目前來看，是相比較是最容易實現(xiàn)的產(chǎn)品。但如果在核心設(shè)備上使用的話，對于后續(xù)的糾錯成本非常的高，大部分是安裝window系統(tǒng)，無任何的軟件附帶。　

　　PAC產(chǎn)品由于它的開放性，良好的適用性，實現(xiàn)要求比較高，既要有硬件，同時又需要有BIOS、RTOS工業(yè)應(yīng)用軟件及非常好的項目管理能力的沉淀，才是完成適用于多種工業(yè)設(shè)備下的PAC產(chǎn)品設(shè)計。其所附帶開放型的應(yīng)用軟件編程，在高級的制造設(shè)備內(nèi)廣泛應(yīng)用，目前主要還是以進口為主。

　　PLC、PAC和IPC之間如何選擇，還是有很多因素需要考慮，例如預(yù)算、規(guī)模大小、支持度、復(fù)雜程度以及未來的擴展性。

　　從工廠環(huán)境下適用的范圍來說，在不影響生產(chǎn)的時候，或者說可以接收多次設(shè)備重啟的情形下，計算設(shè)備可以使用IPC。

　　在可能影響生產(chǎn)速度及質(zhì)量的時候，其設(shè)備使用PLC或者PAC。

　　如果對生產(chǎn)線多是邏輯控制的時候，使用PLC。

　　從自動化程度考慮，對于自動化程度高，可靠性高的情況下(如半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備, 工業(yè)印刷機等)， 使用PAC產(chǎn)品。

　　較為簡單的方法就是，看你所需要控制的電機軸數(shù)，低于8個軸的，多用PLC，超過16個軸的用PAC。

　　雖然通過多個PLC去實現(xiàn)的設(shè)備，后期維護的時候就一臺PAC，相對簡單，但多PLC更為復(fù)雜，PAC產(chǎn)品雖然簡單易用好維護，但對電氣工程師軟件能力要求非常的高。

　　結(jié)后語

　　除了傳統(tǒng)的PLC、PAC及IPC控制器，隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，邊緣可編程工業(yè)控制器逐步在智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大影響。下一期，我們就來重點聊聊邊緣計算控制器有可以實現(xiàn)哪些堪稱神奇的智能控制。