下一代工业控制器：选择、部署与未来趋势解析

　虽然基础的工业控制器仍可用，并且在某些任务中广受欢迎，但先进的编程功能、连接性和模块化正在影响机器控制决策的方式。

　　与前代产品相比，如今的工业控制器具有更强的处理能力、连接性和可扩展性，并提供更大的灵活性以满足特定应用需求。例如，可编程逻辑控制器 (PLC)、可编程自动化控制器 (PAC) 和工业可编程控制器 (IPC)如今都具备高度的可定制性。

　　随着机器人和人工智能(AI)等技术在制造业的普及，选择和部署工业控制器时需要考虑的因素也在不断增加。制造企业需要确定这些关键因素，并且了解如何应对在现有制造系统中部署新控制器的挑战。

　　选择工业控制器的关键因素

　　制造商在为特定生产需求选择工业控制器时应考虑哪些因素?西门子美国Simatic控制器产品经理Luis Narvaez建议，选型时应该重点考虑以下因素：

　　·控制器是安装在机柜内(IP20)还是安装在设备外部(IP67/68)?

　　·这是一个小型应用(最多50个I/O点)、中型应用(最多100个I/O点)，还是大型应用(超过100个I/O点)?

　　·将使用哪些编程语言(IEC 61131-3或其他高级语言，例如C++)?

　　·是否需要运动控制功能?如果需要，具体需要哪些运动功能：基本定位和速度控制、增强型运动控制，还是高级运动控制?

　　·更倾向于基于硬件的自动化还是基于软件的自动化?用户有多种解决方案可以选择：传统的基于硬件的自动化、结合高级编程(例如C++)的混合硬件、集成驱动的硬件PLC、基于PC的软件PLC，或者虚拟化(独立于硬件的虚拟化环境)的解决方案。

　　Actemium北美工业和IT业务开发总监Wilfred Misener建议，首先分析现有装置并评估其当前状态，然后考虑设备的性能标准和流程，以确定用户需求。验证性能、连接性、I/O 容量、编程语言、可扩展性和可靠性，同时还要考虑安全性，这一点非常重要。

　　可扩展性是选择控制器的一个重要因素。罗克韦尔自动化商业产品组合经理Liz Bahl Prosak认为，制造商应选择能够随其生产需求增长的控制器，以便在不进行大规模改造的情况下实现未来的扩展。工业控制器通过模块化硬件、灵活的编程、与各种系统的无缝集成、可扩展的通信协议和定期软件更新来确保可扩展性和灵活性。这些功能使制造商能够在动态生产环境中轻松扩展、调整和维护其系统。

　　集成性是另一个关键因素，因为控制器必须与现有系统兼容，并能够无缝集成到其他设备和软件中。此外，可靠性和支持也是必不可少的。制造商应考虑控制器的可靠性以及支持和备件的可用性。具有强大支持的可靠控制器可以减少停机时间并确保连续运行。通过仔细评估这些因素，制造商可以选择既满足当前需求又支持未来增长的控制器。

　　部署新控制器的挑战

　　在现有制造系统中实施新的工业控制器时，哪些挑战通常没有得到解决?AutomationDirect产品工程师Alex Maercz认为易用性是一个很重要的选项。选择带有免费且易于获取的软件的控制器，会使设备的持续运行更加方便。当控制平台提供大量基于网络的文档、培训材料和视频时，用户可以培训更多维护和工程人员使用这些产品，从而优化操作，并在需要时提供足够的支持。

　　图1：集成性是选择工业控制器时应考虑的一个关键因素，因为控制器必须与现有系统兼容，并能够无缝集成到其他设备和软件中。本文图片来源：西门子

　　在与旧系统接口方面，一些控制器需要额外的硬件和软件，并且需要额外付费。而一些先进的控制器平台包括这些连接的开箱即用的本机选项，可以提供简化的解决方案。

　　Avanceon运营经理Michael Fazzini认为，尽管存在挑战，但在设计和测试文档上投入足够的时间总会带来更好的结果。在设计初期就纳入合适的人选，可以减少实施过程中需要的变更风险和数量。这包括制定编程标准，并在软件开发过程中验证其是否得到遵守。在整个过程中坚持维护标准和文档，使将来执行更改和增强功能的效率大大提高。

　　Luis Narvaez指出，一些未解决的主要挑战包括确保新控制器和现有系统之间的兼容性，这可能会变得复杂，还有一些其他挑战包括：

　　·选择一个能与现有系统(从传感器到 SCADA)集成的控制器，对于最大限度地减少运行影响非常重要。

　　·新控制器的前期投资可能很大。然而，无所作为的成本可能会暴露出其他风险，带来更高的财务影响，如更高的预防性维护成本、备件供应和价格、网络安全/软件漏洞以及缺乏有经验的劳动力。

　　·来自员工的阻力。员工可能会抵制新技术的实施，因为他们害怕失去工作，或者担心新系统会打破他们的舒适区。

　　·网络安全风险。随着制造商寻求做出更多数据驱动的决策以优化生产，制造系统的连接变得更加紧密，因此越来越容易受到网络攻击。确保制造商采用最新技术可以降低网络安全事件的影响或风险。

　　·环境影响。新控制器可能会对环境产生重大影响，包括增加能耗和电子垃圾。

　　网络安全和可靠性

　　考虑到制造企业面临的网络安全形势日益严峻，为了确保工业控制器系统的安全性和可靠性，Actemium公司采取了以下措施：

　　图2：机器人技术的使用正在推动控制器技术的许多创新。制造商需要一种简单、统一的方式来编程、操作和测试各种机器人系统。

　　·尽可能将控制系统与互联网和企业网络隔离。限制对授权人员和设备的访问。

　　·使用加密和协议，如 OPC UA、MQTT 和 HTTPS。

　　·定期软件更新和修补。

　　·部署入侵检测和防御系统。

　　·备份和冗余。

　　·安全密码管理、双因素身份验证、定期安全审计和风险评估。

　　·员工培训和提高安全意识。

　　·符合 IEC 62443、NIST 800-82 和 ISO 27001 等行业标准，以及安全的硬件设计、持续的系统监控和事件响应规划。

　　采用 “沙盒”技术，即将控制系统与其他所有数字连接完全隔离，可能是防范网络威胁的黄金标准。然而，如今对于远程连接、可视化和数据访问的需求、期望和要求，往往使得完全的沙盒隔离变得不切实际。Alex Maerc认为，更重要的是使用最新的控制器，这些控制器采用了强大且被行业认可的加密方法，并结合了对面向外部的通信端口的精细配置，以确保其安全锁定，同时保持面向内部的端口开放，以便与OT层的旧设备进行通信。从更大的系统设计角度来看，每个控制器都应该受到防火墙或 VPN 的保护。此外，所有未使用的控制器服务、协议和端口都应支持禁用，以最大限度地减少整体攻击面。

　　工业控制器技术的未来趋势

　　关于制造商应该注意的工业控制器技术的最大趋势，Luis Narvaez认为，虽然 AI 传统上是通过工业计算技术实现的，但预计 AI 技术将更接近 PLC。另一个趋势是边缘计算的引入。这些技术实现了更高效的数据处理和存储，同时消除了硬件依赖性等障碍，使性能易于扩展。我们可以从虚拟控制器的引入中看到这一点。

　　此外，机器人技术的使用正在推动控制器技术的许多创新。由于最终用户必须在其工厂中集成来自不同供应商的机器人系统，因此很难具备编程或控制这些系统的专业知识。制造商需要一种简单、统一的方式来编程、操作和测试各种机器人系统。

　　Alex Maercz指出，工业控制器与外部世界的连接已成为最终用户的首要需求之一，尤其是使用对 OPC UA 和 MQTT 等工业物联网协议的原生支持。不幸的是，这也意味着工业控制器越来越成为黑客的目标。

　　保护工业控制器及其协议的能力已经取得了长足的进步，用户需要确保他们在控制器平台中需要这些功能，然后应用它们。一个相关的考虑因素是，许多用户倾向于使用更开放的平台。

　　Wilfred Misener认为，工业控制器技术的最主要趋势包括认识到AI和先进机器人技术的能力，以实现风险缓解。其他趋势还包括工业物联网(IIoT)，用于实现实时数据挖掘和分析，以及边缘计算和云计算。

　　鉴于如今控制器的种类繁多以及先进功能的不断涌现，选择合适的控制器可能变得越来越困难。控制器能够实现自动代码生成的能力，可以向用户展示如何实现增值效率提升。