主控單元 智能制造的大腦

　　智造單元是構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，賦予了智造單元數據采集管理、設備監控調度、遠程通訊、智能決策乃至AI智能化演進的能力。從傳統的自動化產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，小編就根據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。在單體的設備，如入門及的點膠機、包裝機及產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，應用程序的執行是依靠專用硬件芯片實現，因硬件的非通用性會導致系統的功能前景和開放性受到限制，由于是專用操作系統，其實時性、可靠性與功能都無法與通用實時操作系統相比，這樣導致了PLC整體性能的專用性和封閉性。由于PLC的用戶應用程序執行是通過硬件實現的，所以我們在市場上看到的多是專機專用，復用性并不多。在3C產品線生產中，我們就看到了所生產的產品周期接收后，這PLC也就隨之收倉入庫，做資產報廢。 

　　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) 業內多翻譯為工控機( IP CAMERA網路攝像機也是IPC的常見縮寫，不在本文討論范圍)   但工控機，其實不準確，應該為行業計算機。其廣泛的適用在非家庭個人環境下的計算機，比如工廠的一體機、抬頭屏，在不影響生產的時候適用的PC，可以適用IPC。 但在核心的工廠控制領域，很多時候不能用到這類機型。其對靠性、穩定性、電性參數要求更高。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，同時也會側重于運動控制。通過不同工業總線接口連接運動單元，由此是面向更為復雜的工業設備而來的產品，如半導體設備、高速印刷設備、3D打印設備等等。 從CPU的算力要求來說，計算量更為復雜，有浮點運算的需求，非常多的高端設備多使用PAC設計。

從計算核心架構來看由于開放性多采用x86的架構設計產品，同時也因為更高性能產品會使用到FPGA等。相比較PLC使用的PID控制算法在PLC的硬件架構下并未最佳化，在現實運動控制，其復雜的算法要求下，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。在工業設備復用的時候發揮了很大的作用。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，高性能計算硬件系統設計。由于開放及柔性化，也就奠定了未來在”軟件定義生產中” 提供了夯實的基礎。

　　以關維科技的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等多種通信協議。支持IEC6113編程規范，統一編程調試平臺。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。三網口設計，其中兩個EtherCAT口雙EtherCAT主站可實現不同任務優先級獨立控制，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。

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

　　同是控制器PLC，IPC，PAC該怎么選？

　　從PLC，PAC, IPC的實現難度來說，PLC產品實現要求既要了解硬件，同時也需要對工業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需求，有非常多本土公司都實現國產化。 其附帶有不開放的應用軟件編程， 在專機的自動化設備內廣泛應用。　

　　IPC產品的實現在目前來看，是相比較是最容易實現的產品。但如果在核心設備上使用的話，對于后續的糾錯成本非常的高，大部分是安裝window系統，無任何的軟件附帶。　

　　PAC產品由于它的開放性，良好的適用性，實現要求比較高，既要有硬件，同時又需要有BIOS、RTOS工業應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設備下的PAC產品設計。其所附帶開放型的應用軟件編程，在高級的制造設備內廣泛應用，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，例如預算、規模大小、支持度、復雜程度以及未來的擴展性。

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

　　在可能影響生產速度及質量的時候，其設備使用PLC或者PAC。

　　如果對生產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(如半導體生產設備, 工業印刷機等)， 使用PAC產品。

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

　　雖然通過多個PLC去實現的設備，后期維護的時候就一臺PAC，相對簡單，但多PLC更為復雜，PAC產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。

　　結后語

　　除了傳統的PLC、PAC及IPC控制器，隨著工業4.0的發展，邊緣可編程工業控制器逐步在智能制造和工業互聯網領域發揮著巨大影響。下一期，我們就來重點聊聊邊緣計算控制器有可以實現哪些堪稱神奇的智能控制。