下一代工業控制器：選擇、部署與未來趨勢解析
發布時間：2025-04-08 www.xstr.xyz
雖然基礎的工業控制器仍可用，并且在某些任務中廣受歡迎，但先進的編程功能、連接性和模塊化正在影響機器控制決策的方式。
與前代產品相比，如今的工業控制器具有更強的處理能力、連接性和可擴展性，并提供更大的靈活性以滿足特定應用需求。例如，可編程邏輯控制器 (PLC)、可編程自動化控制器 (PAC) 和工業可編程控制器 (IPC)如今都具備高度的可定制性。
隨著機器人和人工智能（AI）等技術在制造業的普及，選擇和部署工業控制器時需要考慮的因素也在不斷增加。制造企業需要確定這些關鍵因素，并且了解如何應對在現有制造系統中部署新控制器的挑戰。
選擇工業控制器的關鍵因素
制造商在為特定生產需求選擇工業控制器時應考慮哪些因素？西門子美國Simatic控制器產品經理Luis Narvaez建議，選型時應該重點考慮以下因素：
■控制器是安裝在機柜內（IP20）還是安裝在設備外部（IP67/68）
■這是一個小型應用（最多50個I/O點）、中型應用（最多100個I/O點），還是大型應用（超過100個I/O點）
■將使用哪些編程語言（IEC 61131-3或其他高級語言，例如C++）？
■是否需要運動控制功能？如果需要，具體需要哪些運動功能：基本定位和速度控制、增強型運動控制，還是高級運動控制？
■更傾向于基于硬件的自動化還是基于軟件的自動化？用戶有多種解決方案可以選擇：傳統的基于硬件的自動化、結合高級編程（例如C++）的混合硬件、集成驅動的硬件PLC、基于PC的軟件PLC，或者虛擬化（獨立于硬件的虛擬化環境）的解決方案。
Actemium北美工業和IT業務開發總監Wilfred Misener建議，首先分析現有裝置并評估其當前狀態，然后考慮設備的性能標準和流程，以確定用戶需求。驗證性能、連接性、I/O 容量、編程語言、可擴展性和可靠性，同時還要考慮安全性，這一點非常重要。
可擴展性是選擇控制器的一個重要因素。羅克韋爾自動化商業產品組合經理Liz Bahl Prosak認為，制造商應選擇能夠隨其生產需求增長的控制器，以便在不進行大規模改造的情況下實現未來的擴展。工業控制器通過模塊化硬件、靈活的編程、與各種系統的無縫集成、可擴展的通信協議和定期軟件更新來確保可擴展性和靈活性。這些功能使制造商能夠在動態生產環境中輕松擴展、調整和維護其系統。
集成性是另一個關鍵因素，因為控制器必須與現有系統兼容，并能夠無縫集成到其他設備和軟件中。此外，可靠性和支持也是必不可少的。制造商應考慮控制器的可靠性以及支持和備件的可用性。具有強大支持的可靠控制器可以減少停機時間并確保連續運行。通過仔細評估這些因素，制造商可以選擇既滿足當前需求又支持未來增長的控制器。
▲集成性是選擇工業控制器時應考慮的一個關鍵因素，因為控制器必須與現有系統兼容，并能夠無縫集成到其他設備和軟件中。
部署新控制器的挑戰
在現有制造系統中實施新的工業控制器時，哪些挑戰通常沒有得到解決？AutomationDirect產品工程師Alex Maercz認為易用性是一個很重要的選項。選擇帶有免費且易于獲取的軟件的控制器，會使設備的持續運行更加方便。當控制平臺提供大量基于網絡的文檔、培訓材料和視頻時，用戶可以培訓更多維護和工程人員使用這些產品，從而優化操作，并在需要時提供足夠的支持。
在與舊系統接口方面，一些控制器需要額外的硬件和軟件，并且需要額外付費。而一些先進的控制器平臺包括這些連接的開箱即用的本機選項，可以提供簡化的解決方案。
Avanceon運營經理Michael Fazzini認為，盡管存在挑戰，但在設計和測試文檔上投入足夠的時間總會帶來更好的結果。在設計初期就納入合適的人選，可以減少實施過程中需要的變更風險和數量。這包括制定編程標準，并在軟件開發過程中驗證其是否得到遵守。在整個過程中堅持維護標準和文檔，使將來執行更改和增強功能的效率大大提高。
Luis Narvaez指出，一些未解決的主要挑戰包括確保新控制器和現有系統之間的兼容性，這可能會變得復雜，還有一些其他挑戰包括：
■選擇一個能與現有系統（從傳感器到 SCADA）集成的控制器，對于最大限度地減少運行影響非常重要。
■新控制器的前期投資可能很大。然而，無所作為的成本可能會暴露出其他風險，帶來更高的財務影響，如更高的預防性維護成本、備件供應和價格、網絡安全/軟件漏洞以及缺乏有經驗的勞動力。
■來自員工的阻力。員工可能會抵制新技術的實施，因為他們害怕失去工作，或者擔心新系統會打破他們的舒適區。
■網絡安全風險。隨著制造商尋求做出更多數據驅動的決策以優化生產，制造系統的連接變得更加緊密，因此越來越容易受到網絡攻擊。確保制造商采用最新技術可以降低網絡安全事件的影響或風險。
■環境影響。新控制器可能會對環境產生重大影響，包括增加能耗和電子垃圾。
▲機器人技術的使用正在推動控制器技術的許多創新。制造商需要一種簡單、統一的方式來編程、操作和測試各種機器人系統。
網絡安全和可靠性
考慮到制造企業面臨的網絡安全形勢日益嚴峻，為了確保工業控制器系統的安全性和可靠性，Actemium公司采取了以下措施：
■盡可能將控制系統與互聯網和企業網絡隔離。限制對授權人員和設備的訪問。
■使用加密和協議，如 OPC UA、MQTT 和 HTTPS。
■定期軟件更新和修補。
■部署入侵檢測和防御系統。
■備份和冗余。
■安全密碼管理、雙因素身份驗證、定期安全審計和風險評估。
■員工培訓和提高安全意識。
■符合 IEC 62443、NIST 800-82 和 ISO 27001 等行業標準，以及安全的硬件設計、持續的系統監控和事件響應規劃。
采用 “沙盒”技術，即將控制系統與其他所有數字連接完全隔離，可能是防范網絡威脅的黃金標準。然而，如今對于遠程連接、可視化和數據訪問的需求、期望和要求，往往使得完全的沙盒隔離變得不切實際。Alex Maerc認為，更重要的是使用最新的控制器，這些控制器采用了強大且被行業認可的加密方法，并結合了對面向外部的通信端口的精細配置，以確保其安全鎖定，同時保持面向內部的端口開放，以便與OT層的舊設備進行通信。從更大的系統設計角度來看，每個控制器都應該受到防火墻或 VPN 的保護。此外，所有未使用的控制器服務、協議和端口都應支持禁用，以最大限度地減少整體攻擊面。
04工業控制器技術的未來趨勢
關于制造商應該注意的工業控制器技術的最大趨勢，Luis Narvaez認為，雖然 AI 傳統上是通過工業計算技術實現的，但預計 AI 技術將更接近 PLC。另一個趨勢是邊緣計算的引入。這些技術實現了更高效的數據處理和存儲，同時消除了硬件依賴性等障礙，使性能易于擴展。我們可以從虛擬控制器的引入中看到這一點。
此外，機器人技術的使用正在推動控制器技術的許多創新。由于最終用戶必須在其工廠中集成來自不同供應商的機器人系統，因此很難具備編程或控制這些系統的專業知識。制造商需要一種簡單、統一的方式來編程、操作和測試各種機器人系統。
Alex Maercz指出，工業控制器與外部世界的連接已成為最終用戶的首要需求之一，尤其是使用對 OPC UA 和 MQTT 等工業物聯網協議的原生支持。不幸的是，這也意味著工業控制器越來越成為黑客的目標。
保護工業控制器及其協議的能力已經取得了長足的進步，用戶需要確保他們在控制器平臺中需要這些功能，然后應用它們。一個相關的考慮因素是，許多用戶傾向于使用更開放的平臺。
Wilfred Misener認為，工業控制器技術的最主要趨勢包括認識到AI和先進機器人技術的能力，以實現風險緩解。其他趨勢還包括工業物聯網（IIoT），用于實現實時數據挖掘和分析，以及邊緣計算和云計算。
鑒于如今控制器的種類繁多以及先進功能的不斷涌現，選擇合適的控制器可能變得越來越困難。控制器能夠實現自動代碼生成的能力，可以向用戶展示如何實現增值效率提升。