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内部机器:PC 与 PLC - 比较控制选项

T 1970 年代看到了PLC 或可编程逻辑控制器 ,这将永远改变工业环境中实现自动化的方式。以粗犷着称 d 设计和可扩展的实施,PLC 已被所有主要制造商采用,至今已成为工业自动化的标准。 Allen-Bradley、欧姆龙、西门子、AEG等成为PLC的领导者 很快,控制器就具备了计算机的处理能力,同时还能承受恶劣的工业条件。

直到 1990 年代,人们才重新开始对个人电脑产生兴趣。主要原因是处理器速度的提高、尺寸的减小和成本的下降趋势。由于他们对包括 PLC 在内的其他机器提供的监督控制水平,各行业也开始将 PC 整合到他们的工厂中。

然而,今天 PLC 和 PC 都开发了类似的功能,这使得控制工程师很难决定使用哪种产品。让我们来看看这两款产品的核心功能。

PLC 被设计为继电器面板和开关盒的更流线型、精简、高度灵活和坚固的替代品。它通常被分配特定的任务,这些任务被预先编程然后执行。但是,定制是 PLC 必须提供的另一个因素,因此为所有编程活动选择了独特的语言和结构。称为“梯形逻辑” ,这允许根据情况快速自定义代码。除此之外,PLC 还必须首当其冲地承受电磁辐射、振动和污染。随着时间的推移,PLC 也必须跟上发展中的技术。很快,以太网连接,PID 过程控制 并且集成安全成为 PLC 的一部分,增加了其长长的功能列表。

PC 最终开发出的特性使其在功能方面与 PLC 保持一致。此外,由于卡插槽和端口的可用性,它们保留了它们的稳健性和定制性。 PC 的处理能力通常高于 PLC,因为它们包含实时内核,使其能够执行时间关键任务并实施控制算法。

最终目标是对工业资产进行稳健、高效和可靠的控制 ,因此必须将 PLC 和 PC 的每一个凭证都放在一起,以获得更好的理解和合乎逻辑的结论。

操作

标准 PLC 嵌入了实时操作系统,该系统使用专用处理器确保控制操作期间的高度可靠性。 PLC 的操作系统专为执行与控制相关的任务而设计,因此不需要防病毒程序或注册表清理程序等实用程序。这实际上增加了系统的处理吞吐量,确保使用更多的处理周期来监控关键参数。

PC 还设计有实时内核和相关操作系统,在处理能力方面与 PLC 并驾齐驱。由于早期系统崩溃的经历非常普遍,因此 PC 的可靠性受到了困扰。然而,这一限制很快就被专门为工业使用而构建的更简单的操作系统消除了。

因此,PLC和PC目前在操作上处于同一水平。

硬件集成

今天的工业要求不再类似于 20 年前的要求。 PLC和PC都需要控制大量设备进行通信、监控和控制,因此应具有足够的扩展能力。知名的工业通讯协议有Profbus、CANbus、Modbus、EtherCAT、EtherNET/IP等。

尽管 PLC 和 PC 都提供了这些现场总线选项,但 PLC 默认内置了所有这些功能。相反,PC 可能需要扩展卡来支持特定协议。但是 PC 中更多数量的扩展槽意味着更大的定制是可能的,并且可以使用各种各样的接口进行操作。

这使得 PC 在处理高级高分辨率成像或其他具有多个意外处理要求的任务时领先于 PLC。此外,如果要使用 PLC 完成需要内存的任务,则必须安装辅助工业 PLC 以跟上动态参数和连接。

安全

由于设备之间的连接性增加,网络间谍活动一直在增加。工业安全对于确保持续正常运行时间和最大生产力至关重要。 PLC/PC 应该关注两个基本的安全维度:

  • 阻止来自外部攻击的未授权访问
  • 根据用户的权限/指定限制用户访问

传统上,PLC 被认为对恶意软件攻击免疫,这在某种程度上是正确的。 PLC 具有专用的操作系统和有限的功能,与 PC 相比,它们受到攻击的风险较小。然而,最近发生的事件,例如针对西门子 PLC 的恶意软件“Stuxnet”,削弱了 PLC 对病毒免疫的声誉。尽管如此,此类攻击的记录实例仍然非常有限。相比之下,PC 极易受到恶意软件攻击,需要一流的防病毒保护和监控。

编程

编程环境和语言对于获得最佳效率至关重要,无论是来自 PLC 还是 PC。 PLC 和 PC 之间的主要区别之一是开发和执行程序的方式。 PLC 通常遵循基于扫描的程序执行,而 PC 软件通常是事件驱动的。不同的执行风格又转化为不同的编程理念。

PLC 使用 IEC 61131-3 标准中指定的语言进行编程 ,即梯形逻辑或专有供应商语言。相比之下,基于 PC 的程序使用 C/C++/.NET 等语言。没有一种语言比另一种更好,因为它完全取决于程序员的专业知识。但是由于基于 PC 的解决方案和课程的增加趋势,程序员更有可能发现 C/C++/.NET 与梯形逻辑相比更灵活。

成本讨论

这可能是讨论的最后一个话题,但却是最重要的话题之一。当今的自动化和控制问题是多维的,可以通过多种方式解决。 基于 PC 或基于 PLC 的解决方案 符合某些应用程序的条件,但证明有害的主要限制是与这些解决方案相关的成本。

  • 性能与成本

基于PC的解决方案的初始成本可能高于PLC解决方案,但每当需要处理要求苛刻的计算和复杂的网络负载时,基于PC的程序成本更高-有效的。相比之下,PLC 最初可能很便宜,但随着处理能力的提高,它们的成本呈指数趋势。

  • 可扩展性与成本

由于PLC通常支持标准的工业设备,在不需要添加外设的情况下,PC的成本比PLC高。然而,当一个解决方案需要过多的外部控制时,基于 PC 的解决方案比基于 PLC 的解决方案更适合。

  • 耐用性与成本

PLC 不需要过多的保护设备来增加其坚固性和屏蔽性。相比之下,PC 可能需要大量投资来保护其免受恶劣环境的影响,以保证最长的正常运行时间。

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