PLC，PAC，PC，FPGA：解码差异

当涉及机器控制时，工程师们比以往任何时候都有更多的技术选择：可编程逻辑控制器（PLC），运动控制器，可编程自动化控制器（PAC），工业PC以及甚至像现场可编程门阵列（FPGA）的嵌入式解决方案。在您通过字母汤游泳之前做出决定，您必须知道从哪里开始。在这里，我们提供了一个了解技术基础的跳板。
几十年来，自动化取决于机电继电器作为主要控制结构。继电器基本上是为了把事情做好事情。因此，即使控制简单的任务也需要嵌套层次的继电器：一个继电器打开和关闭设备，另外一个继电器关闭并关闭该第一个继电器。每个都必须独立连接。除了最简单的设计，系统迅速变得昂贵，复杂和耗电，同时为机柜消耗大量的空间。更糟的是，这些继电器的墙壁几乎没有灵活性。更改机器的功能或操作参数通常需要批量更改硬件，这是昂贵的，耗时的，困难的。
1968年，理查德·莫利（Richard Morley）创建了可编程逻辑控制器（PLC）作为一种更灵活，更强大，更紧凑的选择。1
可编程逻辑控制器（PLC）
PLC是由微处理器和存储器以及选择的外设组成的加固型控制器件。初始设备使用梯形图逻辑进行编程，使其对习惯于继电器的电工方便用户。最近，根据IEC 61131标准，它们可以用各种其他语言编程，包括结构化文本和功能块。
与继电器相比，PLC提供了几个主要优点。它们更紧凑 – 即使是高度复杂的系统，继电器的墙壁减少到更少的PLC数量。它们更节能，更经济。他们也更强大。它们从一开始就设计用于极端环境，使其能够容忍冲击和振动，极端温度，EMI和污染。但最大的好处就是他们提供的灵活性。许多更改可能发生在软件而不是硬件上。
PLC擅长计数和定时以及管理I / O等任务。尽管最初它们只具有离散的逻辑功能，但现代版本支持模拟功能。今天大多数设备都具有内置的连接功能。这一点非常重要，因为PLC的所有逻辑功能都在功能上受到限制。虽然PLC可以处理几个运动轴，但是除了最基本的应用之外，更新速度可能太慢了。具有较高轴数和更高同步运动的系统通过组合PLC运行机器和专用运动控制器来更好地运行，以关闭单个轴上的速度和定位回路。这既提高了性能，又减少了PLC的计算负担，释放了其他活动的周期。
这种集中运动控制架构的缺点是需要在控制器，驱动器和电机之间进行长时间布线运行。这反过来又增加了成本和失败点。此外，这种集中控制柜占据了宝贵的占地面积，需要主动冷却，以避免电子设备故障，从而进一步提升价格标签和复杂性。
或者，运动控制任务可以由智能驱动器来执行。早期，这些类型的分布式运动控制架构只被认为适合简单的移动; 例如，他们不能有效地描述一个圈子。今天的智能驱动器不仅支持基本运动，而且可以在主从架构中菊花链连接，以支持复杂的运动配置文件和路径。这些驱动器足够坚固，可以安装在机器上，而无需保护气候控制柜。某些版本还支持安全功能，可用于保护运营商并提高吞吐量并减少停机时间。
（注意：这些分布式运动控制架构与分布式控制系统（DCS）不同，分布式控制系统主要包括将某些过程控制功能从PLC卸载到专用子系统的过程行业解决方案。
可编程自动化控制器（PAC）
上述基于PLC的系统的类型可以有效，但需要专业知识，时间和精力来实现。在20世纪90年代，供应商开始开发集成逻辑和I / O以及附加功能的控制设备。2001年，ARC咨询组（Dedham，Massachusetts）提出了绰号PAC描述这种新方法。这是一个产生一定程度争议的术语，只不过是一个功能强大的PLC的新词，但越来越多的行业已经将PAC作为一个独特的产品类别。
PAC包括多个处理器来处理除基本逻辑和I / O之外的各种功能。这些功能包括数字（例如运动控制），模拟（例如过程控制）和串行（来自测试设备，键盘，扫描仪等）的I / O任务。因为PAC已经包括这些功能，所以它们消除了将PLC与运动控制器集成所需的时间和精力。因此，它们在离散制造业中日益普及。
PAC支持各种编程语言和连接选项。它们可以基于PLC或专用处理器。配备自定义处理器的设备具有更高的功能 – 例如100,000个I / O点，而只有1000个或基于PLC的版本。也就是说，除了最大和最复杂的操作之外，基于PLC的PAC可以很好的做到这一点。有意思的是，最新的ARC咨询分析报告指出，在离散制造业中，基于PLC的PAC已经开始捕获PLC市场份额，达到预期，纯PLC将作为替代零件的需求将超过其在新版本中的使用（另外一个公告可能引发争议）。2
基于PC的控制通过PC启用的软运动
，提供更高水平灵活性的另一个控制选项。根据软件定义功能技术的总体趋势，基于PC的运动使OEM可以轻松地自定义系统，同时保持对控件硬件的透明度。该方法使集成商和OEM可以自由选择其功能和语言以适应其应用。这对于具有IT /编程背景的人来说更为吸引人。
早期，用于制造的PC具有可靠性方面的重大问题。与从恶劣环境下开始设计的PLC不同，用于离散制造的PC是商业机器，不能容忍典型工厂环境的条件。Windows操作系统使它们容易受到系统不稳定以及操作员的干扰。然而，这已经改变了。今天的工业PC已经坚固耐用，从上到下，具有环保和拆卸任何移动部件。像VMware这样的虚拟机管理程序允许将单个内核分成多个独立运行的独立分区，直到操作系统。
嵌入式控制
在频谱的另一端，嵌入式控制系统利用现场可编程门阵列（FPGA）来定制使用硬件而不是软件的性能。对于常规控制解决方案无法满足的异常要求的帮助，FPGA比更昂贵且难以开发的专用集成电路（ASIC）提供了更易于访问的解决方案。该方法可用于解决一次性高性能项目，如分段望远镜，具有数千个执行器，无法用常规PLC / PAC解决方案解决。或者，FPGA可用于卸载高度复杂系统中的控制逻辑和I / O触发等任务，释放CPU周期来处理更复杂的任务，如轨迹生成。
以上是对这些控制选项的高级总结。也就是说，每一个都存在于一个广泛的连续体上，与维恩图中的高端和低端的其他动画控制相重叠。当今最先进的一些PLC可以提供更简单的PAC的性能。最好的PAC拥有处理能力来对抗软运动。甚至继电器已经进入图片，增加了一定量的可编程性。
为您的应用找到最合适的解决方案不仅需要考虑功能和性能，而且要考虑成本，使用寿命，以及将要构建和维护系统的人员的技能。与您的供应商和最终用户紧密合作，确保您创建足够的系统以满足未来十二年的制造需求，同时也是最终用户能够保持最佳性能的系统那时候