主控单元 智能制造的大脑

　　智造单元是构建智慧工厂的最小化基本单元，而智造单元的核心是则其主控单元，相当于智造单元的大脑，赋予了智造单元数据采集管理、设备监控调度、远程通讯、智能决策乃至AI智能化演进的能力。从传统的自动化产线到面向未来的智造单元，作为其大脑的控制器，也迭代出了PLC、IPC、PAC等多种形式，而面对纷繁复杂的智能化项目需求，对于控制器的选择，项目管理者也往往颇为纠结，小编就根据不同控制器的特点为大家一一解惑。首先让我们先来了解PLC、IPC、PAC的技术特点及功能。

　　PLC

　　PLC（Programmable Logic  Controller）可编程逻辑控制器，主要集中在对逻辑的控制， 在与多个点位的控制。在单体的设备，如入门及的点胶机、包装机及产线控制等多部分是用PLC。从CPU算力的要求来说，计算量并不多，大部分基于MCU或者ARM来设计而成。当计算力不够时会增加DSP，接口不丰富的时候会增加FPGA来做。

PLC性能依赖于专用硬件，应用程序的执行是依靠专用硬件芯片实现，因硬件的非通用性会导致系统的功能前景和开放性受到限制，由于是专用操作系统，其实时性、可靠性与功能都无法与通用实时操作系统相比，这样导致了PLC整体性能的专用性和封闭性。由于PLC的用户应用程序执行是通过硬件实现的，所以我们在市场上看到的多是专机专用，复用性并不多。在3C产品线生产中，我们就看到了所生产的产品周期接收后，这PLC也就随之收仓入库，做资产报废。 

　　早先PLC其显著的特点是有IO接线点，大部分甚至没有网线的接口。如下图所示，但在专机专用上非常适合。

　　IPC

　　IPC ( industrial Personal Computer) 业内多翻译为工控机( IP CAMERA网路摄像机也是IPC的常见缩写，不在本文讨论范围)   但工控机，其实不准确，应该为行业计算机。其广泛的适用在非家庭个人环境下的计算机，比如工厂的一体机、抬头屏，在不影响生产的时候适用的PC，可以适用IPC。 但在核心的工厂控制领域，很多时候不能用到这类机型。其对靠性、稳定性、电性参数要求更高。虽然从外形上有几分相似， 但在接口处理、物理接线上以及软件的要求上都有了质的不同。

　　PAC

　　PAC (Programmable Automation Controller)　可编程自动化控制器，其不单有逻辑控制，同时也会侧重于运动控制。通过不同工业总线接口连接运动单元，由此是面向更为复杂的工业设备而来的产品，如半导体设备、高速印刷设备、3D打印设备等等。 从CPU的算力要求来说，计算量更为复杂，有浮点运算的需求，非常多的高端设备多使用PAC设计。

从计算核心架构来看由于开放性多采用x86的架构设计产品，同时也因为更高性能产品会使用到FPGA等。相比较PLC使用的PID控制算法在PLC的硬件架构下并未最佳化，在现实运动控制，其复杂的算法要求下，需要强大的浮点运算处理器，也需要大量的内存，PAC平台可以同时提供这两项资源。工程师必须将其控制算法最佳化，使它不只是简单的PID控制。在工业设备复用的时候发挥了很大的作用。PAC的性能是基于其轻便控制引擎，标准、通用、开放的实时操作系统，高性能计算硬件系统设计。由于开放及柔性化，也就奠定了未来在”软件定义生产中” 提供了夯实的基础。

　　以关维科技的UMC-900智能控制器为例，采用英特尔高性能处理器，强大的通讯能力，支持OPC-UA、EtherCAT及Modubus TCP等多种通信协议。支持IEC6113编程规范，统一编程调试平台。支持EtherCAT运动控制及IO模块扩展，EtherCAT周期1ms时，最大总线运算速度可带128轴，实时抖动20us。三网口设计，其中两个EtherCAT口双EtherCAT主站可实现不同任务优先级独立控制，满足多样化需求。同时支持机械手、CNC，电子凸轮、机器人等丰富的总线运动控制功能。

　　从这个产品案例中我们可以看到，PAC尤其是高实时高算力的PAC，其应用领域较PLC及IPC更加广泛且专业度更强，尤其特别适合各种高精高性能机械自动化装备行业的需求，如：光伏、锂电、储能、半导体、包装物流、机器人、特种机床等高端自动化设备。

　　同是控制器PLC，IPC，PAC该怎么选？

　　从PLC，PAC, IPC的实现难度来说，PLC产品实现要求既要了解硬件，同时也需要对工业嵌入式软件有深度的沉淀。通常完成的大部分是嵌入式工程师。 面向的是单一的行业需求，有非常多本土公司都实现国产化。 其附带有不开放的应用软件编程， 在专机的自动化设备内广泛应用。　

　　IPC产品的实现在目前来看，是相比较是最容易实现的产品。但如果在核心设备上使用的话，对于后续的纠错成本非常的高，大部分是安装window系统，无任何的软件附带。　

　　PAC产品由于它的开放性，良好的适用性，实现要求比较高，既要有硬件，同时又需要有BIOS、RTOS工业应用软件及非常好的项目管理能力的沉淀，才是完成适用于多种工业设备下的PAC产品设计。其所附带开放型的应用软件编程，在高级的制造设备内广泛应用，目前主要还是以进口为主。

　　PLC、PAC和IPC之间如何选择，还是有很多因素需要考虑，例如预算、规模大小、支持度、复杂程度以及未来的扩展性。

　　从工厂环境下适用的范围来说，在不影响生产的时候，或者说可以接收多次设备重启的情形下，计算设备可以使用IPC。

　　在可能影响生产速度及质量的时候，其设备使用PLC或者PAC。

　　如果对生产线多是逻辑控制的时候，使用PLC。

　　从自动化程度考虑，对于自动化程度高，可靠性高的情况下(如半导体生产设备, 工业印刷机等)， 使用PAC产品。

　　较为简单的方法就是，看你所需要控制的电机轴数，低于8个轴的，多用PLC，超过16个轴的用PAC。

　　虽然通过多个PLC去实现的设备，后期维护的时候就一台PAC，相对简单，但多PLC更为复杂，PAC产品虽然简单易用好维护，但对电气工程师软件能力要求非常的高。

　　结后语

　　除了传统的PLC、PAC及IPC控制器，随着工业4.0的发展，边缘可编程工业控制器逐步在智能制造和工业互联网领域发挥着巨大影响。下一期，我们就来重点聊聊边缘计算控制器有可以实现哪些堪称神奇的智能控制。