四個熱詞，四類方案，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的二個關鍵設備

2022-07-22 來源：作者：深圳市中電網(wǎng)絡技術有限公司

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前言

物聯(lián)網(wǎng)是看得見摸得著的“實物”，電表自動抄表、自動充值付費和錯峰計費是中國最成功的物聯(lián)網(wǎng)應用，是家喻戶曉的事情。但是，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是什么，與物聯(lián)網(wǎng)的異同點，許多人還不清楚。對于2B制造業(yè)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)走進工廠，廠長、車間主任在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目落地時還要考慮工業(yè)計算機與PLC的采購和選型，他們是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最重要的智能計算與控制單元。我們今天來談談物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)計算機和PLC四個行業(yè)熱詞以及他們的產(chǎn)品應用方案。

物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的異同

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)環(huán)境的應用。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)注重機器對機器(M2M) 通信、海量數(shù)據(jù)和機器學習。相比之下，物聯(lián)網(wǎng)更側重于商用設備互聯(lián)和應用程序，上行數(shù)據(jù)大，下行數(shù)據(jù)少，數(shù)據(jù)采集多，執(zhí)行控制少。但是，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)具有相同的架構，它們都需要傳感器、設備、連接選項和數(shù)據(jù)分析。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備需要堅固耐用的設計質量來承受嚴苛的工業(yè)環(huán)境部署。

物聯(lián)網(wǎng)連接更多的商用設備，如智能手表、智能小工具、智能冰箱等，而工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)互連工業(yè)環(huán)境中使用的設備，如生產(chǎn)線、醫(yī)療設備、智能交通和其他關鍵任務工業(yè)部署。因此，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案架構使用的設備必須堅固耐用且能夠承受具有挑戰(zhàn)性的工業(yè)環(huán)境。盡管物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備之間存在差異，但它們仍然具有相同的物聯(lián)網(wǎng)解決方案架構。

工業(yè)計算機和PLC的異同

自動化是提高工廠產(chǎn)量和降低制造業(yè)成本的關鍵因素，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心意義。工業(yè)電腦 (IPC)和可編程控制器（PLC）是自動化乃至工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最重要的計算、執(zhí)行計算與控制單元，他們能有利推動機器和人工交互方式的工業(yè)自動化水平。我們先來看看IPC和PLC的異同，再討論哪種類型的雙控系統(tǒng)是最合適的。

· 關于PLC

可編程邏輯控制器(PLC) 廣泛用于工廠自動化流程。早在1970年代，PLC就改變了自動化系統(tǒng)的游戲規(guī)則，旨在取代繼電器、電器面板和開關盒。隨著時間的推移，PLC 已經(jīng)升級為更堅固的設計、可擴展的功能和可編程系統(tǒng)。PLC的編程語言（稱為梯形邏輯）允許PLC高度可定制以實現(xiàn)機器自動化。這種堅固性和多功能性使PLC成為替代舊繼電器和開關盒的流行選擇。

· 關于IPC

隨著計算機芯片變得更強大、更小、更便宜，IPC在自動化行業(yè)中越來越受到關注。IPC可以涵蓋PLC 提供的監(jiān)督控制，但具有更多工作負載，例如 HMI、網(wǎng)關、AI 應用程序等。由于GPU、TPU、VPU、NVMe SSD等性能加速器，IPC能夠執(zhí)行這些工作負載的整合,整合工作負載可減少其在工廠車間內的硬件占用空間。普通計算機和工業(yè)計算機有著非常相似的基本組件，例如CPU、RAM、SSD 和GPU。但是，工業(yè)電腦的制造和設計能夠承受極端環(huán)境條件，從極端溫度到?jīng)_擊和振動暴露。IPC極其堅固的設計和制造材料是無風扇設計、一體式機箱和工業(yè)級材料。它們不僅支持最新技術，還支持工廠自動化中常見的傳統(tǒng)技術，如串口、COM、M12 連接器、DIO、GPIO 等，導致工業(yè)PC 在制造自動化方面的快速增長。

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· IPC和PLC有7個異同點

1. 運營吞吐量

PLC帶有一個實時操作系統(tǒng)，可以持續(xù)監(jiān)控來自連接設備的輸入，然后根據(jù)其程序執(zhí)行決策命令。PLC的操作系統(tǒng)專為執(zhí)行與控制相關的任務而設計，自備防病毒程序或注冊表清理程序，減少操作處理吞吐量。

IPC可以執(zhí)行與PLC相同的任務，其操作系統(tǒng)使它們能夠運行PLC無法使用的復雜應用程序。IPC不僅僅實現(xiàn)控制，還可以整合工作負載，從而減少硬件占用空間。IPC 的操作系統(tǒng)（如Windows 和Linux）容易受到網(wǎng)絡攻擊，但當前的防病毒軟件和防火墻已經(jīng)足夠先進，可以降低這種風險。

2. 編程工程師群體

IPC和PLC之間的下一個區(qū)別是程序的開發(fā)和執(zhí)行方式。PLC通常實現(xiàn)基于掃描的程序執(zhí)行，而IPC通常是事件驅動軟件。例如，PLC 軟件邏輯在IEC 61131-2 標準中指定，如梯形邏輯或其他專有供應商語言。相比之下，IPC使用諸如 C/C++/.NET 等編程語言在Windows或Linux操作系統(tǒng)上運行。可以看出，IPC編程工程師群體大，梯形邏輯需要培訓特殊編程人員。因此IPC更容易編程，也給予與更多機器和設備進行交互。

3. 安全

安全性是工業(yè)自動化的不利因素之一，也是當前的技術弱點。工業(yè)系統(tǒng)應該處理兩個安全基礎。首先，阻止來自未經(jīng)授權的外部訪問的攻擊。其次，根據(jù)用戶的權利或指定來限制用戶的訪問。工控機利用主板內嵌的TPM（可信平臺模塊）2.0對數(shù)據(jù)進行加密。PLC是安全的，因為它們沒有無線連接。PLC使用看門狗+軟件加密的軟硬兼施的安全措施，代表作是西門子安全PLC或博拓KNOWHOW安全模塊。

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4. 品質堅固

IPC和PLC都用于在極端環(huán)境中運行，非常堅固耐用，具備以下7點要素：

1)無風扇設計

2)高效散熱處理

3)寬溫度范圍

4)抗沖擊和抗振動

5)高IP等級

6)可擴展模塊

7)配備電源點火管理

5. 擴展能力

IPC和PLC都需要控制各種設備以進行控制、監(jiān)視和通信。它們都配備了多個COM端口和其他I/O工業(yè)通信協(xié)議，包括CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT 和 EhterNET/IP。盡管兩者都可以支持這些技術，但是IPC是擴展槽結構，靈活性高，PLC是主板內置無法擴展。比如，IPC具有各種COM端口、LAN、USB和HDMI端口，以及無線網(wǎng)卡、5G 模塊、SSD 存儲到 GPU 加速器的擴展。這些功能使ＩPC能夠整合來自不同硬件的工作負載，而不僅僅是PLC。ＩPC可以自行運行HMI 應用程序，而PLC需要單獨的HMI應用程序才能在顯示面板上顯示任何內容。

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6. 處理能力和存儲

IPC可搭載先進處理器（CPU，NPU和GPU等）和存儲器，除傳統(tǒng)IPC功能，還可實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算功能，提高終端設備智能和網(wǎng)絡運營效率。PLC采用專用微處理器實現(xiàn)特定控制功能，速度快、效率高，程序小，靈活性高。例如，PLC 管理高速I/O非常出色。

7. 成本

IPC與PLC的成本比較是PLC對于較小的應用成本較低，而工業(yè)PC的初始成本較高。然而，隨著應用程序變得越來越復雜和計算量越來越大，PLC的累積成本可能會超過工業(yè)PC。雖然PLC的初始成本較便宜，但需要額外的計算能力或外圍設備時，價格會呈指數(shù)增長。相比之下，工業(yè)PC 的初始成本更高，但在需要升級計算能力和可擴展性時成本要低得多。

· IPC與PLC選擇平衡

當您為工業(yè)自動化系統(tǒng)選擇方案PCBA來搭建計算控制設備時，IPC與PLC都有自己的位置。PLC更適合運行具有特定功能的小型自動化系統(tǒng)。PLC堅固耐用、經(jīng)濟高效且高度安全，適用于工業(yè)部署。而IPC非常適合對計算和存儲有高需求的場景，適合多功能性的復雜任務。IPC的總擁有成本(TCO) 較低，一些應用程序可以在其操作中同時使用IPC與PLC 來相互平衡成本和收益。

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