下一代工业控制器：选型、部署与技术演进
随着工业自动化水平的提升，现代工业控制器在功能、连接性和模块化方面展现出显著优势，正逐步重塑制造现场的控制架构和系统部署方式。相比早期设备，当前控制器具备更强大的数据处理能力、更高的系统兼容性以及更强的可扩展性，以满足日益复杂和多样化的生产场景需求。
如今，工业控制器不仅涵盖PLC、PAC和IPC等多种类型，而且在功能配置上展现出高度的定制化能力。随着机器人、人工智能等技术在制造领域的广泛应用，企业在选型和部署控制器时需要综合考虑更多维度。
选型中的核心考量
西门子美国Simatic控制器产品经理Luis Narvaez指出，控制器选型应从多个方面着手评估：
- 安装环境：是置于控制机柜内（IP20等级）还是直接部署于设备外部（IP67/68等级）？
- 应用规模：小型应用（≤50个I/O点）、中型应用（≤100个I/O点）还是大型应用（＞100个I/O点）？
- 编程语言：是否支持IEC 61131-3标准，还是兼容高级语言如C++？
- 运动控制需求：是否需要基本定位控制、增强型轨迹控制，还是高级路径规划能力？
- 自动化方式：基于硬件的PLC、混合架构的控制系统、集成驱动的PLC、基于PC的自动化方案，抑或虚拟化控制器？
Actemium北美业务开发总监Wilfred Misener则建议，在选型前应详细评估现有设备的性能指标和流程要求。性能表现、通信能力、I/O容量、可编程语言的支持范围、扩展潜力以及系统安全性都是不可忽视的要素。
罗克韦尔自动化产品组合经理Liz Bahl Prosak强调，可扩展性是选型时的重要考量因素之一。选择具备模块化设计、开放架构和灵活通信协议的控制器，有助于企业在不同生产阶段实现平滑升级，而无需大规模更换系统。
集成性也是决定控制器选型成败的关键因素之一。控制器不仅需要与现有PLC、传感器、HMI、SCADA等设备兼容，还应支持多协议通信，例如EtherCAT、PROFIBUS、OPC UA等。此外，设备的可靠性与供应商支持能力同样重要，能够有效降低系统故障率和维护成本。
控制器部署中的主要挑战
AutomationDirect产品工程师Alex Maercz提到，部署新控制器时，用户界面的友好性与技术文档的完整性往往容易被低估。采用易于使用且配套资源丰富的控制器，有助于提升工程师的上手效率，并通过在线培训和视频教程加快团队适应过程。
与旧系统对接时，部分控制器需要额外的中间件或适配器，这可能会增加部署成本和复杂度。然而，一些高端控制器平台已集成多种原生通信协议，能够减少额外配置的工作量。
Avanceon运营经理Michael Fazzini认为，前期的设计与文档编制是确保控制器成功部署的关键。在项目初期就引入相关技术人员，有助于降低后期系统变更的频率和成本。通过制定统一的编程规范并在开发过程中持续执行，可以提升系统的可维护性与可扩展性。
Luis Narvaez进一步指出，控制器部署中的主要挑战包括：
- 新旧系统兼容性问题，可能涉及I/O信号匹配、通信协议转换和数据采集方式的适配。
- 高昂的初始投资，可能带来诸如维护成本上升、备件短缺、网络安全风险和人力资源缺口等潜在风险。
- 员工对新技术的抵触情绪，特别是在担心技能淘汰或系统稳定性问题时。
- 网络安全风险随着系统互联程度的提高而上升，控制器成为攻击者的主要目标。
- 环境影响，尤其是能耗和电子废弃物问题，成为绿色制造的考量因素。
提升安全与系统可靠性
面对日益严峻的网络安全挑战，工业控制系统安全已成为企业关注的重点。Actemium公司采取了多项措施以提高控制器系统的安全防护能力，包括：
- 尽可能实现控制系统与企业网络和互联网的物理隔离，限制非授权访问。
- 部署加密通信协议，如OPC UA、MQTT和HTTPS。
- 定期进行软件更新与漏洞修复。
- 部署入侵检测和防御系统（IDS/IPS）。
- 实现数据备份与系统冗余。
- 采用强密码策略、双因素身份验证和定期安全审计。
- 确保符合IEC 62443、NIST 800-82和ISO 27001等国际安全标准。
- 开展员工安全培训，提高整体安全意识。
- 在控制器设计中集成安全硬件模块，建立系统监控与应急响应机制。
尽管“沙盒”隔离是理想的网络安全解决方案，但在实际部署中，完全断开网络连接并不现实。Alex Maercz建议，采用具备现代加密技术和端口配置能力的控制器，能够有效防范网络攻击。此外，应为每个控制器部署防火墙或虚拟专用网络（VPN），同时关闭所有非必要的通信端口，以降低攻击面。
工业控制器的未来发展方向
Luis Narvaez预测，AI和边缘计算将成为未来控制器技术的两大驱动力。AI能力正逐步从工业计算机平台下沉到PLC层面，带来更智能的控制逻辑和实时决策能力。同时，边缘计算的引入使得控制器可以在本地完成数据处理，减少对云平台的依赖，提高响应速度和系统稳定性。
机器人技术的发展也对控制器提出了新的要求。随着企业越来越多地集成多品牌机器人系统，如何统一控制和编程接口成为一大挑战。具备开放架构、支持标准化编程语言和统一调试工具的控制器，将成为企业优选方案。
Alex Maercz指出，控制器与外部系统的连接能力已成为用户的核心诉求。OPC UA、MQTT等工业物联网协议的原生支持，正在成为新一代控制器的标准配置。然而，这也意味着控制器面临更高的网络安全风险。因此，用户在选型时必须确保控制器平台具备完善的安全机制，并在部署时充分利用这些功能。
Wilfred Misener认为，工业控制器的演进方向还包括AI与高级机器人技术的深度融合，以提升制造系统的智能化水平。同时，工业物联网（IIoT）将推动实时数据采集和分析能力的发展，而云计算和边缘计算的结合将进一步优化资源分配与系统响应。
随着控制器技术的不断演进和应用场景的日益复杂，企业在选择和部署控制器时，应更加注重系统的开放性、灵活性和安全性。具备自动代码生成功能的控制器，正逐渐成为提升效率和降低开发成本的重要工具。
图1：集成性是选择工业控制器时应考虑的一个关键因素，因为控制器必须与现有系统兼容，并能够无缝集成到其他设备和软件中。本文图片来源：西门子
图2：机器人技术的使用正在推动控制器技术的许多创新。制造商需要一种简单、统一的方式来编程、操作和测试各种机器人系统。