下一代工业控制器：选型、部署与未来趋势
在工业自动化领域，尽管基础型工业控制器依然广泛应用，但随着处理能力、连接性与模块化需求的提升，先进工业控制器正逐步改变机器控制的决策方式。
Mat Dirjish
现代工业控制器相较于早期产品，在处理性能、网络能力以及适应性方面均有显著提升。无论是可编程逻辑控制器（PLC）、可编程自动化控制器（PAC），还是工业PC（IPC），当前设备普遍具备高度可定制的架构，以更好地满足多样化的应用需求。
随着人工智能和机器人技术在制造流程中的普及，企业在选型和部署工业控制器时需考虑的要素也日益复杂。明确关键参数并了解在现有系统中部署新控制器可能面临的挑战，已成为工业工程师的重要任务。
工业控制器选型的核心考量
在为特定生产场景选择控制器时，应综合考虑哪些因素？西门子美国Simatic控制器产品经理Luis Narvaez指出，以下几个方面尤为重要：
- 控制器的安装环境：是否为机柜内（IP20）或外部设备（IP67/68）？
- 应用规模：小型（≤50个I/O点）、中型（≤100个I/O点）还是大型（＞100个I/O点）？
- 使用的编程语言类型：是否支持IEC 61131-3标准，或是否需要高级语言如C++？
- 是否需要运动控制功能？具体包括基本速度控制、增强型运动控制或高级轨迹控制？
- 自动化方式的选择：基于硬件的自动化、混合型系统（结合高级编程）、集成驱动的PLC、基于PC的软件PLC，或虚拟化方案。
Actemium北美工业与IT业务发展总监Wilfred Misener则建议，首先需对现有设备进行评估，并分析其性能和流程，从而确定实际需求。同时，应验证控制器在性能、连接性、I/O容量、编程语言支持、可扩展性以及安全性方面是否匹配。
可扩展性是选型过程中不可忽视的要素。罗克韦尔自动化产品经理Liz Bahl Prosak强调，工业控制器应具备随业务增长而升级的能力，避免因系统扩展而必须进行全面重构。模块化设计、灵活的编程环境、无缝集成能力、可扩展的通信协议以及持续的软件更新，都是确保长期适应性的关键。
集成能力同样至关重要。控制器必须兼容现有系统，并能与各类设备和软件实现无缝对接。此外，制造商还应关注设备的可靠性及厂商的技术支持服务。具备强大售后体系的控制器，有助于减少停机时间，保障系统连续运行。
新控制器部署的挑战
在现有制造系统中部署新型控制器时，哪些问题常被忽视？AutomationDirect产品工程师Alex Maercz指出，控制器的易用性极为关键。配备免费且易于获取的软件工具，有助于设备长期稳定运行。同时，若平台提供丰富的在线文档、培训资料和视频教程，则更有利于培养技术团队，提升整体运维效率。
图1：集成能力是控制器选型的关键因素之一。控制器必须能够与现有系统兼容，并实现与其他硬件和软件的无缝连接。本文图片由西门子提供。
在与旧系统对接时，部分控制器需要额外的硬件和软件支持，甚至需额外付费。而一些高端控制器则提供了开箱即用的集成方案，有助于简化部署。
Avanceon运营经理Michael Fazzini认为，尽管部署过程中存在挑战，但投入足够时间进行设计与测试文档的制定，将有助于提升整体结果。在系统设计初期就引入合适的工程人员，可显著减少后续变更的需求。此外，制定并遵守统一的编程规范，有助于提高系统的可维护性。
Luis Narvaez补充道，控制器与现有系统之间的兼容性问题是部署中常见的难点，尤其在涉及从传感器到SCADA系统的全面集成时更为复杂。其他挑战还包括：
- 前期投资成本较高。但相比之下，不采取行动可能导致更高的维护费用、备件短缺、网络安全漏洞以及劳动力资源的流失。
- 员工抵触。新系统可能引发对现有岗位的担忧，或因操作复杂而遭遇抵制。
- 网络安全威胁。随着工业系统连接性增强，控制器面临的安全风险也显著上升。
- 环境影响。新控制器可能带来更高的能耗和电子废弃物。
网络安全与可靠性
鉴于制造业面临日益严峻的网络威胁，Actemium公司提出以下安全实践方案：
图2：机器人技术的发展正推动控制器技术的革新。制造商亟需一种统一的编程和操作方式，以适配多种机器人平台。
- 尽可能将控制系统与互联网和企业网络隔离，仅限授权人员访问。
- 采用加密通信协议，如OPC UA、MQTT和HTTPS。
- 定期更新软件并修补漏洞。
- 部署入侵检测与防御系统。
- 实施数据备份与冗余机制。
- 使用强密码策略、双因素身份验证，并进行定期安全审计。
- 遵循IEC 62443、NIST 800-82和ISO 27001等行业标准。
- 进行员工网络安全意识培训。
尽管“沙盒”隔离被认为是防御攻击的最理想方式，但现实中，远程访问和数据可视化的需求往往难以完全满足。Alex Maercz建议，采用具备高级加密功能的现代控制器，并通过精细配置外部端口，以确保安全的同时仍保持与旧设备的兼容性。从系统设计角度来看，每个控制器都应受防火墙或VPN保护，所有未使用的服务和端口都应关闭，以减少攻击面。
工业控制器的未来趋势
Luis Narvaez预测，传统上由工业计算平台承载的AI功能，未来将更广泛地嵌入到PLC中。同时，边缘计算的兴起将使数据处理和存储更加高效，并减少对硬件的依赖。
机器人技术的广泛应用正在推动控制器架构的创新。由于集成来自多个厂商的机器人系统已成为常态，制造商亟需一种统一且易于操作的编程与测试平台。
Alex Maercz表示，控制器与外部系统的连接已成为用户的重要需求，特别是在对OPC UA和MQTT等IIoT协议的原生支持方面。然而，这也使控制器面临更高的网络安全威胁。
随着控制器功能的不断扩展，用户在选型时面临的复杂性也日益增加。Wilfred Misener指出，AI与机器人技术的融合、工业物联网（IIoT）的实时数据分析能力，以及边缘与云计算的结合，正成为工业控制器发展的核心趋势。
控制器的自动代码生成功能，也逐渐成为提升系统效率的重要手段，为用户带来更大的价值空间。