過去一段時間，在工業控制領域形成有兩個競爭陣線，有些說PC能很好地用于控制，而有些人說PC永遠不適合用于工廠的環境。今天，這些競爭對手很容易接受PC機用于許多工業生產控制的現狀，因為一個接一個的制造商已經在部分生產中采用了PC控制方案。因此，傳統上堅持PC是辦公機器，不適合工廠灰塵環境的觀點也會發生轉變。
　　Beckhoff 是基于 PC 的自動化技術的先驅者之一：早在 1986 年，Beckhoff 的第一個 PC 控制系統就已問世。如今，Beckhoff 已將積累多年的專有技術應用到工業 PC 中。Beckhoff 工業 PC 與 TwinCAT 自動化軟件相結合，提供了一個用于實現 PLC、NC 以及 CNC 功能的高性能控制系統。
　　德國Beckhoff公司創始人Hans Beckhoff最主張依靠基于PC控制技術來推動自動化市場。在1985年他開發了第一個基于DOS的系統之后，他就沒有回頭。軟件是PC控制系統工作的關鍵，在Beckhoff哲學中，增加硬件被認為適得其反。Beckhoff的成功有兩個關鍵點：
　　1. 所有工作由一個平臺上的軟件完成。
　　2. 向客戶提供所需要的所有東西，客戶不必在其它地方購買其它部件。
　　
　　但PC不會取代PLC等傳統控制模式，因為基于PC的工業控制方案供應商主要開發軟件。不管軟邏輯多么重要（基于PC的控制，俗稱‘軟’控制或‘軟’邏輯），它僅占整個自動化項目的5%的份額，而大約50%_{60%的成本在I/O和電動機驅動等部分，工業PC可能占10%}20%，即使軟邏輯公司取得了很大成功，也仍然要面臨集成問題。制造業本身很清楚：他們希望購買整個系統，而不是分散的各個部件；這里購買PC，那里購買軟件包，另一個地方購I/O總線是不可取的。我們經常遇到這樣的例子：顧客說他們需要開放系統，但是到最后，他們通常從同一個供應商那里購買所有部件，他們真正所需要的是他們希望保證不被一些設備故障卡住，而在必要時可以轉向另一個供應商。（即需要可靠、標準的設備）
　　另外，Windows系統也許是軟件工作者的最愛，但這對工廠底層控制而言，有很大問題。Windows對工廠的計算機來說負擔太重，計算機需要數千兆的磁盤空間，而在工業現場，希望沒有任何旋轉部件，因為會使計算機反應速度慢、產生不確定性。因此，如果將Windows用于工業控制，可能需要增加協處理器板、使用固態硬盤、擴展實時性能或者修改內核。但是，以任何方式修改Windows系統都不再被認為是開放式結構，而是專用的PC控制系統，有它自己的局限和支持標準。所以一般認為，PC控制的新希望是Windows CE操作系統，它占用空間非常小、具有實時性能，并且開放部分源代碼，如今工業界已經有很多WinCE的產品了。

下面我們將針對基于PC的工業控制系統（PCBCS）和其他控制系統相比存在的優勢和不足進行分析。

從21世紀中期工業控制系統的出現以來，工業生產自動化的程度不斷提高，應用于工業控制現場的儀器儀表種類，系統中需要采集、處理和控制的信號越來越多、越來越復雜，這就使得工業控制系統的地位在整個工業發展中越發變得重要。為了適應整個工業生產的發展，現代工業控制系統隨著社會生產的發展而不斷的發展和進步。和模擬儀表、PLC、DCS、FCS等控制系統相比，基于PC（適用于工業現場的工業PC或普通PC）的工業控制系統（PC-Based Control System, PCBCS）能更加快速有效地進行數據處理和相互通訊，能靈活地在工業控制環境中控制各個終端并且相互之間能快速通信，也使得控制系統能和上層管理系統緊密結合在一起，便于生產的監控和管理。而且，更重要的是，它是一種完全開發的系統，非常利于產品的開發維護和升級，所以其在工控領域得到了普遍認同，相關的應用領域迅速擴大，成為工控領域的一種新趨勢。
　　
PCBCS的組成結構和它的開放性
　　PCBCS控制系統主要由三部分組成：PC；智能或非智能的I/O組件；特定應用軟件。PC一般指工業PC機，有時也可能是普通PC，視工作環境而定。PC是整個控制系統的核心，具備數據處理，獲取數據信息，發出控制信號、與其他PC通信及操作顯示等多項功能。I/O組件一般指控制終端，數據采集終端及其連接件。這些組件主要應用于現場環境下，是整個控制系統的外圍結構，不僅包括普通的I/O端口，也包括一些智能終端，甚至是小型的PLC等，控制著整個自動化生產線。特定的應用軟件安裝于PC中，指揮和協調整個控制系統能夠穩定有效地工作，相對于硬件電路變得簡單和模塊化，硬件成本的大大降低，應用軟件的編制相對變得復雜。
　　相對于以前的DCS、FCS等控制系統，PCBCS是一個在各方面完全開放的控制系統。其他控制系統，如PLC、DCS等控制系統雖然整體性能優越，系統集成性好，但是開放性不好，接口數量有一定限制，成本相對較高，產品升級和改造受限。最近興起的FCS，雖然總線協議是開放的，但仍然存在著多種現場總線共存的局面，很難有某一種總線協議完全取代其他總線協議。也造成了產品開發和維護的極大不便。PCBCS則不存在這些問題，允許任何人在已有系統軟件基礎上開發自己的應用軟件，軟件的編制自由度大大提高，并不需要某種協議來約束。應用于系統的組件也是完全開放的，不用再像以前那樣必須選用遵循某一協議或是某一公司專有的組件，用戶可以在某一通用標準上選擇性能更好，價格更合理的產品用以系統的設計和維護，大大降低了產品的開發和維護費用。

PCBCS控制系統的優點主要可以概括為以下幾個方面：
一、 系統成本大大降低
　　隨著大規模集成電路的飛速發展，20世紀90年代中期以來，計算機技術的迅猛發展使得微型計算機的各種性能有了大幅度的提升，而其價格卻變得非常低。相對于微處理器和PLC等人機界面（HMI），PC具有極大的性價比。并且，和PLC、DCS、FCS等相比，PCBCS控制系統不僅在數據處理速度，海量存儲等方面無可比擬。在相關信號采集處理的板卡，電源、機架、機柜、接線等方面的投資也會大大降低。PC的低成本，高速度，在應用軟件基礎上的易操作性，人機界面等，都是PLC等控制設備望塵莫及的。同樣采用串行總線，不同現場總線的設備可以方便地接入PC，通過應用軟件來處理，廢棄了以前設備間的復雜連線，設備的成本也大大降低。對于不具有智能化，數字化的簡單設備，還可以直接和PC相連，用模擬信號（通過處理板卡）與PC通信。

二、 處理速度和通信速度非常快，信息存儲量大
　　PC具有高速的處理速度、可靠的操作平臺、海量存儲、網絡化、智能化等相關優點。當進行數據處理（如模擬量運算）時，PC的運算速度通常是PLC、DCS的百倍以上。而且PC的存儲量非常大，系統相關數據的存取非常方便。數據通信方面，隨著網絡技術的發展，基于PC級的高速處理速度已相當成熟。PC的通訊技術，無論是PC間通信，還是PC與I/O組件間通信，通信速度都非?？?#xff0c;如果通信線路的負荷過大，可以用多個PC分段控制，然后各個PC之間再進行網絡通信。這樣也能大大保證整個系統的穩定性。對于出問題的部分也可以快速隔離開系統。

三、 易于將過程控制、批量控制以及運動控制等合為一體
　　生產自動化要求整個控制系統高度集成，保證整個生產系統協調工作。PC可以通過專門設計的多通道的輸入輸出板卡將大量的模擬、數字、脈沖、開關量等信號進行采集并處理，通過PC的高速處理，可以高速地進行系統中某條生產線的過程控制，某一執行機構的運動控制，及現場多個部件的批量控制和邏輯控制。以高速的處理器、海量內存、多線程處理和高速通信為基礎，PC控制相對較大的系統時更具優勢。它可以更好地整合所有相關系統，有更好的協調能力和更快的處理速度。

四、 系統設計、調試和維護簡單，上層信息的存取很簡便更快，更好的設計出整個控制系統。
　　因為PCBCS是一個開放的系統，基于已有的技術成果和相關知識，工程師可以更快、更好地設計出整個控制系統。因為PC的人機界面友好，接口非常簡單，元器件的通用性好，所以整個系統的調試和維護也非常簡單。也是由于PC，系統中信息的存取非常方便，和其他上層之間的通訊也非常簡單，相關信息可以做到一目了然。

五、 系統軟件的可移植性好
　　雖然PCBCS在硬件方面大大節省了成本，但在軟件編制方面卻變得相對困難。但是，PCBCS系統軟件的可移植性好，只有在做某一個新項目時軟件編制有困難，如果有其他相關軟件作參考，或在已有軟件基礎上升級，那么軟件的編制將會變得很簡單，很容易地開發出新的或升級的軟件。在現有的PCBCS基礎上，軟件的開發也不再是一個難題。

六、 控制、人機界面及編程功能易于集成等
　　由于PC具有良好的人機界面，在控制過程中，各種相關信息逐一顯示，使操作者很容易對整個系統進行操作，實現整體控制。消除控制總的不利因素，完成控制任務。并且，操作者也可以進行實時編程，實現其他一些系統所不能完成的功能

不足：
　　首次是PC應用于工業環境受限。工業現場環境比較惡劣，溫度、濕度、灰塵、電磁干擾等許多不利因素限制了PC的現場應用。不過現有的工業級PC的穩定性能已非常高，能滿足大部分現場的要求。而且，現有的PCBCS大多避免了PC直接應用于現場，大多采用智能下位機，如PLC或其他智能設備，而用現場之外的PC通過與之快速通信來控制整個系統。而且，這一模式下各個智能設備之間獨立于PC通信，發生故障可以立即隔離發生故障的模塊，保證系統穩定，也避免了PC直接應用于現場。
　　其次PC自身的穩定性也還沒有達到非常完美。雖然PC的各項性能有了極大提高，穩定性也大大增強，但應用于PCBCS中的PC要求有極高的穩定性，這也是限制PC應用于控制系統的一個重要因素。但基于PC的低成本，我們可以使用一臺或兩臺PC作為備用機應用于系統，他們和當前機同步工作，一旦當前主機發生故障，備用機可立即檢測到并投入到工作中，保證了系統的正常運行。
　　再有就是通信線路可能過飽和。雖然PC可以快速處理大量數據，但如果大量數據通過一組或幾組串行總線進行傳輸，通信性能就會大大降低?？梢圆扇〉霓k法是采用多臺PC進行信息的采集和處理，PC之間再可通過以太網高速通信，雖然這樣會是系統復雜性有所提高，但系統響應時間會大大縮短。也可以對現場的一些簡單的或不重復的信號用嵌入式系統進行處理，保證重要信號的及時響應。

由上面可以看出，PCBCS作為控制系統的主體在性能和成本方面優勢非常明顯。但在底層控制中存在不足。而DCS、FCS是基于儀表的控制系統，在底層控制中有著顯著的優越性。它通過現場總線連接各檢測控制裝置，通過一組或幾組網絡線把來自不同廠家，不同標準的數量龐大的傳感器、執行器、回路調節器和其他儀表連接起來，實現數據交互。這樣不僅降低了系統造價，而且提高了工程進度和系統的可靠性，所以它可以作為PCBCS中一種不可或缺的補充。

并且，在當今這個時代，全球范圍內的網絡信息化程度很高，電腦應用技術非常廣泛，每個企業、公司的正常工作對計算機的互聯網系統越來越重視。這種電腦網絡應用在很大程度上提高了人們的工作效率，然而互聯網的這種開放性也對各個行業的信息安全帶來很大的隱患。怎樣控制內部系統的資源、保護已有的各種數據、預防侵入病毒是所有行業都要考慮的問題。在這些行業中，工業控制中的工控機網絡安全是最需要考慮的。
　　為了可以避免網絡侵襲，建立安全、高效的互聯網的平臺，保護企業資源以及數據安全，網絡中出現了查殺病毒的軟件和防火墻。網絡防火墻是企業內部網絡和企業外部網絡之間、專業網絡和共享網絡之間起到安全隔離的屏障，把通過共同線路的網絡信息進行嚴格的處理，使眾多的內部網絡使用者避免受到非法人員的網絡攻擊，限制用戶的不合理的非法操作，這樣就很好的預防了許多黑客對普通用戶以及企業計算機系統的惡性攻擊或者破壞。
　　但是，隨著黑客技術的不斷提高，防火強的防護作用就顯得不夠好了，尤其是其中的軟件部分。所以，在發展的歷程中，硬件防火墻就起到了重要的作用。比如，嵌入式硬件，它有比較高的處理速度，高效的吞吐量，以及可以在高流量的工作環境下運行的依舊穩定。

總結：
　　基于PC的控制系統一般認為有如下優點：PC價格低、數據處理能力強，系統及軟件易于安裝和使用，應用項目開發周期短、人機交互性好，網絡通信方便，具有高級診斷功能，軟件透明性更好，系統維護成本低等。
　　例如，生產過程中的信息可以通過軟件而不是硬件從一處傳送到另一處，而且數據可以收集到excel中，可以方便分類、求平均值等，從而更好地理解工具的使用和機器異常。

而在實際的PC控制系統開發中，主要考慮以下幾個問題：

Windows系統是否足夠穩定（能否保證持續運行不宕機）
Windows系統能否保證實時響應（除WinCE外都是非實時系統，進行實時擴展會增加成本）
網絡通信要求實時性高，網絡傳輸要有確定性
數據安全，以及工業現場聯網后如何保證網絡安全

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于PC的工业自动化控制优缺点分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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