四个热词，四类方案，工业物联网的二个关键设备

2022-07-22 来源：

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前言

物联网是看得见摸得着的“实物”，电表自动抄表、自动充值付费和错峰计费是中国最成功的物联网应用，是家喻户晓的事情。但是，工业物联网是什么，与物联网的异同点，许多人还不清楚。对于2B制造业，工业物联网走进工厂，厂长、车间主任在工业物联网项目落地时还要考虑工业计算机与PLC的采购和选型，他们是工业物联网最重要的智能计算与控制单元。我们今天来谈谈物联网、工业物联网、工业计算机和PLC四个行业热词以及他们的产品应用方案。

物联网和工业物联网的异同

工业物联网是物联网在工业环境的应用。工业物联网注重机器对机器(M2M) 通信、海量数据和机器学习。相比之下，物联网更侧重于商用设备互联和应用程序，上行数据大，下行数据少，数据采集多，执行控制少。但是，工业物联网和物联网具有相同的架构，它们都需要传感器、设备、连接选项和数据分析。工业物联网设备需要坚固耐用的设计质量来承受严苛的工业环境部署。

物联网连接更多的商用设备，如智能手表、智能小工具、智能冰箱等，而工业物联网互连工业环境中使用的设备，如生产线、医疗设备、智能交通和其他关键任务工业部署。因此，工业物联网解决方案架构使用的设备必须坚固耐用且能够承受具有挑战性的工业环境。尽管物联网和工业物联网设备之间存在差异，但它们仍然具有相同的物联网解决方案架构。

工业计算机和PLC的异同

自动化是提高工厂产量和降低制造业成本的关键因素，是工业物联网的核心意义。工业电脑 (IPC)和可编程控制器（PLC）是自动化乃至工业物联网最重要的计算、执行计算与控制单元，他们能有利推动机器和人工交互方式的工业自动化水平。我们先来看看IPC和PLC的异同，再讨论哪种类型的双控系统是最合适的。

· 关于PLC

可编程逻辑控制器(PLC) 广泛用于工厂自动化流程。早在1970年代，PLC就改变了自动化系统的游戏规则，旨在取代继电器、电器面板和开关盒。随着时间的推移，PLC 已经升级为更坚固的设计、可扩展的功能和可编程系统。PLC的编程语言（称为梯形逻辑）允许PLC高度可定制以实现机器自动化。这种坚固性和多功能性使PLC成为替代旧继电器和开关盒的流行选择。

· 关于IPC

随着计算机芯片变得更强大、更小、更便宜，IPC在自动化行业中越来越受到关注。IPC可以涵盖PLC 提供的监督控制，但具有更多工作负载，例如 HMI、网关、AI 应用程序等。由于GPU、TPU、VPU、NVMe SSD等性能加速器，IPC能够执行这些工作负载的整合,整合工作负载可减少其在工厂车间内的硬件占用空间。普通计算机和工业计算机有着非常相似的基本组件，例如CPU、RAM、SSD 和GPU。但是，工业电脑的制造和设计能够承受极端环境条件，从极端温度到冲击和振动暴露。IPC极其坚固的设计和制造材料是无风扇设计、一体式机箱和工业级材料。它们不仅支持最新技术，还支持工厂自动化中常见的传统技术，如串口、COM、M12 连接器、DIO、GPIO 等，导致工业PC 在制造自动化方面的快速增长。

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· IPC和PLC有7个异同点

1. 运营吞吐量

PLC带有一个实时操作系统，可以持续监控来自连接设备的输入，然后根据其程序执行决策命令。PLC的操作系统专为执行与控制相关的任务而设计，自备防病毒程序或注册表清理程序，减少操作处理吞吐量。

IPC可以执行与PLC相同的任务，其操作系统使它们能够运行PLC无法使用的复杂应用程序。IPC不仅仅实现控制，还可以整合工作负载，从而减少硬件占用空间。IPC 的操作系统（如Windows 和Linux）容易受到网络攻击，但当前的防病毒软件和防火墙已经足够先进，可以降低这种风险。

2. 编程工程师群体

IPC和PLC之间的下一个区别是程序的开发和执行方式。PLC通常实现基于扫描的程序执行，而IPC通常是事件驱动软件。例如，PLC 软件逻辑在IEC 61131-2 标准中指定，如梯形逻辑或其他专有供应商语言。相比之下，IPC使用诸如 C/C++/.NET 等编程语言在Windows或Linux操作系统上运行。可以看出，IPC编程工程师群体大，梯形逻辑需要培训特殊编程人员。因此IPC更容易编程，也给予与更多机器和设备进行交互。

3. 安全

安全性是工业自动化的不利因素之一，也是当前的技术弱点。工业系统应该处理两个安全基础。首先，阻止来自未经授权的外部访问的攻击。其次，根据用户的权利或指定来限制用户的访问。工控机利用主板内嵌的TPM（可信平台模块）2.0对数据进行加密。PLC是安全的，因为它们没有无线连接。PLC使用看门狗+软件加密的软硬兼施的安全措施，代表作是西门子安全PLC或博拓KNOWHOW安全模块。

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4. 品质坚固

IPC和PLC都用于在极端环境中运行，非常坚固耐用，具备以下7点要素：

1)无风扇设计

2)高效散热处理

3)宽温度范围

4)抗冲击和抗振动

5)高IP等级

6)可扩展模块

7)配备电源点火管理

5. 扩展能力

IPC和PLC都需要控制各种设备以进行控制、监视和通信。它们都配备了多个COM端口和其他I/O工业通信协议，包括CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT 和 EhterNET/IP。尽管两者都可以支持这些技术，但是IPC是扩展槽结构，灵活性高，PLC是主板内置无法扩展。比如，IPC具有各种COM端口、LAN、USB和HDMI端口，以及无线网卡、5G 模块、SSD 存储到 GPU 加速器的扩展。这些功能使ＩPC能够整合来自不同硬件的工作负载，而不仅仅是PLC。ＩPC可以自行运行HMI 应用程序，而PLC需要单独的HMI应用程序才能在显示面板上显示任何内容。

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6. 处理能力和存储

IPC可搭载先进处理器（CPU，NPU和GPU等）和存储器，除传统IPC功能，还可实现工业物联网边缘计算功能，提高终端设备智能和网络运营效率。PLC采用专用微处理器实现特定控制功能，速度快、效率高，程序小，灵活性高。例如，PLC 管理高速I/O非常出色。

7. 成本

IPC与PLC的成本比较是PLC对于较小的应用成本较低，而工业PC的初始成本较高。然而，随着应用程序变得越来越复杂和计算量越来越大，PLC的累积成本可能会超过工业PC。虽然PLC的初始成本较便宜，但需要额外的计算能力或外围设备时，价格会呈指数增长。相比之下，工业PC 的初始成本更高，但在需要升级计算能力和可扩展性时成本要低得多。

· IPC与PLC选择平衡

当您为工业自动化系统选择方案PCBA来搭建计算控制设备时，IPC与PLC都有自己的位置。PLC更适合运行具有特定功能的小型自动化系统。PLC坚固耐用、经济高效且高度安全，适用于工业部署。而IPC非常适合对计算和存储有高需求的场景，适合多功能性的复杂任务。IPC的总拥有成本(TCO) 较低，一些应用程序可以在其操作中同时使用IPC与PLC 来相互平衡成本和收益。

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