基于 PC 的控制技术助力实现设备自动化改造
资料来源：发表于《P&A International》2022 年 7 月刊上，出版商：www.industr.com，publish-industry Verlag
作者：倍福工程师 Franziska Rostan 和 Lennart Winkler
在未来，无论是设备新开发还是设备升级转型，只有配备创新的自动化解决方案才能应对流程工业中日益激烈的市场竞争。具体来说，这需要高效、灵活并且同时满足可利用率要求的设备自动化。倍福基于 PC 控制技术的通用控制系统可以助力实现这一目标。
倍福基于 PC 的控制可以帮助客户实现完整的设备自动化控制系统。工业 PC 是基于 PC 的控制技术的核心组件，是管理和监控过程设备的基础。得益于可精确扩展的产品系列，客户可以根据现有任务单独使用工业 PC 控制设备：倍福工业 PC 有各种不同的外观样式可选，支持多种标准和协议，确保实现更高级别的控制和现场系统层上的跨系统数据通信。
倍福已经为设备架构确立了两种不同的方案。在集中式架构中，所有信息都集中在一个控制柜中，传感器和执行机构则通过远程 I/O 连接。分布式架构由多个控制系统组成，这些系统被分配到特定的设备部分，并接管其过程控制任务。先进的自动化系统这两种方案架构都支持，那就意味着远程的 I/O 模块，不仅可以通过集中控制端，也可以通过现场的嵌入式控制器直接控制。倍福可为每种应用场景提供适合安装在控制柜中（IP20）或直接安装在现场设备上（IP67）的 I/O 模块。
在流程工业领域，现场使用的电气设备不仅需要灵活的拓扑结构，还必须满足防爆要求。传统自动化的系统最大挑战是直接采集防爆区 0/20 区本质安全信号数据。ELX 系列防爆 I/O 模块是一款结构紧凑的集成式解决方案，无需单独的防爆隔离光栅。所有 EtherCAT 功能都可以使用：从高速数据通信到端到端诊断选项。各个系列的控制系统、I/O 模块和控制面板进中都有适合在防爆区 2/22 区使用的产品可选购，有了这些产品，就可以在接近防爆危险区的地方布署分布式控制和可视化系统。
基于 PC 的控制技术在硬件，尤其是软件的灵活性方面具有显著优势。TwinCAT 自动化软件具有可视化或数据分析等一系列功能，同时还提供大量接口，让数据可以用于其它系统。最重要的是，这意味着用户可以自由选择他们喜欢的软件解决方案，让他们能够以面向未来的方式为其应用选用最合适的工具。
工业 PC 用软 PLC 实时执行过程控制的程序代码，其高计算能力使其能够在短时间内处理大量数据。数据库可以直接在工业 PC 上的 PLC 代码中实时进行分析，或者通过集成外部软件工具，将数据记录传输到工业 PC 上。工业 4.0 方案或者物联网解决方案中的数据交换也可以直接在控制系统中实现，无需在 IT 基础设施中额外集成设备。例如，这样可以实现整个工厂园区的状态监测应用，在云计算技术支撑下监测所有现场设备，并推荐预测性维护措施，以尽可能地减少停机时间。
通过冗余实现可应用性
用户可以使用冗余架构防止单个控制组件出现故障，以进一步提高设备的可用性。这样就可以通过实施电缆冗余防止通信中断。通过创建环形结构可以确保在电缆断裂等情况下，系统的所有 I/O 模块仍然能够通信。另一方面，通过 TwinCAT Controller Redundancy 可以实现工业 PC 乃至控制程序的冗余运行。为此可以通过 TwinCAT 软件激活标准组件，以实现冗余运行，这意味着无需使用专用硬件。控制冗余确保当其中一个控制系统发生故障时，第二个控制系统会接管运行。因此，两个控制系统通过网络线路连接以实现同步，并在发生故障时，在不丢失信息的情况下进行切换。