自動化是提高工廠產能和降低製造業成本的關鍵因素之一。繼電器、PLC 和工業 PC (IPC) 等技術進步正在推動工業自動化，改變機器和人工勞動的互動方式。因此，本部落格將討論兩種在工業自動化中廣泛使用的控制系統硬體：PLC 和工業 PC。我們還將根據您的應用需求，討論哪種類型的雙控制系統可能最適合您。
什麼是 PLC？
首先，讓我們討論可程式設計邏輯控制器 (PLC) 如何廣泛用於製造工廠的自動化過程。早在 1970 年代，PLC 就成為自動化系統的遊戲規則改變者。PLC 的設計旨在取代繼電器面板和開關盒。隨著時間的推移，PLC 經過升級，具有更堅固的設計、可擴展的功能和可程式設計系統。此外，PLC 的程式語言（稱為梯形邏輯）使 PLC 能夠高度客製化，用於機器自動化。這種堅固性和多功能性使 PLC 成為取代舊式繼電器和開關盒的熱門選擇。
什麼是工業 PC？
個人電腦 (PC) 的發展隨著半導體晶片呈指數級的進步而增加。隨著電腦晶片變得更強大、更小、更便宜，工業電腦在自動化產業中越來越受到關注。工業電腦可以涵蓋 PLC 提供的監控功能，但具有更多工作負載，例如人機介面 (HMI)、閘道器、AI 應用程式等。工業電腦能夠整合這些工作負載，因為它們具有 GPU、TPU、VPU、NVMe SSD 等效能加速器。能夠整合工作負載可減少工廠車間的硬體佔用空間。也就是說，下面我們將討論工業電腦和 PLC 之間的相似點和不同點。
IPC 和 PC 有何不同？
一般 PC 和工業 PC 共用相當相似的基本組件，例如 CPU、RAM、SSD 和 GPU。然而，工業 PC 的建造和設計旨在承受極端環境條件，從極端溫度到衝擊和振動暴露。一般 PC 在遇到一些惡劣環境時會很快失效。使工業 PC 極其堅固的一些設計和建造材料包括無風扇設計、一體式機箱和工業級材料。此外，工業 PC 具有多功能性。它們不僅支援最新技術，還支援在工廠自動化中常見的傳統技術，例如序列埠、COM、M12 連接器、DIO、GPIO 等，這使得工業 PC 在製造自動化中迅速增加。
工業 PC 與 PLC 有何不同？7 大區別
1. 操作
PLC 配備了即時作業系統，該系統不斷監控來自連接設備的輸入，然後根據其程式執行決策命令。此外，PLC 的作業系統 (OS) 專為執行與控制相關的任務而設計。因此，PLC 通常不需要防毒程式或登錄檔清理程式，這可提高操作期間的處理吞吐量。
工業電腦可以執行與 PLC 相同的任務，但其作業系統使其能夠執行各種 PLC 無法使用的應用程式和程式。憑藉這些功能，IPC 不僅僅用於控制目的。工業電腦可以整合工作負載，從而減少硬體佔用空間。然而，IPC 的作業系統（例如 Windows 和 Linux）容易受到網路攻擊，但目前的防毒軟體和防火牆已足夠先進，可以降低這種風險。
2. 程式設計
工業電腦與 PLC 之間的下一個區別在於程式的開發和執行方式。PLC 通常實施基於掃描的程式執行，而工業電腦通常是事件驅動的軟體。例如，PLC 軟體邏輯在 IEC 61131-2 標準中指定，例如梯形邏輯或其他專有供應商語言。相比之下，工業電腦在眾所周知的 Windows 或 Linux 作業系統上運行，使用 C/C++/.NET 等程式語言。因此，由於其在開發人員中的普及，工業電腦更容易編程。與需要特殊培訓才能學習的梯形邏輯相比，它們還可以讓系統透過像 C++ 這樣的通用程式語言與更多機器和設備介面。
3. 安全
安全是製造自動化中的有害因素之一，如果處理不當，一些公司可能會損失數百萬美元。工業系統應處理兩個安全基礎。首先，阻止來自未經授權的外部存取的攻擊。其次，根據使用者的權限或指定限制使用者存取。過去，PLC 以免受惡意軟體攻擊而聞名。然而，一些攻擊者開始開發針對 PLC 的惡意軟體，就像 Stuxnet 攻擊西門子 PLC 時所發生的情況一樣。儘管如此，工業 PC 也容易受到惡意軟體攻擊，需要防毒軟體或硬體模組的全面保護。一些工業電腦利用主機板上嵌入的 TPM (信賴平台模組) 2.0 來加密資料，使其免受線上和離線威脅。
4. 建構品質
在建構品質方面，PLC 和工業 PC 都設計用於在極端環境中運行。由於工業 PC 不同於一般桌上型電腦或工作站，工業 PC 非常堅固。以下是工業 PC 的一些工業級特色：
- 無風扇設計
- 寬廣的溫度範圍
- 耐衝擊和防震
- 高 IP 等級
- 可擴充模組
- 豐富的 I/O 並支援傳統技術
在建構品質方面，PLC 和工業 PC 相當匹配。然而，在尺寸方面，工業 PC 略勝一籌。PLC 通常笨重且安裝選項有限。有些 PLC 在安裝時可能會因為散熱受阻而過熱。相比之下，工業 PC 相對較小，並具有各種安裝選項，包括 VESA 安裝、機架安裝和 DIN 軌道選項。此外，有些工業 PC 配備點火電源管理，可用於車載應用。
5. 擴展能力
PLC 和工業 PC 都需要控制各種設備以進行控制、監控和通訊。因此，PLC 和工業 PC 都配備多個 COM 埠和其他 I/O 功能，包括傳統技術。一些常見的工業通訊協定包括 CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT 和 EhterNET/IP。儘管兩者都可以支援這些技術，但大多數 PLC 都已內建這些技術。另一方面，工業 PC 則設計有擴充插槽以增加其多功能性。因此，工業 PC 在可處理的 I/O 數量方面具有更高的閾值。此外，工業 PC 還具有各種 COM 埠、LAN、USB 和 HDMI 埠。這些功能使工業 PC 能夠整合來自不同硬體的工作負載，而不僅僅是 PLC。例如，工業 PC 可以自行執行 HMI 應用程式，而 PLC 在顯示任何內容到顯示面板之前需要單獨的 HMI 應用程式。使工業 PC 更為特別的是，它們能夠支援從無線卡、5G 模組、SSD 儲存到 GPU 加速器等 myriad 擴充。
6. 處理能力與儲存空間
由於 PLC 的微處理器專為特定功能而設計，因此 PLC 是用於自動化控制的強大控制器。PLC 可以管理高速 I/O，並且可以輕鬆處理較小的自動化應用程式。然而，自動化專案變得越來越先進且運算量越來越大。這就是工業 PC 發揮作用的地方。工業 PC 利用更多儲存空間和像工作站電腦一樣的完整處理器，可以運行運算和儲存密集型應用程式。此外，藉助 GPU、TPU、CPU 和 VPU 等效能加速器的幫助，工業電腦可以執行智慧運算，就像在與機器視覺應用程式協作的智慧組裝線上一樣。
7. 成本
簡而言之，PLC 和工業 PC 之間的成本比較是：PLC 適用於較小應用程式，成本較低，而工業 PC 的初始成本較高。然而，隨著應用程式變得更複雜且運算量更大，PLC 的累計成本可能會超過工業 PC。儘管 PLC 的初始成本較低，但當需要額外的運算能力或週邊設備時，價格會呈指數級增長。相比之下，工業 PC 的初始成本較高，但當需要升級運算能力和可擴展性時，成本要低得多。
總結 – 工業 PC 與 PLC
當您為工業自動化系統選擇可程式控制器時，PLC 和工業 PC 都有各自的用武之地。PLC 更適合運行功能嚴格的小型自動化系統。此外，PLC 堅固、具成本效益，且在工業部署中高度安全。另一方面，工業 PC 非常適合需要高運算和儲存需求的解決方案。對於需要控制器多功能性的複雜任務，工業 PC 具有較低的總體擁有成本 (TCO)。PLC 是安全的，因為它們沒有無線連接，而工業 PC 也同樣安全，因為今天的網路安全軟體和工業標準硬體非常可靠。某些應用程式可以在其操作中同時使用 PLC 和工業 PC，以平衡彼此的成本和優勢。歸根結底，這取決於您的製造過程中實現了哪些功能。
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