作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美編輯

新型可編程邏輯控制器 (PLC) 集先進(jìn)功能和靈活性于一體，能夠快速開(kāi)發(fā)和部署復(fù)雜的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和自動(dòng)化流程。

對(duì)于從可再生能源和微電網(wǎng)控制到工業(yè) 4.0 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 改造（即使是小型工廠）、石油和天然氣、機(jī)器設(shè)計(jì)以及裝瓶、包裝、紡織和類(lèi)似應(yīng)用中的制程設(shè)備自動(dòng)化等各種用途來(lái)說(shuō)，這都是一項(xiàng)重要的發(fā)展。

要提供最佳的解決方案，最新的技術(shù)必不可少。這些 PLC 采用雙核 64 位處理器，可滿足最具挑戰(zhàn)性的自動(dòng)化要求。Linux 操作系統(tǒng)是一加分項(xiàng)，且代碼可移植，并可與符合 IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)互操作。同時(shí)使用基于萬(wàn)維網(wǎng)的管理系統(tǒng)可簡(jiǎn)化配置。

此外，還需要選擇通信接口、支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、IIoT 連接、云連接、能源管理軟件和全面的安全工具，以提供解決一系列關(guān)鍵開(kāi)發(fā)和集成方案所需的靈活性。

PFC300 簡(jiǎn)介

[Wago] 推出了 [PFC300 PLC] ，以幫助加快部署復(fù)雜而關(guān)鍵的自動(dòng)化流程。本文首先深入探討了 PFC300 的功能和優(yōu)勢(shì)，最后舉例說(shuō)明了如何將其應(yīng)用于智能工廠和微電網(wǎng)安裝。

PFC300 采用模塊化設(shè)計(jì)，可快速適應(yīng)復(fù)雜而關(guān)鍵的工業(yè) 4.0 工廠、微電網(wǎng)和樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域不斷變化的需求和未來(lái)要求。市面上有各種模擬、數(shù)字和專(zhuān)用輸入/輸出 (I/O) 模塊可供選擇，能夠滿足各種特定的自動(dòng)化需求。此外，還可以通過(guò)增減 I/O 模塊來(lái)提高或降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。

這些 PLC 具有耐環(huán)境性，因此可安裝在苛刻的環(huán)境中。其工作溫度范圍為 -25°C 至 +60°C，相對(duì)濕度 (RH, 非冷凝) 最高可達(dá) 95% ，污染等級(jí)為 2 級(jí)，符合 IEC 61131-2 標(biāo)準(zhǔn)。

它們按照 IEC 60068-2-6 要求提供最高 4g 的抗振能力，并根據(jù) IEC 60068-2-27 標(biāo)準(zhǔn)，提供 15g 的抗沖擊能力。電磁兼容性 (EMC) 性能包括符合 EN 61000-6-2 標(biāo)準(zhǔn)的抗擾度和符合 EN 61000-6-3 標(biāo)準(zhǔn)的耐輻射性。同時(shí)它們還按照 IEC 60068-2-42 和 60068-2-43 要求，可以承受各種污染物的暴露。

圖 1：PFC300 具有模塊化、可擴(kuò)展和可承受惡劣環(huán)境特性（圖片來(lái)源：Wago）

現(xiàn)場(chǎng)總線和邊緣連接

PFC300 支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線、EtherNet 協(xié)議和遠(yuǎn)程控制協(xié)議，簡(jiǎn)化了為關(guān)鍵和復(fù)雜的自動(dòng)化過(guò)程構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。

集成的現(xiàn)場(chǎng)總線包括 Modbus TCP 主機(jī)/從機(jī)、Modbus (UDP)、Modbus (RTU)、EtherNet/IP 適配器（從機(jī)）、EtherNet/IP 掃描儀、EtherCAT 主機(jī)、PROFINET 控制器（有限）、OPC UA 服務(wù)器/客戶端和 OPC UA Pub/Sub（可安裝）。

此外，還可以選擇遠(yuǎn)程控制協(xié)議許可，如用于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施中 SCADA 系統(tǒng)的 DNP3、用于變電站自動(dòng)化的 IEC 60870 和 IEC 61850，或廣泛用于樓宇自動(dòng)化的 BACnet。

前面板的 D-sub 9 針 RS 485 連接器用于 CANopen、Modbus RTU 和其他串行通信協(xié)議。服務(wù)接口后面的 USB-C 連接器可直接用于編程、配置和固件更新。兩個(gè) RJ-45 千兆位以太網(wǎng)端口和一個(gè)集成式交換機(jī)支持線路拓?fù)洳季€。

除了通信接口和 USB-C 連接器之外，PFC300 的前面板還包括一個(gè)安全數(shù)據(jù) (SD) 卡接入端口、狀態(tài)指示燈和電源連接器（圖 2）。

圖 2：PFC300 的前面板包括通信接口、狀態(tài)指示燈、電源連接和其他接入點(diǎn)。（圖片來(lái)源：Wago）

到達(dá)云端

在設(shè)計(jì)和部署復(fù)雜的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和自動(dòng)化流程時(shí)，需要云連接。而 PFC300 則利用消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸 (MQTT) 協(xié)議實(shí)現(xiàn)安全高效的云連接。

同時(shí)這也允許使用各種云服務(wù)，如 Microsoft Azure、Amazon Web Services (AWS)、IBM 云、SAP 云和 Wago 云。Wago 云提供了一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的解決方案，用于管理機(jī)器數(shù)據(jù)以及可視化趨勢(shì)和圖形，無(wú)需大量編程支持。

數(shù)據(jù)傳輸使用傳輸層安全 (TLS) 加密，云連接數(shù)據(jù)可使用 Wago 的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) (WBM) 進(jìn)行配置。WBM 允許用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器界面監(jiān)控、配置和控制 PFC300 和遠(yuǎn)程 I/O 模塊，無(wú)需安裝本地軟件即可輕松訪問(wèn)和管理。WBM 允許選擇哪些數(shù)據(jù)應(yīng)傳輸?shù)皆贫?，哪些?yīng)在本地處理。

為了進(jìn)一步促進(jìn)云連接，Wago 的庫(kù)可用于基于 IEC 61131-3 的 CODESYS 2.3 和 e! COCKPIT，Wago 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持所有自動(dòng)化任務(wù)，從硬件配置和編程到模擬、可視化和調(diào)試，并針對(duì) PFC300 等 Wago PLC 進(jìn)行了優(yōu)化。

標(biāo)準(zhǔn)化加快了開(kāi)發(fā)速度

Wago 為 PFC300 提供了多種軟件開(kāi)發(fā)途徑。它們包括用于系統(tǒng)集成的 C 和 C++ 等高級(jí)編程語(yǔ)言，以及支持標(biāo)準(zhǔn) IEC 61131-3 控制編程語(yǔ)言的 CODESYS V3.5 平臺(tái)，包括結(jié)構(gòu)化文本 (ST)、功能塊圖 (FBD)、梯形圖 (LD)、指令列表 (IL)、順序功能圖 (SFC) 和功能圖 (CFC)。

包括新型 PFC300 在內(nèi)的 PFC 系列控制器中的 Wago 操作系統(tǒng) (OS) 基于實(shí)時(shí) Linux，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活而強(qiáng)大的自動(dòng)化解決方案。除支持 C 和 C++ 外，還可以用任何支持 Linux 的語(yǔ)言創(chuàng)建程序，并直接在控制器上執(zhí)行。

支持所有標(biāo)準(zhǔn) IEC 61131-3 編程語(yǔ)言的 CODESYS 軟件還可創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)可視化，讓機(jī)器操作員和維護(hù)人員能夠通過(guò)平板電腦或個(gè)人電腦上的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問(wèn)機(jī)器。

可擴(kuò)展存儲(chǔ)

PFC300 還包括一個(gè)存儲(chǔ)卡插槽，采用雙推機(jī)構(gòu)并帶有一個(gè)密封蓋。它可以處理 SD、SDHC 和 SDXC 格式（所有保證屬性僅對(duì) Wago 存儲(chǔ)卡有效）。這些卡是通用的，有多種用途，如：

• 一般數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
• 使用可引導(dǎo) SD 卡進(jìn)行固件更新，該卡可在 PFC300 啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)更新
• 存儲(chǔ)大型圖片，供網(wǎng)絡(luò)可視化應(yīng)用使用
• 備份 PLC 的映像以供存儲(chǔ)，或?qū)⒃O(shè)備文件和參數(shù)從一個(gè)控制器傳輸?shù)搅硪粋€(gè)控制器，以加快部署速度
• 使用 FTP 遠(yuǎn)程訪問(wèn)存儲(chǔ)卡

分層安全工具

部署復(fù)雜的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和自動(dòng)化流程需要最高級(jí)別的安全性。PFC300 控制器可提供所需的多層安全工具。

它支持虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò) (VPN)，使用傳輸層安全 (TLS) 加密技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)安全通信。集成防火墻可防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。

WBM 采用 HTML5 實(shí)現(xiàn)，通過(guò) TLS 1.3 加密，PFC300 支持 SNMP v3、SFTP、FTPS、HTTPS 和 SSH 等安全協(xié)議，確保數(shù)據(jù)交換安全。USB-C 端口可確保更新的安全訪問(wèn)，現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議可確保與連接設(shè)備進(jìn)行安全通信。

工業(yè) 4.0 和智能工廠

PFC300 PLC 提供全面的現(xiàn)場(chǎng)總線連接、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)功能以及 IIoT 和云集成，實(shí)現(xiàn)了制造靈活性、流程優(yōu)化和預(yù)測(cè)性維護(hù)。這些都是工業(yè) 4.0 智能工廠的標(biāo)志。在復(fù)雜和關(guān)鍵的工業(yè)流程中，可以消除自動(dòng)化孤島，優(yōu)化能源消耗。

PFC300 PLC 可與 Wago 能源數(shù)據(jù)管理 (EDM) 軟件相結(jié)合，用于資源優(yōu)化和能源監(jiān)控，從工廠車(chē)間的單個(gè)設(shè)備，到在邊緣編譯整個(gè)設(shè)施的數(shù)據(jù)，并將其推送到云端進(jìn)行更深入的分析（圖 3）。

• EDM 提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和能耗反饋，支持效率最大化和主動(dòng)維護(hù)。
• 廣泛的集成和靈活的通信選擇實(shí)現(xiàn)了跨設(shè)備和整個(gè)工廠網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫數(shù)據(jù)集成。
• 可視化工具使得數(shù)據(jù)更容易獲取，并加快了分析速度。

圖 3：PFC300 具備從現(xiàn)場(chǎng)到云端的工業(yè) 4.0 自動(dòng)化所需的所有功能。（圖片來(lái)源：Wago）

EDM 是一款基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序，用戶無(wú)需編程即可監(jiān)控、分析和報(bào)告能耗詳情。它可以自動(dòng)連接電表和傳感器，收集、編譯和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以供未來(lái)分析之用。

數(shù)據(jù)可顯示為時(shí)間序列或條形圖等線形圖，并可導(dǎo)出為逗號(hào)分隔值 (CSV) 文件，且與各種分析軟件包兼容。EDM 軟件及相關(guān)硬件組件（如儀表和傳感器）具有模塊化和可擴(kuò)展性，可快速適應(yīng)工業(yè)設(shè)施中不斷變化的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施。

EDM 軟件能夠讓設(shè)備工程師識(shí)別出改善能耗和實(shí)施節(jié)能計(jì)劃的最有效機(jī)會(huì)。系統(tǒng)還可以設(shè)置能耗限制，并在超過(guò)限制時(shí)發(fā)出警報(bào)。EDM 軟件提供的數(shù)據(jù)是復(fù)雜的工業(yè) 4.0 設(shè)施和微電網(wǎng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施整體能源管理的重要環(huán)節(jié)。

微電網(wǎng)和能源管理

微電網(wǎng)和綜合能源管理計(jì)劃對(duì)于支持可持續(xù)發(fā)展越來(lái)越重要。PFC300 PLC 提供功能強(qiáng)大的工具，非常適合關(guān)鍵的綠色能源基礎(chǔ)設(shè)施，包括樓宇自動(dòng)化、微電網(wǎng)變電站、能源數(shù)據(jù)管理、電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)載管理以及其他綠色能源應(yīng)用（圖 4）。

• 這些 PLC 可以控制建筑物內(nèi)的供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)，并監(jiān)控本地能源的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和使用。
• 它們可以記錄和分析能源消耗模式，以優(yōu)化整個(gè)微電網(wǎng)的可用能源資源，從連接微電網(wǎng)與公用電網(wǎng)的變電站到電動(dòng)汽車(chē)充電器或建筑物等特定負(fù)載位置。

圖 4：PFC300 支持的微電網(wǎng)可提高可持續(xù)性和能源安全。（圖片來(lái)源：Wago）

動(dòng)態(tài)負(fù)載管理可通過(guò) Wago 的應(yīng)用負(fù)載管理 (ALM) 軟件實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電、光伏等可再生能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和電網(wǎng)電力管理的一體化。例如，ALM 可用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)連接點(diǎn)（如用戶變電站）的總充電功率，緩解負(fù)荷峰谷，防止電網(wǎng)過(guò)載。

該軟件可根據(jù)車(chē)輛數(shù)量、充電優(yōu)先級(jí)、時(shí)間、可用電網(wǎng)容量和其他因素動(dòng)態(tài)分配電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷。它可以進(jìn)行配置，在公用事業(yè)費(fèi)率高峰期優(yōu)先使用本地發(fā)電和儲(chǔ)能資源，減少高需求的充電。

PFC300 可記錄和分析能耗數(shù)據(jù)，其基于網(wǎng)絡(luò)的管理系統(tǒng)和對(duì) IIoT 通信協(xié)議的支持可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，并對(duì)本地和遠(yuǎn)程能耗進(jìn)行監(jiān)控。

結(jié)語(yǔ)

可承受惡劣環(huán)境的 PFC300 具備所有功能，可快速開(kāi)發(fā)和部署復(fù)雜的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和自動(dòng)化流程。其模塊化和可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)提供了適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景的靈活性。全面、安全的通信選項(xiàng)支持從地面到云端的連接。