通過與PLC控制器進行比較，了解現(xiàn)代測量放大器的技術可能性。測量技術將走向何方？關鍵點和潛在障礙是什么？如果想取得長期成功，有哪些是需要特別注意的？

新理念不可或缺

過去，測試臺或生產(chǎn)系統(tǒng)組件之間的交互只能通過復雜的傳輸通道和接口轉換器實現(xiàn)。為了提高這些日益復雜系統(tǒng)的效率，近年來不斷向模塊化組件和標準接口轉變。產(chǎn)品開發(fā)人員和生產(chǎn)人員正在尋找靈活的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)僅需對新員工進行簡單的培訓，并且易于集成到新技術中。自動化生產(chǎn)和產(chǎn)品開發(fā)任務之間有一些基本的區(qū)別。產(chǎn)品開發(fā)需要高采樣率、精確的數(shù)據(jù)采集，但自動化應用更需要的是實時數(shù)據(jù)，以保持序列和機器處于最佳工作狀況。對于后者，實際測量數(shù)據(jù)意義不大，診斷數(shù)據(jù)具有更高的優(yōu)先級。
在機電系統(tǒng)中，這些曾經(jīng)截然不同的概念已經(jīng)結合到了一起。因此，理想組件的要求是足夠靈活，可以在生產(chǎn)和測試環(huán)境中使用。

現(xiàn)代組件正在將以前只有智能手機和平板電腦才具有的增強用戶體驗引入測量技術領域

PLC 的作用是什么？

可編程邏輯控制器（PLC）是一種對機器或系統(tǒng)進行控制或調(diào)整，并可進行數(shù)字編程的設備。在最簡單的情況下，PLC帶有輸入、輸出、操作系統(tǒng)（固件）和連接到用戶程序的接口。用戶程序根據(jù)輸入確定如何切換輸出。PLC具有很高的確定性，其周期時間定義為精確的毫秒級，在毫秒內(nèi)處理機器的應用程序和控制序列。但 PLC 對序列的更改總是需要一名專家來調(diào)整或修改并驗證操作程序。這需要對程序員進行長期而徹底的培訓。

傳感器和致動器用于將PLC連接到機器或工廠，此外，還帶有狀態(tài)顯示。傳感器連接到PLC的輸入，并傳達機器或工廠中發(fā)生的情況。傳感器包括按鈕、擋光板、增量編碼器、限位開關或溫度傳感器、液位傳感器等。致動器連接到PLC的輸出，并提供控制機器或設備的可能性。致動器包括用于打開電機的接觸開關、液壓或壓縮空氣的電動閥，以及用于驅(qū)動控制的模塊（運動控制、受控加速或減速的速度控制、步進電機控制）。

基于模塊化的差異

1）模塊化 PLC

對于模塊化PLC，控制系統(tǒng)由單個組件組成，每個組件執(zhí)行不同的任務。最基本的例子是由中央處理器和至少一個輸入和一個輸出組件組成的PLC。這些系統(tǒng)可以通過添加額外的模塊來擴展，例如輸入或輸出。使用專用模塊，例如串行端口，還可以集成氣象站等組件。可以根據(jù)需要添加模擬輸入信號處理、復雜控制模塊和許多其他模塊。

2）緊湊型PLC

緊湊型PLC不可擴展或只能在有限的范圍內(nèi)擴展，一般只需要更少的空間和投資。它們提供與模塊化PLC相同的基本功能。

應用領域和PLC的限制

可編程邏輯控制器可將來自傳感器和致動器的簡單測量值以及數(shù)字信號進行組合。PLC按照先前確定的操作程序同步工作，從而控制機器和系統(tǒng)。 這些操作程序的創(chuàng)建和修改需要訓練有素的專家，因為可編程邏輯控制器的調(diào)整和補充非常耗時，沒有專門的編程專家是無法實現(xiàn)的。這同樣適用于小型緊湊型控制器，如果沒有必要的技術知識，這些控制器是不可能運行的。 

由于其預定的結構，PLC很快達到處理數(shù)據(jù)量的極限。因此，對于具有大數(shù)據(jù)量和測量信號精確曲線的測量和控制任務，PLC將無法勝任。 此外，從輸入/輸出模塊測量的信號的準確性來說，PLC通常不足以對工廠中的信號和過程做出準確的決定。生產(chǎn)或測試過程的效率降低是不可避免的。因此，PLC必須被視為一個獨立的系統(tǒng)。它通過相應的接口“連接到外部世界”的可用性有限。然而，全連通性是數(shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)的基本要求，除了控制系統(tǒng)外，還需要基于云的存儲、評估和可視化，以實現(xiàn)預期的生產(chǎn)力的飛躍。

模塊化PLC

運營技術（OT）和信息技術（IT）正在融合

測試和控制軟件也有類似的情況。必須使用合適的軟件保存和分析測試現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)。由于涉及大量數(shù)據(jù)，該軟件基于PC，并通過以太網(wǎng)接口傳輸?shù)綔y量計算機。在下一步中，評估軟件將控制技術結合，并用于生產(chǎn)環(huán)境。此外，生產(chǎn)環(huán)境中的機電系統(tǒng)通常需要高度實時行為，以確保所有組件之間的順利交互而不出現(xiàn)任何錯誤。 
我們?yōu)楫a(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)本身提供廣泛的傳感器和測量采集系統(tǒng)。通常，現(xiàn)有基礎設施無法跟上現(xiàn)代、高度動態(tài)生產(chǎn)線的要求和數(shù)據(jù)量。 成功使用此類測量系統(tǒng)的重要標準包括實時數(shù)據(jù)傳輸和高存儲容量。對于不同的員工和操作員來說，測量設置的簡單化及測量數(shù)據(jù)的可視化也很重要。

現(xiàn)代測量鏈：從傳感器到儀表再到輸出
1）作為測量數(shù)據(jù)采集器的儀器和工業(yè)放大器測量數(shù)據(jù)以20 kHz的采樣率準確采集且無噪聲。TEDS傳感器識別簡化了放大器配置和測量模式。它不僅可以自動識別連接的傳感器并調(diào)整測量和功能范圍來實現(xiàn)快速配置。此外，測量值狀態(tài)還可用于通道診斷，并用于現(xiàn)場選擇性訪問或在出現(xiàn)問題時進行遠程控制。
2）具有內(nèi)部計算功能的工業(yè)放大器（智能功能）為了以穩(wěn)定的方式運行自動化系統(tǒng)，傳輸通道不得“堵塞”。因此，應盡可能多地預處理測量數(shù)據(jù)。一般通過分散方式實現(xiàn)這一點，因此組件必須具有內(nèi)部計算通道。實時執(zhí)行監(jiān)控功能。然后在內(nèi)部對信號進行進一步處理，并通過模擬輸出或基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線輸出到自動化系統(tǒng)。這不會使機器和系統(tǒng)控制器過載，因此可以實現(xiàn)較短、快速的控制周期。 集成智能功能（例如，智能計算通道）的工業(yè)放大器對于機器制造商來說是經(jīng)濟的，因為它們不需要編寫大量代碼的內(nèi)部軟件開發(fā)人員。任何機電工程師都可以直觀地操作這些智能功能。

通過新的通訊方式進行直觀操作

用戶和工廠運營商每天都可從智能設備中獲益。現(xiàn)代自動化組件現(xiàn)在正在為測量技術帶來同樣的增強用戶體驗。除了熟悉的軟件和處理外，標準化的界面還可以通過任何支持互聯(lián)網(wǎng)的終端設備方便地訪問，進行參數(shù)配置、操作和分析。其結果是：為用戶帶來極高的投資安全性。

通過邊緣控制器聯(lián)網(wǎng)

當現(xiàn)代測量技術被用作邊緣設備時，通過工業(yè)4.0向機器制造商開放。輸入/輸出模塊允許通過模擬和數(shù)字方式對額外信號進行采樣，從而實現(xiàn)預測性維護和其他功能。 

邊緣控制器支持各種通信協(xié)議（SMB、OPC UA、TSN、MQTT），通過這些協(xié)議，所有必要的單元可以水平和垂直連接，以形成智能工廠。云連接可以以同樣的方式實現(xiàn)，如果可以通過所有系統(tǒng)接口訪問組件而不產(chǎn)生任何影響，那么任何未來協(xié)議的集成都不會成為障礙。

需要新的接口

需要一種新的數(shù)據(jù)格式來有效地將計劃和診斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?。OPC-UA就是這樣一種數(shù)據(jù)格式。其前身OPC是標準化的，并被定義為全球標準。OPC統(tǒng)一架構（OPC UA）是一種工業(yè)M2M通信協(xié)議。 

作為OPC的最新規(guī)范，OPC UA與其前身有很大不同，尤其是它不僅能夠移動機器數(shù)據(jù)（控制變量、測量值和參數(shù)等），而且還可以以機器可讀的形式對其進行語義描述。該技術基于以太網(wǎng)，具有巨大的經(jīng)濟潛力和投資安全性。采集的數(shù)據(jù)也通過以太網(wǎng)傳輸，但不采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)中使用的快周期。

基于計量的自動化組件的應用領域和限制

工業(yè)放大器，如HBM的ClipX和PMX，即使在部分負載范圍內(nèi)也能提供高測量精度和高測量速率。但請注意，只有當由傳感器和放大器組成的整個測量鏈滿足必要的要求時，才可能做出定性聲明。為此，所有使用的測量硬件必須具有適當?shù)臏y量和信號質(zhì)量。

傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器（PLC）無法提供所需的質(zhì)量。這只能通過測量放大器來實現(xiàn)，例如ClipX或PMX，其具有高信號分辨率（24位）。為此，建議使用載頻（TF）測量方法，然后才將其放大。這消除了與系統(tǒng)相關的干擾，如電源嗡嗡聲和熱電電壓。值得注意的是，所有測量通道均以19200 Hz的采樣率并行采集。 

隨著新的網(wǎng)絡和通信技術在智能測量放大器中的實施，過程變得更加精簡和透明。生產(chǎn)和測試臺控制變得更容易，因為它們可以在很大程度上實現(xiàn)自動化和遠程控制。不再需要密集部署工作人員和員工培訓。設備報告其自身的健康和狀況，以便于優(yōu)化維護。 

PMX測量放大器系統(tǒng)具有極高的靈活性，因為根據(jù)IEC61131，它本身就是一個集成CODESYS軟PLC的控制系統(tǒng)。同時，它可以將其測量和評估數(shù)據(jù)傳輸并存儲到計算機或云中。這會自動將PMX轉變?yōu)樽詣踊蛿?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 

ClipX和PMX測量系統(tǒng)也可以選擇性地配備Profinet、EtherCAT或以太網(wǎng)/IP現(xiàn)場總線類型，以將其連接到生產(chǎn)系統(tǒng)。傳感器和致動器也可以連接到這些系統(tǒng)。通過附加診斷監(jiān)測連接，因此可以實時發(fā)出故障信號。此外，測量數(shù)據(jù)可以實時預處理。這意味著工廠的許多系統(tǒng)負載已經(jīng)在ClipX或PMX放大器中處理，PLC負載被釋放。 

當工廠數(shù)據(jù)可以集中存儲和使用時，出現(xiàn)了重大的新應用可能性。正如我們已經(jīng)熟悉的云解決方案，如谷歌地圖，這現(xiàn)在正在轉移到制造業(yè)。一方面，可以具體滿足特殊要求。另一方面，故障被檢測、及時發(fā)出信號。生產(chǎn)變得更高效、更具成本效益，并且在很大程度上實現(xiàn)了自動化。不需要手動操作，并可以根據(jù)需要提供控制服務。