分布式自动化系统(Distributed Automation)选型中心:原理·架构·品牌对照
分布式自动化 远程 I/O 工业以太
它是什么、与集中式 PLC 的区别、典型架构、如何配置与落地、套餐包含哪些产品、主流品牌与系列、功能对比与选型清单。
目录 - 1. 它是什么(定义与边界)
- 2. 与集中式 PLC 的区别
- 3. 典型架构(示意)
- 4. 如何配置(落地步骤)
- 5. 套餐一般包含什么
- 6. 主流品牌与系列
- 7. 功能对比表
- 8. 选型清单(不踩坑)
- 9. FAQ / 备注
1) 它是什么(定义与边界)
分布式自动化:把 控制计算、I/O 与执行 按工位/单元拆散,借助 工业以太/现场总线(如 PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、Modbus/TCP、CC-Link IE TSN 等)协同,实现 多控制器 + 远程 I/O 的体系。
- 离散制造/装备:常见形态是 分布式 PLC + 远程 I/O + 运动总线。
- 过程/混合行业:概念一致,但更偏 DCS/混合控制 的工程方法。
2) 与集中式 PLC 的区别
| 维度 | 集中式 PLC | 分布式自动化 |
| 架构 | 单台 PLC + 本地机架 I/O | 多控制器/单元控制 + 远程 I/O/智能设备 |
| 扩展性 | 以机架插卡为主 | 以远程 I/O 站/网络为主,规模弹性更好 |
| 实时性 | 本地 I/O 最快 | 依赖实时以太(周期同步)保持毫秒级 |
| 可靠性 | 单点集中 | 可做单元容错/冗余、网冗余、故障域更小 |
| 运维 | 改动波及面大 | 模块化维护/上线,停线范围可控 |
| IT/OT 融合 | 能力有限 | 更易上云与边缘分析,数据分层清晰 |
3) 典型架构(示意)
HMI/SCADA/MES/Edge ──┬───────── 工业以太(L3) │ 控制网络(L2,实时以太:PROFINET / EtherCAT / EtherNet/IP / TSN) ┌───────────────┼────────────────────────────────────────────┐ 单元控制器A(PLC/IPC) 单元控制器B(PLC+运动) 单元控制器C(安全/SIL) + 远程I/O站 + 远程I/O站 + 视觉/传感 + 驱动/机器人 + 运动轴/安全I/O + 伺服/变频 + 能耗计量 + 能源/计量/OPC UA
关键词:时间同步(PTP/Distributed Clocks)安全协议(PROFIsafe/CIP Safety/FSoE)IO-LinkOPC UA/MQTT
4) 如何配置(落地步骤)
- 按工艺分单元:工位/工段→每段一个控制器或控制域。
- 选网络:运动优先 EtherCAT/Powerlink/Sercos;通用 I/O 优先 PROFINET/EtherNet/IP;考虑环网/冗余。
- 控制器选型:轴数/循环时间/通信量;是否要 安全 PLC/冗余 CPU。
- 远程 I/O:密度、通道类型、环境等级(XTR/涂层)、本安/安全 I/O。
- 运动与驱动:伺服总线、位置/速度/力矩模式、同步轴/插补。
- 时间同步:PTP/DC(毫秒/亚毫秒级),统一时钟域。
- 功能安全:SIL/PL 等级、急停架构、F-总线(PROFIsafe/CIP Safety/FSoE)。
- 工程与运维:统一工程软件、命名/版本、远程诊断、备品备件策略。
5) 套餐一般包含什么
- 控制层:PLC/工业 PC(软 PLC)、电源、机架或嵌入式基座。
- 远程 I/O:切片式/块式 I/O 站、模拟量/高速计数/安全 I/O、IO‑Link 主站。
- 网络层:工业交换机(管理型、环网冗余)、安全网关、无线/5G(可选)。
- 执行/运动:伺服驱动与电机、步进、VFD、气动/电缸、机器人接口。
- 人机与软件:HMI/工业面板、SCADA/MES 对接、工程软件许可、历史/报警。
- 边缘与云:边缘网关、OPC UA/MQTT、预测性维护/数据采集套件。
- 配电与机柜:24V 电源、UPS、端子与线槽、散热/防护件。
6) 主流品牌与系列(常见组合)
- Siemens:S7‑1200/1500、ET200SP/ET200 系列分布式控制与远程 I/O、S210/G120 伺服/VFD、TIA Portal。
- Rockwell:CompactLogix/ControlLogix、POINT/FLEX/Armor I/O、Kinetix 运动、Studio 5000。
- Schneider:Modicon M221/M241/M251/M262、TM3/X80/Advantys 远程 I/O、PacDrive/Lexium、EcoStruxure。
- Beckhoff:CX/IPC + EtherCAT Terminals/Box,TwinCAT(软 PLC + 运动 + CNC)。
- Omron:NX/NJ/NX1P2 + NX 远程 I/O,Sysmac(运动/视觉/机器人一体)。
- Mitsubishi:iQ‑R/iQ‑F(FX5)、CC‑Link IE TSN、MR‑J 伺服、GX Works/RT ToolBox。
- B&R:X20 分布式 I/O、ACOPOS 运动、Automation Studio。
- Phoenix Contact:PLCnext(AXC F)、Axioline I/O、PLCnext Engineer。
- WAGO:PFC/Edge(Codesys)、750/753/u‑remote I/O、Node‑RED/MQTT 生态。
注:各系列的具体规格与兼容性以官方目录/手册为准。
7) 功能对比表(工程关注点)
| 品牌 | 控制器定位 | 远程 I/O / 环境 | 运动控制 | 实时以太 / 协议 | 安全 | IT / 开放性 |
| Siemens | 1200/1500→分布式/DC | ET200 系列齐全,XTR 可选 | 良好(TO/MC) | PROFINET/IRT,*EtherCAT | PROFIsafe | OPC UA、工业云、脚本/开放 API |
| Rockwell | Compact/ControlLogix | POINT/FLEX/Armor | Kinetix 生态 | EtherNet/IP、DLR | CIP Safety | FactoryTalk、OPC UA、REST* |
| Beckhoff | IPC + 软 PLC | EtherCAT 端子/防护盒 | 强(NC/PTP/TF) | EtherCAT/TSN* | FSoE | Win/Linux、TwinCAT SDK |
| Omron | NX/NJ/NX1P2 | NX I/O、环境型选件 | 强(Sysmac 运动/机器人) | EtherCAT、EtherNet/IP | FSoE | OPC UA、数据库/AI 扩展 |
| Schneider | M2xx/M262 + PacDrive | TM3/X80/Advantys | 中‑强(PacDrive) | Modbus/TCP、Sercos/EIP/PN | 安全方案/预认证 | EcoStruxure、OPC UA |
| Phoenix (PLCnext) | Linux + 实时扩展 | Axioline F/X | 中(多协议) | PN/EIP/Modbus、TSN* | PROFIsafe | App/容器、Git/云连接 |
| WAGO | PFC/Edge + Codesys | 750/753/u‑remote | 中 | 多协议 | 选件 | MQTT/Node‑RED/容器* |
* 表示视机型/选件支持;表格为工程选型提示,以官方最新资料为准。
8) 选型清单(不踩坑)
- 先定网络与实时性:高速插补/同步轴→优先 EtherCAT/Powerlink;通用 I/O→PROFINET/EtherNet/IP。
- 按单元拆控制域:把停线范围控制在工位级;边界用标准接口(OPC UA、IO‑Link、消息队列)。
- 安全设计前置:SIL/PL 等级、急停回路、分区联锁;优先选集成安全总线。
- 工程软件统一:减少平台数量;考虑许可证、版本管理、远程维护。
- 环境与可靠性:温度/振动/EMC/防护(XTR/涂层);网络与电源冗余。
- IT/OT 融合:边缘节点统一对上(OPC UA/MQTT/REST),避免在 PLC 内做重分析。
9) FAQ / 备注
FAQ
- Q:分布式一定更贵吗?
A:设备数更多,但布线/停线成本更低;规模越大越划算。 - Q:实时以太够快吗?
A:运动类协议(EtherCAT 等)可达亚毫秒周期;需正确规划时钟与拓扑。 - Q:能否与 DCS 混用?
A:可在上层用 OPC UA/MQTT 打通,或以网关分层解耦。
声明
本文为选型导读,具体功能、性能和兼容性请以各品牌官方最新资料为准;如需“品牌/型号/协议/I/O/运动/安全/软件”的项目化清单,请告诉我工艺与规模。