如何利用緊湊型 PLC 在綠能、大樓自動化、工業系統中取得顯著成效

工業網路設計人員正面臨壓力：如何將傳統可編程邏輯控制器 (PLC) 和工業物聯網 (IIoT) 技術整合到狹小的空間中，以支援小型自動化和數位化專案所需的高效能。

控制器的結構必須緊湊，但仍能將傳統自動化與工業物聯網相連，並整合資訊技術 (IT) 和營運技術 (OT) 網路。這需要強大的雙核心處理器、microSD 卡插槽，以及至少 18 個類比和數位 I/O 通道。

為了達到最高靈活性，I/O 應包括一個 RS-485 序列埠和一個 USB-C 連接埠，以便直接配置連接；選配 CANopen 通訊連接埠也有助於部分應用。若要支援 OT 和 IT 整合，必須有兩個乙太網路連接埠，以支援兩個唯一 IP 位址：一個用於現場級裝置，另一個用於 SCADA 或雲端連線。

此外，應加入對 CODESYS 3.5 整合開發環境 (IDE) 的支援，以加速部署，讓使用者快速建立自動化專案和系統。支援 Docker 容器執行開源應用程式，能進一步增強靈活性並加速部署。

本文著重介紹 WAGO 的 Compact Controller 100 系列的眾多功能。展示這些控制器如何促進各種應用領域的高效能自動化解決方案的快速開發和部署，包括大樓自動化、電池儲能、微電網、工業機器、綠能系統等。

Compact Controller 100 (CC100) PLC 的尺寸僅 55 mm (長) x 108 mm (寬) x 90 mm (高)，可納入手掌中。在此小巧的尺寸下，提供數位化各種自動化功能的強大潛力。

此應用是否需要多達四個數位輸出、八個數位輸入、兩個類比輸入、兩個類比輸出、用於 Modbus RTU 等協定的 RS-485 介面，以及用於鉑 (Pt) 或鎳 (Ni) 電阻感測器的溫度輸入？751-9301 型號全都有。如果此應用還需要 CANopen 連接，設計人員可以使用 751-9401 型號 (圖 1)。

圖 1：CC100 型號 751-9401 的 I/O 介面組合與 751-9301 型號相同，此外還增加一個 CANopen 介面 (右上)。(圖片來源：WAGO)

此應用是否受益於可配置的雙乙太網路連接埠？這些連接埠可用作交換器或兩個獨立的 IP 位址，支援與現場和 OT 裝置的專用連接，以及與 SCADA、IT 或雲端系統單獨連接嗎？此外，是否支援 Modbus TCP/UDP、EtherNet/IP 和 EtherCAT 等工業乙太網路協定，以及使用 MQTT 等協定的 IIoT 和雲端連線？

SSH、SSL/TLS 加密、防火牆和網路廣播保護等網路安全功能對於保護網路安全是否不可或缺？CC100 系列的兩款型號都具備以上所有功能，甚至超越。

除了這些重要的特性和功能外，CC100 PLC 還提供 USB 編程連接埠，可簡化和加速配置，以及 Micro SD 卡插槽，用於韌體更新和其他功能。這兩款型號是符合 DIN 43880 標準的 DIN 軌裝置，可以快速安裝在小型配電板上。

編程和電源

這些 PLC 需要編程和電源，以完成基本安裝。CC100 系列再次展現強大的效能和無限的潛力：可以使用 CODESYS 3.5，以一種或多種 IEC 61131-3 語言進行編程，例如階梯圖 (LD)、功能方塊圖 (FBD)、順序功能圖 (SFC)、結構式文件編程語言 (ST) 和指令清單 (IL)，或使用 Node-RED、C++ 和 Python 等選項。

CC100 系列支援 Docker 容器，可執行其他應用並擴展其功能。內建的 Web 伺服器可以建立 HTML5 視覺化效果，方便操作和維護。

這些 PLC 可以啟用基於公用事業的協定，包括 DNP3 (電力和水力公司使用 DNP3 監控和控制 SCADA 系統中的遠端設備)。IEC61850 和 IEC60870 常用於變電站、微電網自動化，以及再生能源和儲能系統。此外，還支援用於大樓自動化應用的 BACnet 通訊。

WAGO 的 787-2850 電源供應器可在 24 V_DC 提供 1.25 A 的電流，是 CC100 系列 PLC 的理想電源，因為也設計成適合緊湊型安裝 (圖 2)。具有符合 EN 61010-2-201/UL 61010-2-201 標準的安全超低電壓 (SELV) 和保護超低電壓 (PELV) 要求的電氣隔離輸出電壓，並且在 +40°C 下具有超過 250 萬小時的極佳平均故障間隔時間 (MTBF) (符合 EN/IEC 61709)。

圖 2：787-2850 電源供應器與 CC100 PLC 的需求十分匹配。(圖片來源：WAGO)

各種潛力

CC100 系列的整合 I/O 為實作自動化解決方案提供堅實的基礎，而非限制。可將 750 系列 I/O 模組 (超過 500 多種品項) 和 I/O 耦合器組合，擴充 I/O 容量。

例如，I/O 模組 750-1506 可用於為基本 CC100 PLC 添加八個數位輸入和八個數位輸出。可以加入各種 750 型耦合器，提供所需的現場匯流排連接。此耦合器透過乙太網路纜線連接到 CC100，做為橋接器，將 CC100 連接到各種現場匯流排。

例如，750-348 是一款 CANopen 現場匯流排耦合器，介接模組化的 WAGO 750 系列 I/O 系統與 CANopen 網路，以擴充 CC100 的 I/O 容量 (圖 3)。750-362 耦合器支援與 Modbus 網路連接。亦提供其他耦合器，用於 EtherNet/IP 或 EtherCAT 作為主機。

圖 3：750-348 是一款 CANopen 現場匯流排耦合器。(圖片來源：WAGO)

連接耦合器後，使用 CODESYS 3.5 軟體對 PLC 進行編程就簡單多了。接著，控制器將透過耦合器與 I/O 模組通訊，管理所有 I/O 點。各耦合器會自動偵測所有連接的 I/O。

例如，750-362 是第四代 Modbus TCP/UDP 現場匯流排耦合器。可以轉換來自連接的 I/O 模組 (數位、類比等) 的訊號，以便透過 Modbus TCP/UDP 網路進行通訊。配備兩個 10/100 Mbit/s 乙太網路連接埠，支援菊鏈拓撲，以及一個用於設定 IP 位址的整合 DIP 式開關，以及一個用於配置和管理的整合式 Web 伺服器。

簡單且強大的網路管理

CC100 與 WAGO 的 Web 架構管理 (WBM) 軟體相容。此軟體透過 CC100 的內建 Web 伺服器和乙太網路連接，使用 Web 瀏覽器提供使用者介面，以進行配置、操作、維護。

使用者可以採用整合式防火牆、傳輸層安全性 (TLS) 加密和虛擬私人網路 (VPN) 功能等特性，開發和執行 HTML5 視覺化內容，並且管理安全存取，防止網路攻擊。

HTML5 視覺化內容託管在 CC100 上，可由大多數網頁瀏覽器遠端檢視。控制器狀態和系統、網路、I/O 狀態等基本資訊，可以透過整合式 LED 陣列，於本機控制器上查看。

WBM 藉由促進資料傳輸到雲端解決方案，或者利用 MQTT 等協定，將資料分發到其他系統，支援網路資料管理。可以透過控制器的 WBM 介面，設定雲端連線本身的配置，如雲端提供者 URL、安全憑證、驗證詳細資訊。

雲端連線

CC100 的雲端連線能力，可作為工業物聯網應用的閘道。可在 WBM 中配置通訊參數，並且使用 CODESYS 的 WAGOAppCloud 函式庫，為雲端和控制器之間交換的資料進行配置，處理配置細節等任務。

CC100 透過內建乙太網路介面存取網際網路，並將資料傳送到雲端。使用者可以指定使用的雲端服務，選用 Microsoft Azure、Amazon Web Services、IBM Cloud (圖 4)。

圖 4：CC100 PLC 可透過 MQTT 協定和乙太網路連線存取雲端。(圖片來源：WAGO)

提供功能塊和函式庫，將複雜的通訊過程 (如建立安全連接、將資料格式化為 JavaScript 物件表示法 (JSON) 格式、處理資料傳輸) 抽象化成簡單、可重複使用的程式碼；這些程式碼可以從標準的 IEC 程式中呼叫。

此 IEC 應用程式還允許使用者選擇要傳送至雲端的控制變數 (如感測器讀數或機器狀態)。使用者可以控制資料流，並決定發送資料的時間和方式，例如採用事件導向傳輸或週期性傳輸。此應用還可以對 CC100 上的資料進行預處理，進而減少雲端連線所需的頻寬。

結論

WAGO 的 CC100 控制器尺寸雖小，但卻能在較小的自動化和數位化專案中支援強大的效能，適用於各種應用，包括大樓自動化、綠能、微電網、電力和水力、工業系統。其擴充能力也有助於隨著需求變化而發展和適應。具備網路管理和雲端連線能力，為 IT 和 OT 系統的整合提供強而有力的支援。

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