想要參加馬拉松比賽的跑者，不會在早上穿著破舊的運動鞋和良好的愿望橫空出現。跑步者必須遵循訓練方案。他們逐漸延長比賽距離——5公里、10英里和半程馬拉松。這樣，他們將逐漸為終極目標的到來做好準備。
無控制柜自動化系統的設計與此類似。新的機器控制技術正在幫助先進的系統拋棄使用外殼，在以前，外殼是保護電源、輸入/輸出(I/O)、網絡、人機界面(HMI)、控制和其它設備免受惡劣生產環境影響所必需的。想要從消除電氣柜中獲益的用戶可以先從小范圍試點開始。
對于機器制造商、原始設備制造商(OEM)和設備最終用戶來說，無機柜設計具有許多優勢。完整的機器安裝控制系統可以降低總成本。除了去掉外殼本身之外，機器不再需要風扇、過濾系統、冷卻設備和相關電源來運行這一切。所有組件均采用標準連接器，用戶可縮短接線時間、消除接線錯誤并減少文檔編制。
制造商希望減少設備的占地面積，在相同的面積內可以安裝更多的機器。新興的無機柜機器控制模塊化選項有助于簡化從布線、安裝、技術支持到備件庫存的所有工作。但我們也不能冒然實施。要了解如何從依賴機柜的設計轉變為無控制柜的設計；以及了解實現這一目標所需的三個階段，這些都非常重要。
01 用于數據采集等功能的分布式I/O
那么，在這種情況下，與馬拉松訓練里的5公里跑對應的是什么？這將是在不擴展控制柜的情況下增加功能。
首先是添加不需要外殼保護的遠程I/O和IP65/67級機器控制器。雖然IP67甚至IP69K的加固I/O模塊并不新鮮，但這些技術的戰略采用，在許多應用中都取得了重大進展。這些設備可以從更多地方收集更多數據，不管其是用于通信、從傳感器獲取信號還是集成功能安全等。通過將I/O分布在更靠近終端設備的位置，用戶可以減少更多的布線。
然而，可以安裝在現場的工業PC解決方案提供了新的可能性。利用這些技術，并不一定意味著使用控制硬件來運行機器。工業PC可以處理特定機器模塊的控制邏輯，這些模塊可以拔出并在工廠車間內移動。
在棕地應用中，可以添加一個工業PC作為物聯網網關或邊緣計算設備。靈活的安裝選項使得在最有意義的地方物理連接控制器變得更容易。這樣就不必在機柜中尋找空間，無需擔心額外熱源，也無需將多條電纜連接到機柜。控制器帶有一個EtherCAT P端口，將電源和通信功能集成在一根標準的4芯電纜中，可以支持添加用于數據采集或特殊功能的I/O塊。
工業PC配備了分析軟件包，可以對數據進行一些預處理，然后使用蜂窩或Wi-Fi發射機，將重要指標發送到企業或云端。如果舊設備仍然滿足吞吐量和質量要求，但它需要提供數據來衡量機器運行狀況或能源效率，那么這是一個不錯的選擇。
02 機器安裝控制和分布式運動控制
下一個階段是縮小對新機器的控制柜要求。制造無機柜機器的技術正在不斷發展。因此，許多工程師正采取觀望態度。然而，已經有許多可安裝在機器上的設備可以最大限度地減少對大型保護外殼的需求。
采用雙核或四核無控制柜工業PC作為主機控制器，并使用帶有集成驅動器的伺服電機使其成為可能。一些電子設備(電源、保險絲、接觸器等)可能需要保留在外殼中，但使用這些無控制柜選項，所需的占用空間會大大縮小。
我們已經看到許多系統采取了該方法。通常，它們使用具有IP65/67等級的工業PC或全封閉面板PC，將機器控制CPU與堅固的HMI硬件相結合。基于遠程I/O解決方案和EtherCAT P通信，分布式伺服驅動系統使機器制造商能夠集成動態運動控制，而無需為單獨的驅動器預留較大的電氣柜空間。
這些分布式伺服驅動解決方案可將放大器集成到電機背面。IP67分布式模塊簡化了具有高級運動要求的系統鏈接。分布式模塊還可以通過EtherCAT P連接到其它傳感器、執行器等，從而降低對電氣外殼的要求。
除了包裝、內部物流、裝配和其它行業的固定機器應用外，這類解決方案也是移動機器人的理想選擇。自動導引車(AGV)和自主移動機器人(AMR)，都有非常緊湊的外殼。在外部或至少部分暴露于惡劣生產環境的空間中，配置控制器可以提供很大的靈活性。
在任何一種情況下，基于PC的控制器還可以整合幾個功能，例如可編程邏輯控制器(PLC)、安全、機器視覺和導航，這些功能通常需要單獨的硬件系統。
03 完全無控制柜自動化系統
最后一步是完全拋棄控制柜。實現這一目標所需的技術仍在發展中，因為并非所有控制和自動化所需的設備都有IP65或更高的防護等級。
允許無機柜控制模塊化設計的技術正在進入市場。憑借可擴展的基板，這些系統具有IPC、驅動器、I/O、功能安全等可插拔的構建塊。可以使用螺釘快速連接和固定，而不需要花費機柜制造專家數小時的時間。
據估計，以前通常需要24小時或更長時間的控制系統安裝過程，使用機器安裝平臺中的可插拔自動化組件，現在可以在1小時內完成。
這種完全無控制柜的方法可以節省大量空間。將控制組件分布在整個機器上，而不是將它們集中在一個帶有大量接線的外殼中，從而顯著減少占地面積。
使用基于可擴展底板的模塊化系統可以帶來一系列好處，包括：
· 將整體機器占地面積減少70%。
· 將所需的控制部件數量減少10倍。
· 整合高達80%的文件。
· 通過可插拔設備消除代價高昂的接線錯誤。
· 消除許多故障點。
· 通過快速調試加快上市時間。
全機器安裝控制平臺的占地面積和復雜性的降低，促進了工廠各部門之間更好的協作。例如，工程師將不需為系統設計特殊的安裝空間和支架。更加模塊化、可插拔的設計也將減少在將成品機器運輸到最終用戶設施之前拆卸機器的需要。
對于設備終端用戶來說，其優勢將包括提高運行可靠性、降低日常維護要求以及簡化故障排除和維修(如果需要)。例如，有些可以通過藍牙，在智能手機上查看診斷信息，在每個模塊上以DataMatrix代碼的形式顯示唯一的序列號以及通常的狀態指示燈。技術人員可以使用智能手機應用掃描這些代碼，從控制器和相應的功能模塊中檢索診斷數據。
EtherCAT通信可以提供全面的全系統診斷。工業以太網系統還支持熱插拔功能，這使得在需要時更換模塊盡可能簡單快捷。
04 根據需求選擇不同階段
有了上面這些優勢，工程師在各個層面都參與其中也就不足為奇了。然而，這確實需要重新考慮電氣和機械系統是如何協同工作的。一些工程師發現，在可機器安裝控制的第二階段，提供了他們目前所需的所有優勢，其最終用戶客戶目前并不要求進行更深入的重新設計。
無論采用哪個階段，仔細考慮選項都很重要。一個靈活、可擴展的自動化平臺將允許用戶利用現有的軟件平臺和設計，無論是添加具有IP65/67等級的工業PC還是切換到完全無控制柜的機器控制解決方案。
用戶還希望確保前沿系統支持開放式通信協議。畢竟，他們很可能需要與傳統設備通信，或者為尚未采用無控制柜設計的組件集成小型遠程機柜。在這些情況下，用戶可能會發現一些供應商也將無控制柜設計視為一場馬拉松，而不是百米沖刺。機器安裝技術不斷相互構建，以更接近終點線。
機器制造商和系統集成商可以開始部署更廣泛的無控制柜解決方案——獨立的IPC、I/O和驅動技術，以便在無控制柜自動化系統發展為主流時搶占先機。
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