ATE自動化測控設備開發實用技術指南（三）
目前市面上的標準以及非標準自動化測控設備琳琅滿目，型式各異，但總的來說萬變不離其宗，這些自動化設備都遵循著固定的設計架構。因此，梳理自動化設備的設計架構對於理解自動化設備的設計工作是極有幫助的，可以幫助工程師站在自動化設計的制高點上根據開發需求選擇合適的設計架構。
按照從簡單到複雜這樣的主軸線，自動化測控設備大概可以分為8種類型的設計架構：
1) 繼電器自動化測控系統
2) PC/觸摸屏+PLC自動化測控系統
3) PC+智能儀器自動化測控系統
4) PC+多功能板卡自動化測控系統
5) PC+匯流排式自動化測控系統
6) PC+機器視覺自動化測控系統
7) PC+機器人/運動控制器自動化測控系統
8) 基於PC的多功能綜合性自動化測控系統
本篇系列文章將會著重針對這8種設計架構進行詳細講解，為了加深讀者對設計架構的理解，每一個設計架構都會配一個作者做過的真實的項目案例。但是，限於個人經驗的局限性，無法面面俱到，難免會一些欠妥之處，還望各位指正。
1、 繼電器自動化測控系統
繼電器控制系統，一般由主令電器、接觸器、繼電器和導線等部分組成,其邏輯功能由傳統的繼電器來完成的，比如控制時間，就有相應的時間繼電器，且繼電器的動作一般與電磁有關。
在PLC誕生之前，繼電器控制系統是電氣自動化系統中最核心的控制部分，但隨著PLC的出現，迅速取代了大部分繼電器控制系統。注意噢，只是取代了大部分繼電器控制系統，而不是取代了全部繼電器控制系統，因為任何公司都無法承諾其生產的PLC是絕對安全的。在自動化電子電氣技術蓬勃發展的今天，看似古董一樣的繼電器控制系統依然有著用武之地。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
2、PC/觸摸屏+PLC自動化測控系統
PLC控制系統（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器，專為工業生產設計的一種數字運算操作的電子裝置，它採用一類可編程的存儲器，用於其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程，是工業控制的核心部分。
自1969年美國DEC公司發布第一款PLC以來，在極短的時間內就迅速淘汰了繼電器控制系統，其內置的軟繼電器、定時器、計數器等軟元件為自動化控制箱系統節省了大量的實物硬體，大大降低了系統成本，同時後期的系統升級和維護也不再費時費力，只需更新一下軟體即可完成。
在PLC系統中，觸摸屏/電腦並不是必須件，有些簡單的項目通過指示燈、按鈕即可完成PLC的輸入輸出控制及顯示需求。現在觸摸屏/電腦的價格也是越來越便宜，而功能卻是越來越多，在預算範圍內盡量選用電腦/觸摸屏做為PLC系統的HMI人機交互媒介，一旦後續系統需要添加功能或進行網路拓撲，則直接只需要修改下位機PLC和上位機電腦/觸摸屏的程序代碼即可。
在PLC系統項目設計初期，一定要為系統後期的功能升級和維護留下空間和餘量。DI/DQ點數一般至少要留出30%的餘量；通訊埠至少留出一個網口或串口；盡量選用晶體管型的PLC。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
3、PC+智能儀器自動化測控系統
在許多項目中需要用到各種型式的智能儀器，常見的有PID控制器、壓力/溫度控制器、功率計、萬用表、電源表、LCR分析儀、示波器等儀器，這些儀器普遍都帶有通訊介面，可以接受外界的控制指令進行遠程控制。如下圖中的安捷倫34465A高精度萬用表，可以支持LAN通訊、USB通訊以及GPIB通訊三種通訊方式，通過這三者中的任意一種通訊方式都可以遠程控制該儀器並實時回讀測試數據。
通過這些通訊介面就可以將這些儀器進行組態控制，在PC電腦端安裝LabVIEW編程軟體，LabVIEW編程軟體根據協議將適當的命令發送給智能儀器，從而實現自動化測試與控制。
智能儀器的通訊介面五花八門，常見的有RS-232/485，LAN，USB，GPIB等介面，在此介面上承載的通訊協議就更多：Modbus-RTU協議，TCP-Modbus協議，TCP協議，UDP協議，Profibus協議，Profinet協議等。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
4、PC+多功能板卡自動化測控系統
多功能板卡上集成了模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入輸出、定時器、計數器、頻率測量器、PWM輸出等功能，可以說就是一個嵌入在電腦中的「高性能PLC」。多功能板卡最傳統的應用還是集中於高速數據採集領域，這也是多功能板卡最擅長的功能，相應的數據採集恰恰是PLC的一大弱勢（採樣率低、AD轉換位數小），尤其是採樣頻率達到100HZ以上時，PLC基本無法適用於項目需要了。
因此，基於PC LabVIEW和多功能板卡構成自動化測控系統普遍適用於多通道高速數據採集領域、實時PID控制領域以及頻率時間測量領域。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
5、PC+匯流排式自動化測控系統
如今的自動化系統都在朝匯流排化的方向靠攏，匯流排化的優勢是非常顯而易見的。首先，大大減少了系統部署的複雜度和接線查線的工作量，系統之間通過一根匯流排就可完成組態；其次，輕鬆的實現分散式控制系統，提升系統的可靠性；第三，可以輕鬆的實現系統的擴展以及升級，非常方便與其他系統連接構成另一個網路系統；最後，節省了系統的硬體購買成本。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
6、PC+機器視覺自動化測控系統
機器視覺是配備有感測視覺儀器（如自動對焦相機或感測器）的檢測機器，其中光學檢測儀器佔有比重非常高，可用於檢測出各種產品的缺陷，或者用與判斷並選擇出物體，或者用來測量尺寸等，應用在自動化生產線上對物料進行校準與定位。是計算機視覺中最具有產業化的部分，主要大量應用於工廠自動化檢測及機器人產業等。
機器視覺是人工智慧、智慧實驗室、智能工廠的核心組成部分，機器視覺之於系統如同眼睛之於人類，沒有機器視覺的自動化系統就如同一個瞎子一樣。尤其是在機器人當中，普遍配備一個視覺系統用作機器人的眼睛。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
7、PC+機器人/運動控制器自動化測控系統
工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業機器人還可以根據人工智慧技術制定的原則綱領行動。
機器人在近幾年迎來了高速發展期，許多公司加入了機器人行業企圖分一塊蛋糕。但不得不承認，目前機器人生產廠商中仍是國外的品牌佔據主流地位，國產品牌還有待提升。機器人大量應用在重複性作業、危險性作業及高精度作業等環節中。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
8、基於PC的多功能綜合性自動化測控系統
實際項目開發中，往往既有PLC系統，也有運動控制系統，甚至還有機器人、機器視覺等其他更多的系統。因此，基於PC的多功能綜合性自動化測控系統是最常見的系統開發模式，大部分開發項目中都在在目錄1~7中選擇的合適架構然後進行組合。
實際的項目種類繁多，對應的架構也是有很多種不同的排列組合。真正應用時，需要熟練掌握目錄1~7這7種基本的開發架構模式，熟知每一種架構的優點和劣勢，有的放矢物盡其用。詳情會在後續文章中單獨展開討論。
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《ATE自動化測控設備開發實用技術指南》系列文章提綱如下：
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（一），主要講解測控設備開發的重要性，以及試驗設備開發的工作特點；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（二），主要講解測控設備開發所必備的開發工具，以及這些工具的使用特點；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（三），主要講解測控設備開發常用的設計架構，以及各種設計架構的適用場合；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（四），主要講解繼電器自動化控制系統架構，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（五），主要講解PLC+觸摸屏/PC自動化測試控制系統架構，以西門子S-1200 PLC為例講解如何實現與LabVIEW通訊，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（六），主要講解智能儀器+PC LabVIEW自動化測試控制系統架構，以Keithley 6517B微電流測量儀為例講解上位機LabVIEW如何控制，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（七），主要講解多功能數據採集卡+PCLabVIEW自動化測試控制系統架構，以NI PCIE-6321板卡為例講解如何使用該板卡，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（八），主要講解匯流排+PC LabVIEW自動化測試控制系統架構，以ProfiNET匯流排為例，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（九），主要講解機器視覺+PC LabVIEW自動化測試控制系統架構，以零件尺寸測量項目為例進行講解，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（十），主要講解機器人/運動控制器+PC LabVIEW自動化測試控制系統架構，以YAMAHA機器人為例講解如何通過上位機LabVIEW實現控制機器人的操作控制，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則；
- ATE自動化測控設備開發實用技術指南（十一），主要講解基於PC LabVIEW的綜合性自動化測試控制系統架構，在該架構中包含數據採集卡、PLC、智能儀器、機器視覺、匯流排、伺服控制器等多種設備，討論該系統架構的技術特性和應用場合，以及基本設計原則。
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