1、中文 5720 字 PAC 新一代工业控制系统 , 可编程自动化控制发展的未来 随着许多厂商已生产出能结合 PC功能和 PLC可靠性的可编程自动化控制器（ PAC），目前控制系统已逐渐开始采用 PAC。本白皮书介绍 PAC 的起源以及它与 PLC 和 PC 的区别，并指出了使用 PAC 的工业控制未来发展方向。 目录 PAC 将成为未来的工业控制方式 “ 80-20” 法则 构建更好的控制器 两种不同的软件解决方案 PAC 的视觉和测量应用 PAC 免除了对专门硬件的需要 LabVIEW 用于自动化控制 NI PAC 系统 PAC 将成为未来的工业控制方式 和基于 PC 控制系统相比，有关 P
2、LC（可编程逻辑控制器）优势和劣势的激烈争论已经持续了十年。由于 PC 和 PLC 在技术上的差别越来越小，并且随着 PLC 采用了商业化（ COTS）硬件以及 PC 能采用实时操作系统，从而出现了一种新类型的控制器 PAC。 PAC 的概念是由自动化研究机构 (ARC) 提出的，它表示可编程自动化控制器，用于描述结合了PLC 和 PC 功能的新一代工业控制器。传统的 PLC 厂商使用 PAC 的概念来描述他们的高端系统，而 PC 控制厂商则用来描述他们的工业化控制平台。 “ 80-20” 法则 在 PLC 被开发出来的三十年里，它经过不断地发展，已经能结合模拟 I/O，网络通信以及采用新的编
3、程标准如 IEC 61131-3。然而，工程师们只需利用数字I/O 和少量的模拟 I/O 数以及简单的编程技巧就可开发出 80%的工业应用 。来自ARC、联合开发公司（ VDC）以及网上 PLC 培训资源 PLC.net 的专家估计： 77%的 PLC 被用于小型应用（低于 128 I/O） 72%的 PLC I/O 是数字的 80%的 PLC 应用可利用 20 条的梯形逻辑指令集来解决 由于采用传统的工具可以解决 80%的工业应用，这样就 强烈地需要有低成本简单的 PLC；从而促进了低成本微型 PLC 的增长，它带有用梯形逻辑编程的数字 I/O。然而，这也在控制技术上造成了不连续性，一方面
4、80%的应用需要使用简单的低成本控制器，而另一方面其它的 20%应用则超出了传统控制系统所能提供的功能。工程师在开发这些 20%的应用需要有更高的循环速率，高级控制算法，更多模拟功能以及能更好地和企业网络集成。 在八十和九十年代，那些要开发 “ 20%应用 ” 的工程师们已考虑在工业控制中使用 PC。 PC 所提供的软件功能可以执行高级任务，提供丰富的图形化编程和用户环境，并且 PC 的 COTS 部件使控制工程师能把不断发展的技术用于其它应用。这些技术包括浮点处理器；高速 I/O 总线，如 PCI 和以太网；固定数据存储器；图形化软件开发工具。而且 PC 还能提供无比的灵活性，高效的软件以及
5、高级的低成本硬件。 然而， PC 还不是非常适合用于控制应用。尽管许多工程师在集成高级功能时使用 PC，这些功能包括模拟控制和仿真、连接数据库、网络功能以及和第三方设备通信，但是 PLC 仍然在控制领域中处于统治地位。基于 PC 控制的主要问题是标准 PC 并不是为严格的工业环境而设计的。 PC 主要面临三大问题： 稳定性：通常 PC 的 通用操作系统不能提供用于控制足够的稳定性。安装基于 PC 控制的设备会迫使处理系统崩溃和未预料到的重启。 可靠性：由于 PC 带有旋转的磁性硬盘和非工业性牢固的部件，如电源，这使得它更容易出现故障。 不熟悉的编程环境：工厂操作人员需要具备在维护和排除故障时恢
6、复系统的能力。使用梯形逻辑，他们可以手动迫使线圈恢复到理想状态，并能快速修补受影响的代码以快速恢复系统。然而， PC 系统需要操作人员学习新的更高级的工具。 尽管某些工程师采用具有坚固硬件和专门操作系统的专用工业计算机，但是由于 PC 可靠性方面的问题绝大多数工程师 还是避免在控制中使用 PC。此外，在 PC 中的用于各种自动化任务的设备，如 I/O、通信、或运动可能需要不同的开发环境。 因此那些要开发 “ 20%应用 ” 的工程师们要么使用一个 PLC 无法轻松实现系统所需的功能，要么采用既包含 PLC 又包含 PC 的混合系统，他们利用 PLC来执行代码的控制部分，用 PC 来实现更高级的
7、功能。因而现在许多工厂车间使用 PLC 和 PC 相结合的系统，利用系统中的 PC 进行数据记录，连接条码扫描仪，在数据库中插入信息以及把数据发布到网上。采用这种方式建立系统的主要问题是该系统常常难以构建，排除故障和维护。系统 工程师常常被要结合来自多个厂商软硬件的工作所困扰，这是因为这些设备并不是为了能协同工作而设计的。 构建更好的控制器 由于没有适合的 PC 或 PLC 解决方案，那些需要开发复杂应用的工程师就和控制厂商密切合作开发新的产品。他们需要新产品能结合 PC 的高级软件功能和PLC 的可靠性。这些重要用户为 PLC 和基于 PC 控制的公司提供了产品开发指导。 实现软件的功能不仅
8、需要有高级的软件，而且控制器的硬件功能也需要有所提高。由于世界范围内对 PC 部件的需求在下降，所以许多半导体厂商开始为工业应用重新设计他们的产品。目前控制领域的厂 商已开始在工业控制产品中使用工业化浮点处理器、 DRAM、固态存储器如 CompactFlash 以及快速 Ethernet 芯片。这使得厂商能利用基于 PC 控制系统的灵活性和可用性来开发更为强大的软件，而且该 PC 控制系统还可运行实时操作系统以保证可靠性。 这种新的控制器是为解决 “ 20%” 的应用问题而设计的，它结合了 PLC 和PC 两者的优点。 ARC 的工业分析家把这种设备称为可编程自动化控制器，即PAC。在 AR
9、C 的 “ 可编程逻辑控制器世界概览 ” 研究中，他们给出了 PAC 的五个主要特性。这些控制器特性是通过定义软件的能力来实现其 功能的。 1. “ 多功能性，在一个平台上有逻辑、运动、 PID 控制、驱动和处理中的至少两种以上功能。 ” 除了为了实现特殊的协议如 SERCOS 要对I/O 做一些改进；而且软件还能提供逻辑、运动、处理和 PID 的功能。例如，运动控制作为软件控制循环，它能从正交编码器上读取数字输入，执行模拟控制循环并输出控制设备的模拟信号。 2. “ 单一的多规程开发平台使用通用标签和单一的数据库来访问所有的参数和功能。 ” 由于 PAC 是为更为高级的应用如多功能而设计的，他们需要更为高级的软件。为了能高效地设计系统，软件必须是单一的集成化软件包，而不 是多种分离的软件工具，这些软件工具在工程上不能无缝地协同工作。
