１ 滿足現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用要求
目前的控制系統(tǒng)越來越難以滿足現(xiàn)代化的工業(yè)應(yīng)用所需要的更多功能要求。例如，典型的控制系統(tǒng)必須與來自簡單的傳感器和執(zhí)行元件的信號接口，這一點是非常容易理解的。但是對于很多現(xiàn)代化的應(yīng)用，這僅僅是開始。先進的控制特點、網(wǎng)絡(luò)鏈接、設(shè)備互用、企業(yè)數(shù)據(jù)集成都是現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中所必須的功能。
這些功能要求遠遠超出了傳統(tǒng)的、基于離散-邏輯控制的可編程控制器（PLC）所能提供的功能。多數(shù)的PLC都使用梯形圖來編程，它起源于接線圖，用于描述控制系統(tǒng)中簡單的繼電器和定時器的布置和連線。如果需要一些更高功能的應(yīng)用，用梯形圖編程非常困難。例如，要用復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式建立數(shù)學(xué)模型，完成復(fù)雜PID回路計算，以及浮點運算。要完成這些，PLC必須用單獨的并可以獨立編程的硬件卡擴展卡。
使PLC更象PC
要想使PLC能滿足現(xiàn)代化的應(yīng)用要求，進行網(wǎng)絡(luò)鏈接、設(shè)備互用和企業(yè)數(shù)據(jù)集成，這些類型的功能更適合于PC來實現(xiàn)。想要基于PLC的系統(tǒng)實現(xiàn)這些功能，必須用單獨的處理器、網(wǎng)關(guān)或轉(zhuǎn)換器、運行于獨立PC的軟件中間件以及企業(yè)系統(tǒng)級的專用軟件進行綜合系統(tǒng)集成。
使得PC更象PLC
另一方面，用于工業(yè)環(huán)境中的PC可以滿足現(xiàn)代化工業(yè)應(yīng)用中所提出的各項要求。特別是網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信方面的功能要求。
要想使PLC能實現(xiàn)PC類似的任務(wù)，或用PC實現(xiàn)PLC的任務(wù)，例如離散控制或過程控制，二者都需要擴充軟件或硬件卡。例如，PC使用的操作系統(tǒng)對于高性能的、確定性的工業(yè)應(yīng)用來說，可能不是最好的。附加的I/O擴充卡或?qū)Ｓ玫臄U展卡可能要集成到PC操作系統(tǒng)中，從而提供高性能的、確定性的或接近確定性的操作。
２ PAC介紹
隨著工業(yè)控制設(shè)備需求的增長，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用所提出的各項要求，自動化制造商已經(jīng)作出了積極的反應(yīng)。將PLC型的確定性控制與基于PC系統(tǒng)的靈活組態(tài)和企業(yè)集成功能結(jié)合，形成了一種新型的控制系統(tǒng)：可編程自動化控制器，即PAC。
雖然以前也有將PLC和PC技術(shù)結(jié)合用于工業(yè)控制的嘗試，但一般只通過之前說明的“擴展”方式來實現(xiàn)。其中，額外的中間件、處理器或兩者都用于與一個或多個PLC相融合。然而，新型的PAC在其設(shè)計中內(nèi)建了更多的功能。例如，執(zhí)行更高級復(fù)雜計算、鎖存、PID回路、數(shù)據(jù)采集和遠程以太網(wǎng)傳輸。基于PLC的控制系統(tǒng)要實現(xiàn)這些功能需要額外的、價格不菲硬件，而PAC卻直接提供了這些功能。
PAC以其模塊化設(shè)計和制造而著稱，以及開放式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，提供與其它設(shè)備和商業(yè)系統(tǒng)的擴展性和互聯(lián)。特別的，PAC具有高效的處理能力和I/O掃描能力，可以通過多種方式同企業(yè)及商業(yè)系統(tǒng)集成。
PAC是多功能的控制系統(tǒng)，可以同時監(jiān)控數(shù)字信號、模擬信號以及串行I/O信號。
2.1 PAC的特點
多數(shù)人都贊同工業(yè)分析師ARC咨詢集團最初命名的“PAC”概念。ARC提出這個概念基于兩個原因：幫助自動戶硬件用戶更好的定義他們的應(yīng)用要求；給自動化硬件供應(yīng)商提出一個概念，更加清楚地表達產(chǎn)品的功能。
一般PAC都提供下列功能：
§ 在一個平臺上實現(xiàn)多種功能，包括邏輯、運動、驅(qū)動和處理控制
§ 提供通用的多功能開發(fā)平臺和單一的數(shù)據(jù)庫，以滿足多領(lǐng)域自動化系統(tǒng)設(shè)計和集成的需求。
§ 無縫集成的控制器硬件和軟件
§ 使用軟件工具可以進行統(tǒng)一編程，設(shè)計控制程序，支持“流過”多個機器或單元的流程
§ 使用開放的模塊化架構(gòu)以實現(xiàn)實現(xiàn)不同功能的自由組合和搭配，減少系統(tǒng)擴展升級時需要的成本。
§ 支持事實上的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以與工廠的MES\ERP系統(tǒng)輕易集成。
§ 提供有效的處理和I/O掃描
2.2 開發(fā)和功能的優(yōu)勢
從PAC的定義可以看出PAC具備的特性，可以完成復(fù)雜的功能。并且系統(tǒng)的硬件和軟件無縫集成，提高了控制系統(tǒng)的性能。而要完成這些功能，PLC需要額外的擴展卡才能完成。
編程時，集成的硬件和軟件也是一個優(yōu)勢：用于PAC編程的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）包括一個所有開發(fā)工具共享的標(biāo)簽名數(shù)據(jù)庫。PAC使用同一個軟件包來滿足現(xiàn)有的和未來的自動化要求，而不是使用來自不同供應(yīng)商的多個軟件包。
PAC的另外一個優(yōu)勢是控制系統(tǒng)非常容易升級?？梢蕴鎿Q模塊化處理器，不需要拆除現(xiàn)有的處理器和執(zhí)行器連線。
PAC 使用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議交換數(shù)據(jù)，例如以太網(wǎng)和TCP/IP。
使用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)，PAC實時或接近實時的獲取現(xiàn)場信息。反過來，這又使得收集的數(shù)據(jù)更加精確、實時，對于商業(yè)應(yīng)用來說更加有用。
2.3 費用上的優(yōu)勢
PAC可以提供很多費用上的優(yōu)勢?？刂葡到y(tǒng)總的費用比較低，因為硬件比較便宜，并且需要較少的研發(fā)和集成時間。與將PLC擴展到相似性能相比，購買PAC要便宜的多。對于一個特定的自動化項目，資產(chǎn)回報率高、周期性花費少、總體擁有成本低。
最后，提高了資本的流動速度：因為在最初開發(fā)時僅需要購買當(dāng)時需要模塊，以后擴展根據(jù)需要可以隨時添加，需要時再采購。這一切都是因為系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)。
3 PAC在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用
讓我們更深入的看一下PAC是怎樣應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的，請看以下工廠應(yīng)用實例。
3.1 處理多種信號
工廠實例中的PAC處于多域運行狀態(tài)，同時監(jiān)測和管理一條生產(chǎn)線，一個測試臺、和運輸活動。要做到這些，PAC必須同時監(jiān)控模擬量如溫度和壓力，數(shù)字開關(guān)狀態(tài)量例如開關(guān)閥、開關(guān)和指示器以及來自物料跟蹤和測試設(shè)備的串行數(shù)據(jù)。同時，PAC與OPC服務(wù)器、操作員界面、和SQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換。同時處理這些任務(wù)，不需要額外的處理器、網(wǎng)關(guān)或中間設(shè)備是PAC的優(yōu)勢。
3.2 支持標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議
在圖1的工廠實例中，PAC、操作員和辦公室工作站、測試設(shè)備、生產(chǎn)線和過程傳感器和執(zhí)行元件及條形碼閱讀器都安裝在遍布廠房的標(biāo)準(zhǔn)10/100 Mbps 以太網(wǎng)內(nèi)。在某些情況下，設(shè)備沒有內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)的鏈接，比如溫度傳感器，都連到位于中間的Ethernet-激發(fā)的I/O單元的I/O模塊上，依次與PAC通訊。
使用以太網(wǎng)絡(luò)，PAC與遠程I/O模塊的底板進行通訊，讀/寫模擬量、數(shù)字量和串行信號。網(wǎng)絡(luò)也將PAC鏈接到OPC server, 操作員界面、及SQL數(shù)據(jù)庫。無線網(wǎng)也是網(wǎng)絡(luò)的一部分，所以PAC也可以與移動式設(shè)備通訊，例如叉車及臨時的操作員工作站。
PAC可以控制、監(jiān)測，并與這些不同的設(shè)備及系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，因為它們使用同樣標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議。實例包括有線的和無線的以太網(wǎng)絡(luò)、Internet協(xié)議（IP）網(wǎng)絡(luò)傳輸、OPC及SQL。在另外的控制條件下，可能會需要常用的協(xié)議例如Modbus、SNAP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）及通過modem的PPP協(xié)議。PAC也具有滿足這些不同的通訊要求的能力。
PAC還同時處理控制、通訊、數(shù)據(jù)日志及其它任務(wù)。
3.3 與企業(yè)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)
在上述工廠實例中，PAC與企業(yè)SQL數(shù)據(jù)庫交換制造、生產(chǎn)和庫存實時數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫依次與多個關(guān)鍵的商業(yè)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，包括企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、操作的設(shè)備效率（OEE）系統(tǒng)以及供應(yīng)鏈管理（SCM）系統(tǒng)。由于來自FactoryFloor的數(shù)據(jù)通過PAC及時、自動更新。所有的商業(yè)系統(tǒng)都能連續(xù)得到及時的、有價值的信息。
3.4 RTU、數(shù)據(jù)采集、PAC
遠程終端單元（RTU）是類似控制器的設(shè)備。幾十年來，RTU典型的用于作為監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA）網(wǎng)絡(luò)的前端部分，其中RTU向SCADA主機發(fā)送數(shù)據(jù)。RTU也接收從SCADA主機到遠程現(xiàn)場操作設(shè)備的信息。
3.5 RTU和PLC比較
RTU主要是現(xiàn)場用來監(jiān)控、采集和控制遠程分散的設(shè)備，例如管線、井口、泵站或通訊設(shè)備。這些類型的應(yīng)用所需要的通訊能力，傳統(tǒng)的PLC并不具備。典型情況下，PLC也不能提供足夠的強度來承受惡劣的環(huán)境條件，以及多數(shù)RTU應(yīng)用所具有的靈活I(lǐng)/O配置能力。沒有這些功能時，RTU在開發(fā)成專門集中在通訊能力，適用于惡劣的環(huán)境以及靈活I(lǐng)/O組態(tài)控制單元。
然而，過去的RTU通訊能力通常也是過時的，因為它們是在專用無線電或?qū)＞€網(wǎng)絡(luò)時開發(fā)的。今天開放的、基于IP的有線的、無線的局域和廣域網(wǎng)都非常的靈活并且不是特別昂貴。由于這樣，將現(xiàn)有的RTU進行更新或使用過時的RTU技術(shù)進行新的應(yīng)用并不具有很大的商業(yè)或技術(shù)意義。
相反，PAC提供了優(yōu)異的通訊能力、多種的I/O選項、廣泛的溫度和震動規(guī)范并且使用當(dāng)前領(lǐng)先的通信標(biāo)準(zhǔn)。這些特點使得PAC在現(xiàn)場非常適合替代遺留的RTU，特別是當(dāng)較老的、專用的網(wǎng)絡(luò)由于快速增長的維護費用或磨損而廢棄時。
3.6 基于PC的數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)是基于PC的設(shè)備，提供了快速的信號采集、基本的信號調(diào)理、數(shù)據(jù)存儲能力以及有限的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。多數(shù)的DAQ系統(tǒng)是基于PC的，限制了它們在復(fù)雜的物理環(huán)境或遠程位置的使用。因此多數(shù)的DAQ系統(tǒng)位于環(huán)境系統(tǒng)較好的實驗室而不是現(xiàn)場的位置。
PAC提供了多樣的、靈活的信號感測、調(diào)節(jié)以及多種傳輸能力。使用PAC強大的處理器和大容量的存儲器，在發(fā)送到數(shù)據(jù)庫或其他的應(yīng)用程序之前，獲得的原始數(shù)據(jù)可以合計、校對、或者特別處理（例如，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程單位）。另外，數(shù)據(jù)可以就地存儲。因為PAC不是PC，并且不受PC的高價的限制，它的可靠性可以配置用于現(xiàn)場。
4 選擇PAC
大量的工業(yè)自動化供應(yīng)商現(xiàn)在提供PAC或類似PAC的產(chǎn)品。有些情況下，產(chǎn)品更像PLC，另外一些情況下，則更像工業(yè)PC，如之前所描述的，PAC集成了這兩種設(shè)備的特點，所以強調(diào)PLC或PC的特點可能會，也可能不會滿足你的應(yīng)用要求。
4.1 選擇PAC控制系統(tǒng)
當(dāng)評價PAC或類似PAC的自動化控制器時，是否能滿足您的要求，您是否需要增加額外的處理器、網(wǎng)絡(luò)界面或者中間件給控制器更多PLC或PC類似的特點？如果是這樣，看一下與列在圖2和圖3上與PAC特點更匹配的控制器。
4.2 參考生產(chǎn)商的背景
對于任何產(chǎn)品，有些生產(chǎn)商的生產(chǎn)時間很久。而很多的生產(chǎn)商最近才引進他們新的PAC或類似PAC的產(chǎn)品，在產(chǎn)品本身進入主流多年之前，只有極少的公司具有提供PAC產(chǎn)品功能的成功記錄。但Opto 22 早在多年以前就提供了具有PAC功能的產(chǎn)品。
（轉(zhuǎn)載）
