時會美　張殿明

摘要：PAC是一種新型的可編程自動化控制器，與PLC相比，具有開放的體系結(jié)構(gòu)和優(yōu)秀的互操作性、靈活性；與PC相比，又具有更高的穩(wěn)定性和更好的實時性，因此能更好地滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化的要求，是目前工業(yè)自動化領(lǐng)域研究的熱點之一。文章論述了PAC控制器產(chǎn)生的背景和技術(shù)特點，PAC的發(fā)展現(xiàn)狀和主流產(chǎn)品，闡述了PAC技術(shù)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：PAC控制器；技術(shù)特性；主流產(chǎn)品；自動化；數(shù)據(jù)

中圖分類號：TM571

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0038-02

自從ARCGroup提出PAC概念以來，作為近年來自動化技術(shù)最為重要的發(fā)展趨勢之一，PAC受到了自動化業(yè)界和終端用戶的廣泛關(guān)注。

一、PAC控制器的產(chǎn)生背景

自20世紀(jì)70年代PLC取代了原有的繼電器控制系統(tǒng)以來，因其具有高可靠性和穩(wěn)定性而被廣泛地使用到各種控制系統(tǒng)中，成為自動化領(lǐng)域中極具競爭力的控制工具。但傳統(tǒng)PLC的體系結(jié)構(gòu)是封閉的，各PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統(tǒng)也各異，當(dāng)用戶選擇了一種PLC產(chǎn)品后，必須選擇與其相應(yīng)的控制規(guī)程，并且學(xué)習(xí)特定的編程語言。盡管如此，PLC還是在很多工業(yè)應(yīng)用中被使用。據(jù)來自ARC、聯(lián)合開發(fā)公司(VDC)以及網(wǎng)上PLC培訓(xùn)資源PLC.net的專家估計。77％的PLC用于小型應(yīng)用(低于128I/O)，72％的PLC的I/O是數(shù)字的，80％的PLC應(yīng)用問題可由20條梯形邏輯指令集來解決。但是，如果要在工程中開發(fā)剩余的20％的應(yīng)用時。就不得不突破PLC的限制了。

在20世紀(jì)80年代和90年代，隨著計算機技術(shù)的不斷提高與發(fā)展，人們開始考慮使用PC機來進(jìn)行系統(tǒng)控制，以求通過PC來滿足剩余的20％的應(yīng)用，給用戶帶來更多的選擇。在許多工程應(yīng)用中，PC機已能實現(xiàn)原來PLC的控制功能，并且具有更強的數(shù)據(jù)處理能力、強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能以及能夠執(zhí)行比較復(fù)雜的控制算法和其近乎無限制的存儲容量等優(yōu)勢。但是基于PC控制的主要問題是標(biāo)準(zhǔn)PC并不是為嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的，穩(wěn)定性、可靠性和編程復(fù)雜是應(yīng)用中的主要問題。

由于PC和PLC都有其各自的優(yōu)缺點，因此，人們把PLC和PC的特性最佳地結(jié)合在一起，開發(fā)出了新的控制器來解決20％的應(yīng)用，ARC的工業(yè)分析家把這種設(shè)備稱為可編程自動化控制器，即PAC。

二、PAC的主要特性

(一)“多功能性，在一個平臺上有邏輯、運動、PID控制、驅(qū)動和處理中的至少兩種以上功能”

除了為了實現(xiàn)特殊的協(xié)議如SERCOS要對I/O做一些改進(jìn)；而且軟件還能提供邏輯、運動、處理和PID的功能。例如，運動控制作為軟件控制循環(huán)，它能從正交編碼器上讀取數(shù)字輸入，執(zhí)行模擬控制循環(huán)并輸出控制設(shè)備的模擬信號。

(二)“單一的多規(guī)程開發(fā)平臺使用通用標(biāo)簽和單一的數(shù)據(jù)庫來訪問所有的參數(shù)和功能”

由于PAC是為更為高級的應(yīng)用如多功能而設(shè)計的，他們需要更為高級的軟件。為了能高效地設(shè)計系統(tǒng)，軟件必須是單一的集成化軟件包，而不是多種分離的軟件工具，這些軟件工具在工程上不能無縫地協(xié)同工作。

(三)“通過結(jié)合IEC61131-3，用戶向?qū)Ш蛿?shù)據(jù)管理，軟件工具能設(shè)計出在跨越多個機器和處理單元的處理流程”

簡化系統(tǒng)設(shè)計的另一方面是具有高級的圖形化開發(fā)工具，利用該工具可以使工程師很輕松地把處理的概念轉(zhuǎn)變?yōu)槟軐嶋H控制機器的代碼。

(四)“開放的模塊化構(gòu)架能解決的工業(yè)應(yīng)用可從控制分布于工廠機器到加工車間的操作單元”

由于所有的工業(yè)應(yīng)用都需要有高度的定制特性，所以硬件必須是模塊化的，以便工程師們可以選擇合適的部件。而且，軟件也必須能讓工程師增加和拆除模塊以設(shè)計出所需的系統(tǒng)。

(五)“采用已有的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)，語言等，如TCPIP，OPC&XML和SOL查詢語言”

能和企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)通信對于現(xiàn)代化控制系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的。盡管PAC包含有以太網(wǎng)接口，但是為了要把設(shè)備和工廠其它系統(tǒng)無問題地集成在一起，通信軟件是至關(guān)重要的。

三、PAC軟件技術(shù)的解決方案

一方面軟件是PA和PLC主要的區(qū)別，而另一方面廠商在提供高級軟件的方式上也有所不同。有兩種提供PAC軟件的方式：基于PLC控制的軟件和基于PC控制的軟件。

(一)基于PLC控制的軟件方案

PLC軟件根據(jù)通用模型而建立：輸入掃描、控制代碼運行、輸入更新、以及常規(guī)功能執(zhí)行。由于輸入循環(huán)、輸出循環(huán)和常規(guī)循環(huán)都是隱藏的，所以控制工程師只需要關(guān)注控制代碼的設(shè)計。由于廠商已完成了大部分工作，這種嚴(yán)格的控制架構(gòu)使得建立控制系統(tǒng)更為容易和快速。這些系統(tǒng)的嚴(yán)格性也能讓控制工程師在開發(fā)可靠的程序時無需深入了解PLC的底層操作。然而，作為PLC主要優(yōu)勢的這種嚴(yán)格的掃描式構(gòu)架也導(dǎo)致其靈活性的欠缺。絕大多數(shù)PLC廠商通過在已有的掃描式架構(gòu)中增加新的功能來建立PAC軟件，這些新功能包括以太網(wǎng)通信、運動控制和高級算法。然而，通常他們會保留PLC熟悉的編程方式以及其在邏輯和控制方面固有的特點。因此這種PAc軟件通常是為了適合特殊類型應(yīng)用而設(shè)計的，如邏輯、運動和PID。

(二)基于PC控制的軟件方案

傳統(tǒng)PC軟件廠商以非常靈活的通用編程語言為起點，能夠提供對硬件的深層次訪問。該種軟件也具有可靠性、確定性以及預(yù)設(shè)的控制架構(gòu)。PC軟件極為靈活，非常適合那些需要高級的架構(gòu)、編程技巧或者系統(tǒng)控制的復(fù)雜應(yīng)用，但卻使本應(yīng)簡單的應(yīng)用復(fù)雜化。這些廠商首先要能提供通用操作系統(tǒng)如Win-dows所不具備的可靠性和確定性。它們可以通過采用實時操作系統(tǒng)(RTOS)來實現(xiàn)。這些RTOS能控制系統(tǒng)的各個層面，從I/O讀寫速率到控制器上各個線程的優(yōu)先級。然后為了使工程師能更為容易地開發(fā)出可靠的控制程序，廠商增加了抽象層和110讀寫架構(gòu)。因而這種靈活軟件非常適合于定制控制、數(shù)據(jù)記錄和通信，但舍棄PLC編程架構(gòu)的代價是使程序的開發(fā)難度增加。

四、目前主流的PAC系統(tǒng)

目前已有多個廠家提供符合PAC定義的特征與性能的產(chǎn)品，其中有代表性的有的GEFanuc的PACSystemsTMRX3i/7i、NI的CompactFieldPoint、Beckoff的CX1000、ICPDAS的Wincon/LIN-con等。其中的GEFanuc的PACsystemsTMRX3i/7i的CPU采用了PentiumⅢ處理器，操作系統(tǒng)為風(fēng)河公司的VxWorks，RX3i為VME54總線，RX7iCompactPCI總線。NI的CompactFieldPoint的CPU即將升級到PentiumⅣ-M2.5GHz處理器，其特色在于整合了測試測量領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛的開發(fā)平臺LabView。Beckoff的CX1000的CPU為PentiumMMX266MHz處理器，操作系統(tǒng)為WindowsCE.net或EmbeddedWindousXP。ICPDAS的Win-con/LINcon的CPU為StrongRAM206MHz處理器，Wincon的操作系統(tǒng)為WindowsCE.net，LINcon的操作系統(tǒng)為EmbeddedLinux。

五、PAC技術(shù)的發(fā)展前景

隨著市場的需要，PAC技術(shù)在未來的幾年內(nèi)將朝著以下幾個方向進(jìn)一步發(fā)展：

(一)設(shè)備規(guī)格的多樣化

為了滿足各種實際生產(chǎn)狀況的需要，PAC的規(guī)格將會呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢。在具體的生產(chǎn)環(huán)境中，選擇合適的控制系統(tǒng)要求的PAC，有利于降低成本。

(二)支持更多的控制功能

目前，PAC已經(jīng)將邏輯、運動、過程控制等高級功能集成到了單一的平臺上。而未來，PAC將進(jìn)一步融合更多的功能，例如對于安全性的考慮，批處理等等。當(dāng)信息被越來越廣泛地使用時，其安全性就將成為需要考慮的第一因素。

(三)商業(yè)系統(tǒng)的集成

為了實現(xiàn)真正的實時性，自動化設(shè)備供應(yīng)商將在PAC內(nèi)部繼續(xù)創(chuàng)建商業(yè)系統(tǒng)的連接通道而不依賴于其他的連接設(shè)備。PAC將內(nèi)嵌制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的一些屬性，例如：標(biāo)準(zhǔn)接口的建立，它將有利于更好地解決控制層和管理層之間的連接問題。

(四)簡單的系統(tǒng)維護(hù)

PAC將往更小化更智能化的方向發(fā)展，但同時它將擁有更出眾的數(shù)據(jù)處理能力。其軟件可以監(jiān)控機器運轉(zhuǎn)狀況，硬件可以完成復(fù)雜的自檢工作。為了提高生產(chǎn)率、增加利潤，企業(yè)就必須及時有效地傳遞數(shù)據(jù)信息。PAC的這種數(shù)據(jù)處理能力，可以滿足用戶在任何時間通過任何形式對數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)。

(五)延長產(chǎn)品的生命周期

通過采用新技術(shù)來獲得更高生產(chǎn)效率固然十分重要，但是新技術(shù)的使用是否會大幅增加成本和培訓(xùn)費也是廠家十分關(guān)注的問題。PAC未來平臺將仍然采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計，其賣主可以繼續(xù)使用原來的商業(yè)技術(shù)和以太網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)，從而有效地降低了對成本的投入。