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(jiǎn)單的傳感器和執(zhí)行元件的信號(hào)接口，這一點(diǎn)是非常容易理解的。但是對(duì)于很多現(xiàn)代化的應(yīng)用，這僅僅是開始。先進(jìn)的控制特點(diǎn)、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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jiǎn)單的繼電器和定時(shí)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(jì)算，以及浮點(diǎn)運(yùn)算。要完成這些，PLC必須用單獨(dú)的并可以獨(dú)立編程的硬件卡擴(kuò)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(jìn)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(shí)現(xiàn)。想要基于PLC的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些功能，必須用單獨(dú)的處理器、網(wǎng)關(guān)或轉(zhuǎn)換器、運(yùn)行于獨(dú)立PC的軟件中間件以及企業(yè)系統(tǒng)級(jí)的專用軟件進(jìn)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(xiàng)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(shí)現(xiàn)PC類似的任務(wù)，或用PC實(shí)現(xiàn)PLC的任務(wù)，例如離散控制或過程控制，二者都需要擴(kuò)充軟件或硬件卡。例如，PC使用的操作系統(tǒng)對(duì)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(kuò)充卡或?qū)Ｓ玫臄U(kuò)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(xiàng)要求，自動(dòng)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(dòng)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(kuò)展”方式來實(shí)現(xiàn)。其中，額外的中間件、處理器或兩者都用于與一個(gè)或多個(gè)PLC相融合。然而，新型的PAC在其設(shè)計(jì)中內(nèi)建了更多的功能。例如，執(zhí)行更高級(jí)復(fù)雜計(jì)算、鎖存、PID回路、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程以太網(wǎng)傳輸?；赑LC的控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)這些功能需要額外的、價(jià)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(jì)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(kuò)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(shí)監(jiān)控?cái)?shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)以及串行I/O信號(hào)。

2.1 PAC的特點(diǎn)

　　多數(shù)人都贊同工業(yè)分析師ARC咨詢集團(tuán)最初命名的“PAC”概念。ARC提出這個(gè)概念基于兩個(gè)原因：幫助自動(dòng)戶硬件用戶更好的定義他們的應(yīng)用要求；給自動(dòng)化硬件供應(yīng)商提出一個(gè)概念，更加清楚地表達(dá)產(chǎn)品的功能。

　　一般PAC都提供下列功能：

§ 在一個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多種功能，包括邏輯、運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)和處理控制

§ 提供通用的多功能開發(fā)平臺(tái)和單一的數(shù)據(jù)庫，以滿足多領(lǐng)域自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行統(tǒng)一編程，設(shè)計(jì)控制程序，支持“流過”多個(gè)機(jī)器或單元的流程

§ 使用開放的模塊化架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)不同功能的自由組合和搭配，減少系統(tǒng)擴(kuò)展升級(jí)時(shí)需要的成本。

§ 支持事實(shí)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(shì)

　　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(kuò)展卡才能完成。

　　編程時(shí)，集成的硬件和軟件也是一個(gè)優(yōu)勢(shì)：用于PAC編程的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）包括一個(gè)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(gè)軟件包來滿足現(xiàn)有的和未來的自動(dòng)化要求，而不是使用來自不同供應(yīng)商的多個(gè)軟件包。

　　PAC的另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是控制系統(tǒng)非常容易升級(jí)。可以替換模塊化處理器，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(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的獲取現(xiàn)場(chǎng)信息。反過來，這又使得收集的數(shù)據(jù)更加精確、實(shí)時(shí)，對(duì)于商業(yè)應(yīng)用來說更加有用。

2.3 費(fèi)用上的優(yōu)勢(shì)

　　PAC可以提供很多費(fèi)用上的優(yōu)勢(shì)?？刂葡到y(tǒng)總的費(fèi)用比較低，因?yàn)橛布容^便宜，并且需要較少的研發(fā)和集成時(shí)間。與將PLC擴(kuò)展到相似性能相比，購買PAC要便宜的多。對(duì)于一個(gè)特定的自動(dòng)化項(xiàng)目，資產(chǎn)回報(bào)率高、周期性花費(fèi)少、總體擁有成本低。

　　最后，提高了資本的流動(dòng)速度：因?yàn)樵谧畛蹰_發(fā)時(shí)僅需要購買當(dāng)時(shí)需要模塊，以后擴(kuò)展根據(jù)需要可以隨時(shí)添加，需要時(shí)再采購。這一切都是因?yàn)橄到y(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(qǐng)看以下工廠應(yīng)用實(shí)例。

3.1 處理多種信號(hào)

　　工廠實(shí)例中的PAC處于多域運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)測(cè)和管理一條生產(chǎn)線，一個(gè)測(cè)試臺(tái)、和運(yùn)輸活動(dòng)。要做到這些，PAC必須同時(shí)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(cè)試設(shè)備的串行數(shù)據(jù)。同時(shí)，PAC與OPC服務(wù)器、操作員界面、和SQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)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(shì)。

3.2 支持標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議

　　在圖1的工廠實(shí)例中，PAC、操作員和辦公室工作站、測(cè)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(yuǎn)程I/O模塊的底板進(jìn)行通訊，讀/寫模擬量、數(shù)字量和串行信號(hào)。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(dòng)式設(shè)備通訊，例如叉車及臨時(shí)的操作員工作站。

　　PAC可以控制、監(jiān)測(cè)，并與這些不同的設(shè)備及系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈兪褂猛瑯訕?biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議。實(shí)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(huì)需要常用的協(xié)議例如Modbus、SNAP（簡(jiǎn)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(shí)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(shí)例中，PAC與企業(yè)SQL數(shù)據(jù)庫交換制造、生產(chǎn)和庫存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫依次與多個(gè)關(guān)鍵的商業(yè)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，包括企業(yè)資源計(jì)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(shí)、自動(dòng)更新。所有的商業(yè)系統(tǒng)都能連續(xù)得到及時(shí)的、有價(jià)值的信息。

3.4 RTU、數(shù)據(jù)采集、PAC

　　遠(yuǎn)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(cè)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(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。RTU也接收從SCADA主機(jī)到遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)操作設(shè)備的信息。

3.5 RTU和PLC比較

　　RTU主要是現(xiàn)場(chǎng)用來監(jiān)控、采集和控制遠(yuǎn)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(qiáng)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(shí)，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(shí)的，因?yàn)樗鼈兪窃趯Ｓ脽o線電或?qū)＞€網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(jìn)行更新或使用過時(shí)的RTU技術(shù)進(jìn)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(xiàng)、廣泛的溫度和震動(dòng)規(guī)范并且使用當(dāng)前領(lǐng)先的通信標(biāo)準(zhǔn)。這些特點(diǎn)使得PAC在現(xiàn)場(chǎng)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(hù)費(fèi)用或磨損而廢棄時(shí)。

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(hào)采集、基本的信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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?cè)趶?fù)雜的物理環(huán)境或遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)室而不是現(xiàn)場(chǎng)的位置。

　　PAC提供了多樣的、靈活的信號(hào)感測(cè)、調(diào)節(jié)以及多種傳輸能力。使用PAC強(qiáng)大的處理器和大容量的存儲(chǔ)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(jì)、校對(duì)、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(chǔ)。因?yàn)镻AC不是PC，并且不受PC的高價(jià)的限制，它的可靠性可以配置用于現(xiàn)場(chǎng)。

4 選擇PAC

　　大量的工業(yè)自動(dòng)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(diǎn)，所以強(qiáng)調(diào)PLC或PC的特點(diǎn)可能會(huì)，也可能不會(huì)滿足你的應(yīng)用要求。

4.1 選擇PAC控制系統(tǒng)

　　當(dāng)評(píng)價(jià)PAC或類似PAC的自動(dòng)化控制器時(shí)，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(diǎn)？如果是這樣，看一下與列在圖2和圖3上與PAC特點(diǎn)更匹配的控制器。

4.2 參考生產(chǎn)商的背景

　　對(duì)于任何產(chǎn)品，有些生產(chǎn)商的生產(chǎn)時(shí)間很久。而很多的生產(chǎn)商最近才引進(jìn)他們新的PAC或類似PAC的產(chǎn)品，在產(chǎn)品本身進(jìn)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。

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