PAC的含義

　　PAC這一術語，它定義了一種新類型的控制器。該控制器結合了PC的處理器、RAM和軟件的優勢，以及PLC固有的可靠性、堅固性和分布特性。PAC采用現有的商業化技術(COTS)，非常適合于工業化環境，它具有可伸縮性，易于維護和具有較低的發生故障時間等特性。

　　PAC的產生背景

　　可編程自動化控制器（PAC）是將最佳的PLC，DCS和PC技術融合在一個統一的、多功能的單元上，并用于滿足現代工業應用中愈來愈多的復雜要求。

　　實施一個現代化的工業應用會引出一系列問題，有時甚至是艱巨的復雜要求。比如，眾所周知，典型的控制系統必須接收傳感器和激勵發出的信號，但對于許多現代應用，這僅僅是一個開始。先進的控制功能、網絡連通性、設備的互操作性及企業數據整合都是工業應用中所越來越強調的。

　　這些現代化的要求大大超出了傳統基于離散邏輯的可編程邏輯控制器（PLC）對I/O信號的控制。大多數PLC使用梯形邏輯編程，它起源于用來描述控制系統內布局和連接的離散物理繼電器及定時器的接線圖。

　　對于這一模式的偏離或需要擴展的應用，梯形邏輯編程有些力不從心。例如，數學上的復雜應用，如PID回路控制應用于溫度控制包括浮點算法等。為了執行這些計算，PLC往往須增加獨立和單獨編程的硬件卡。

　　使用PLC來滿足應用中的網絡連通、設備互操作、企業數據整合等要求時可能會遇到問題。這些類型的任務往往更適合PC來處理。

　　為了在PLC的應用中提供這些功能，需要在獨立PC中運行更多的處理器、網關或轉換器、“中間件”軟件，且企業系統中的特殊軟件必須經常與系統進行整合。

　　另一方面，一臺用于工業環境下的PC能提供大量的現代應用功能，尤其是那些需要聯網和數據通訊功能的。如同將PLC擴容至完成PC的任務，但是，工業用PC需要執行類似PLC的任務如機器或過程控制，同樣需要擴展。

　　進入PAC

　　隨著現代工業應用需求范圍擴大，自動化生產商已經做出積極回應，一項融合PLC類似確定性機器的工業控制設備或擁有靈活配置的過程控制，使企業能基于PC系統進行優勢整合的設備誕生。這個設備即被定義為可編程自動化控制器，或者叫PAC。

　　來自ARC咨詢公司的工業分析家CraigResnick在2002年首創了“PAC”的定義。ARC創造這一新名詞基于2個原因：幫助自動化硬件用戶更好地確定他們的應用需求；給予自動化硬件商一個更明確的概念用于幫助他們闡述產品功能。

　　合并PLC和PC技術用于工業控制的想法之前已出現過，但是只有通過如前述的“添加”的方法來實現，其中附加的中間件、處理器與一個或多個PLC協同工作。一個PAC，擁有先進的功能，需要納入設計中。

　　例如，執行功能包括計數、閉鎖、PID回路控制、數據采集及傳輸，一個典型的PLC控制系統需要更多的、價格較昂貴的過程硬件。一個PAC則內置了以上所有功能。

　　PAC的矚目之處在于模塊化的設計和架構，同樣使用開放式的架構提供擴展性和設備及商用系統的互聯性。特別的是，PAC冠以高效處理及I/O掃描的特點，并以多種方式使其能夠融入企業的商用系統。

　　PAC必須符合下列要求：

　　1.在多領域中的單一平臺上操作包括邏輯、運動、驅動和過程控制

　　2.采用一個單一的開發平臺，使用通用的標簽和一個單一的數據庫用于不同門類的任務開發

　　3.無縫集成控制器硬件和軟件

　　4.使用軟件工具進行編程能設計控制程序以支持跨越多個機器或設備的“流程”

　　5.提供高效的處理和I/O掃描

　　PAC優于PLC的多種原因分析

　　之所以PAC優于PLC，將從成本，高級功能，外形結構，控制器，I／O和軟件等六個方面的特征作分析。

　　1 成本-最為經濟的選擇

　　采用了單一的控制器節省了成本。它具有單一的控制器和機箱，可用于處理數字和模擬I/O，具有運動、視覺功能和模塊化儀器，因此不再需要花錢購買多個控制器。正因為如此，如果需要控制系統具有多種功能，如視覺或模塊化儀器，那么采用PAC將是最為經濟的選擇。

　　2 有多功能實時控制的高級功能

　　過程控制進行優化的高級控制

　　由于能源或材料的成本很高的，對過程控制來說，工程師往往要對PID控制算法要進行優化，以最大程度地減少浪費。這些算法常常采用如模糊邏輯或神經網絡等控制設計技術，從而可以最大限度地降低過程控制的穩定時間。傳統的PLC所能實現的PID控制算法并沒有為特定的過程控制進行優化，若采用高級的控制算法不僅需要強大的浮點處理器，而且還要占用大量的內存，但若使用PAC平臺則可以滿足過程控制進行優化的要求。

　　監控的實時分析

　　對機器運行進行監控的系統中，需要實時采集來自模擬或數字I/O通道的數據，從而能有效地檢測故障狀態。則可能需要進行實時的階次跟蹤和振動分析等復雜工作才能有效地檢測機器的狀況。然而對于這些應用，則可以使用PAC的高效平臺來進行實時地分析工作。

　　控制系統與數據庫和網絡連接

　　利用來自廠房內的實時數據，操作人員可以在控制室內根據所得的信息制定決策。然而，要使控制系統具有輸出現場數據的功能是很困難的。企業系統一般采用標準的ODBC，ADO和XML以獲得來自自動化系統的數據。PLC只能通過標準的OPC進行通信，這意味著需要增加一臺PC來采用OPC獲取數據并使用如ODBC(開放數據厙互連)、ADO(數據自動化設計)和XML(可擴充描述語言)這樣的標準把數據傳送給企業。為了能有效地把現場數據傳送到ERP系統中，控制系統必須能直接和外部數據庫通信，據此，完全可以使用PAC來完成這些工作。

　　網絡傳送數據對數據加密

　　在把控制系統與數據庫和網絡連接時，是需要考慮安全問題的。出于安全的利益，許多廠商選擇不把自動化系統和企業數據庫相連，但是對于大多數廠商而言，連接所帶來的好處要遠大于安全方面的顧慮。盡管可以對PLC加鎖來防止他人入侵工廠的網絡，但是由于PLC通過以太網發送非加密包，所以它并不適合用于防止黑客入侵。PAC在通過網絡傳送數據時，可以對數據加密。盡管目前這還不是需要考慮的第一因素，但是在將來它將是廠房內分布式系統采用PAC的主要原因。

　　多種速度與多個循環的確定性應用

　　PLC只能以固定的速度運行，而且它并不是為能以不同循環速率獨立進行處理所設計的。但如今，復雜的控制系統中常需要多種速率的確定性應用，它需要有多個循環，每個循環以不同的速率運行。這就要求能進行并行處理，而只有在PAC上運行的操作系統才具有這樣的特性。

　　3 靈活堅固的結構

　　適合于工廠環境

　　選擇PLC的一個常見原因是它能在工廠的環境下正常工作。然而，絕大部分PLC是安裝在向列箱內。然而在這樣的環境里，PXI平臺附加的冷卻裝置，堅固的外表面和增強的抗沖擊和振動指標都使系統具有和PLC相同的可靠性。

　　很強的擴展功能

　　工程師很希望使用柔性的自動化系統來滿足不斷更新的要求，所以他們需要控制系統具有模塊化、靈活性和伸縮性。PLC系統由于受到了I／O的限制，只能在數字和運動方面具有伸縮性，而PAC不僅具有PLC的伸縮性，而且您還可以在系統上增加視覺，模塊化儀器或高速模擬I／O。也可以通過以太網來使用多個PC并根據需要增加或減少PC的數目。

　　更新或更換模塊方便

　　對于現場工程師而言，最大限度地減小故障時間是非常重要的。在對控制系統進行更新或更換I/O模塊時，需要能最大程度地減少更換或增加模塊的工作量。PAC的模塊化特性滿足這方面的要求。

　　4 控制器

　　具備Pentium4處理器與G字節容量的RAM

　　由于采用了現有的硬件來構建基于PAC的系統，所以PAC控制器可使用Pentium4處理器并具備G字節容量的RAM，這樣可滿足對機器高速狀態進行監控時需要高速的處理器和大容量內存的要求。

　　信息存儲功能

　　PAC則可以根據指定的時間、方式和數據格式來記錄數據。如果無法保存和查看歷史信息，那么信息還有什么用呢？而PLC傳統上就缺乏數據記錄的功能。

　　數字I/O可以提供24V的電壓，高達500mA的驅動電流和光學隔離

　　傳統上，PLC平臺的數字I/O只能為工業傳感器和激勵器提供標準的電壓驅動電流。然而，新的如N1651x系列模塊的數字I/O則可以提供24V的電壓，高達500mA的驅動電流和光學隔離，并且它還具有看門狗定時器，可編程電源啟動狀態，用于提高安全性和可靠性的輸入濾波器等特性，而成本只有每通道5美元。

　　模擬輸入速率可高達每秒200M

　　目前某些PLC也具有模擬I/O模塊，但是它們的編程十分復雜而且不適合用于高分辨率和大數據量的應用。而PAC所提供的模擬輸入速率可高達每秒200M并具有24位的分辨率，這主要由于PCI總線技術速度快的原因，故可采用基于PC平臺來提供模擬I/O。

　　高達8軸的運動方式

　　在各種平臺中，特別是當您需要高于兩軸運動方式時，軟件起著主要的作用。在PXI平臺上的運動控制器可以提供高達8軸的運動方式，而且可以使用NI運動助手對系統進行輕松地配置。

　　視覺應用

　　數據傳輸速率是在PLC平臺上提供視覺功能的最大障礙。目前，無論是要自動監測零件還是檢驗藥品的包裝，都可以在PXI平臺上使用用于視覺應用的模擬、數字和FireWire攝像機。可以在控制程序中集成多種視覺算法，如模式匹配，光學字符識別，顏色匹配，規格和顏色檢測。

　　通過各種工業化的現場總線提供互聯

　　和PLC類似，PAC可以通過各種工業化的現場總線提供互聯，如FOUNDATIONFietdbus，DeviceNet，CAN，Modbus，Ethernet，Profibus，串口等。PAC不僅能作為分布式I／O模塊的主控設備，而且也可以作為從屬設備添加到已有系統中。

　　5 軟件

　　實時操作系統

　　在PAC平臺上可以使用如RTLinux，PharlapETS，QNX和VxWorks這些實時的操作系統(RTOS)。一般來講，實時系統的編程很困難，但是使用如LabVIEWRT這樣的軟件可以改變工程師開發實時系統的方式。現在工程師可以把Windows上開發的程序下載到實時運載平臺上，如PXl控制器。

　　HMI(人機接口)的圖像顯示

　　特別是在混雜和過程控制工業中，大多數控制系統需要一個能連接控制系統的人機界面。一個HMI(人機接口)由一個觸摸屏組成，它可以包含一個嵌入式控制器也可以沒有。由于基于PAC的系統考慮到了用于I/O的相同控制器的使用，所以也就不需要添加額外的嵌入式控制器來實現HMI的圖像顯示。

　　容易的開發環境

　　雖然傳統的梯形邏輯編程非常適合于數字I/O的編程，然而對于處理模擬I/O、運動或視覺這種編程方式則十分麻煩。PAC可以用通用的語言編寫控制程序，為您提供了很大的靈活性，這些通用語言包括C，C++，VisuaIBasic，LabVIEW甚至是傳統的梯形邏輯。

　　4從上看出PAC與PLC功能之差異，其PAC可執行較多的高級任務:

　　實時的振動分析、圖像處理．運動控制和CAN；

　　執行自動調節的PID控制，或可調增益的PID控制．模糊邏輯；

　　使用內置Web服務器、FTP服務器和e-mail功能進行通訊。

　　由于PAC能為您增加所需的PC功能以用于高級控制，實時分析或連接企業數據庫，而且同時保持了PLC的可靠性。如果您不只是需要集成數字I/O和運動控制，或者需要更快的計算機處理能力的話，PAC可能是非常好的選擇。為此，當今的工程師除了PLC控制外，其PAC不失為是一種最佳選擇，它正占領自動化領域，而PAC概念將在當今和未來的工廠自動化中發揮重要的作用。