1、 開發(fā)可編程自動控制器(PAC)是發(fā)展的必然

10多年前當(dāng)Internet處于起步階段，基于PC的儀器還沒有出現(xiàn)，那時PLC占領(lǐng)了整個自動化領(lǐng)域。即使是今天，那些使用數(shù)字I/O進(jìn)行簡單控制的工程師雖然感到PLC是他們最好的選擇。但如果考慮到要使PLC增加視覺、運(yùn)動、儀器和分析功能等全方位的自動化領(lǐng)域，那只有新一代可編程自動控制器(PAC -Programmable Automation Controlle)才有可能會逐漸占領(lǐng)。這是當(dāng)今設(shè)計與建立控制系統(tǒng)發(fā)展的需要。

眾所周知，設(shè)計與建立控制系統(tǒng)放時，工程師們總是希望能使用比較少的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)更多的功能。尤為當(dāng)今，他們需要的控制系統(tǒng)不僅能處理數(shù)字I／O和運(yùn)動，而且還可以集成用于自動化監(jiān)控和測試的視覺功能和模塊化儀器，同時還必須能實(shí)時地處理控制算法和分析任務(wù)，并把數(shù)據(jù)傳送回企業(yè)。也就是說，工程師們希望同時擁有PC的功能和PLC(可編程控制器)的可靠性，而可編程自動控制器(PAC-Programmable Automation Controlle)就是這樣的平臺，它能最佳結(jié)合PC和PLC兩者的優(yōu)勢(見圖1所示)，它提供了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可擴(kuò)展的領(lǐng)域功能，一個通用的開發(fā)平臺和一些高級性能。是工業(yè)自動化領(lǐng)域中比較完善的新興控制器。

那“PAC是什么？” 它有什么特征和優(yōu)勢， 值此本文將從PAC的多個方面特征與PLC對比中分折出優(yōu)勢。為此，先述PAC是什么。

PAC的含義

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

2、 PAC的平臺

快速增長的PAC平臺是基于PXI。由于PXI結(jié)合了PCI總線的電路特性和Compact PCI堅固的歐羅卡機(jī)械結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)已在工業(yè)環(huán)境中成功使用了許多年，當(dāng)今NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供應(yīng)商現(xiàn)在可提供1，000多種獨(dú)特的I/O模塊，包括模擬I/O、數(shù)字I/O、視覺、運(yùn)動和高精度數(shù)據(jù)采集。典型的有如下四種PAC硬件平臺。

*PXl對工業(yè)化PC做了改善，具有實(shí)時OS(操作系統(tǒng))，標(biāo)準(zhǔn)的散熱，可選的不旋轉(zhuǎn)固態(tài)硬盤和內(nèi)置的模塊間同步。PXl標(biāo)準(zhǔn)要求所有的機(jī)箱能為每個模塊插槽提供25W的空氣流制冷，這樣甚至在使用高功率繼電器，高速PXl或CompactPCI卡時也不會使工作系統(tǒng)過熱或者縮短壽命。

*Compact FieldPoint使用工業(yè)級的部件來抗強(qiáng)沖擊和振動，其工作溫度范圍為-40oC到70oC，并且具有Class 1 Division 11部和Lloyd’s認(rèn)證。它也采用傳導(dǎo)式制冷來代替旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇，由于不使用活動部件而提高了可靠性。

*Compact Vision系統(tǒng)是為機(jī)器視覺而專門設(shè)計的堅固的控制器。它使用IEEE標(biāo)準(zhǔn)1394FireWire接口，可以在視覺應(yīng)用中和16臺攝像機(jī)通信。

*CompactRIO是新型的可重復(fù)設(shè)置的嵌入式系統(tǒng)，它基于LabVlEWFPGA和LabVlEW實(shí)時技術(shù)。CompactRIO系統(tǒng)采用具有3百萬門的FPGA芯片來控制模塊化的數(shù)字和模擬I/O。這些FPGA芯片可以運(yùn)行嵌入在芯片里的代碼，它的數(shù)字循環(huán)的速率高達(dá)1MHz，模擬循環(huán)的速率為150kHz。FPGA可以把信息傳回到運(yùn)行LabVlEWRT的浮點(diǎn)處理器以進(jìn)行高級計算和數(shù)據(jù)記錄和通信。由于有金屬外殼和傳導(dǎo)式制冷，該控制器非常適合用于嚴(yán)酷的環(huán)境。

3、PAC優(yōu)于PLC的多種原因分析。

之所以PAC優(yōu)于PLC，將從成本，高級功能，外形結(jié)構(gòu)，控制器，I／O和軟件等六個方面的特征作分析。

3.1 成本-最為經(jīng)濟(jì)的選擇

采用了單一的控制器節(jié)省了成本。它具有單一的控制器和機(jī)箱，可用于處理數(shù)字和模擬I/O，具有運(yùn)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?yàn)槿绱耍绻枰刂葡到y(tǒng)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(jīng)濟(jì)的選擇。

3.2 有多功能實(shí)時控制的高級功能

*過程控制進(jìn)行優(yōu)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(jìn)行優(yōu)化，以最大程度地減少浪費(fèi)。這些算法常常采用如模糊邏輯或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制設(shè)計技術(shù)，從而可以最大限度地降低過程控制的穩(wěn)定時間。傳統(tǒng)的PLC所能實(shí)現(xiàn)的PID控制算法并沒有為特定的過程控制進(jìn)行優(yōu)化，若采用高級的控制算法不僅需要強(qiáng)大的浮點(diǎn)處理器，而且還要占用大量的內(nèi)存，但若使用PAC平臺則可以滿足過程控制進(jìn)行優(yōu)化的要求。

*監(jiān)控的實(shí)時分析

對機(jī)器運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)中，需要實(shí)時采集來自模擬或數(shù)字I/O通道的數(shù)據(jù)，從而能有效地檢測故障狀態(tài)。則可能需要進(jìn)行實(shí)時的階次跟蹤和振動分析等復(fù)雜工作才能有效地檢測機(jī)器的狀況。然而對于這些應(yīng)用，則可以使用PAC的高效平臺來進(jìn)行實(shí)時地分析工作。

*控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)連接

利用來自廠房內(nèi)的實(shí)時數(shù)據(jù)，操作人員可以在控制室內(nèi)根據(jù)所得的信息制定決策。然而，要使控制系統(tǒng)具有輸出現(xiàn)場數(shù)據(jù)的功能是很困難的。企業(yè)系統(tǒng)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的ODBC，ADO和XML以獲得來自自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。PLC只能通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC進(jìn)行通信，這意味著需要增加一臺PC來采用OPC獲取數(shù)據(jù)并使用如ODBC(開放數(shù)據(jù)厙互連)、ADO(數(shù)據(jù)自動化設(shè)計)和XML(可擴(kuò)充描述語言)這樣的標(biāo)準(zhǔn)把數(shù)據(jù)傳送給企業(yè)。為了能有效地把現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送到ERP系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)必須能直接和外部數(shù)據(jù)庫通信，據(jù)此，完全可以使用PAC來完成這些工作。

*網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)加密

在把控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫相連，但是對于大多數(shù)廠商而言，連接所帶來的好處要遠(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)，但是由于PLC通過以太網(wǎng)發(fā)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(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時，可以對數(shù)據(jù)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(nèi)分布式系統(tǒng)采用PAC的主要原因。

*多種速度與多個循環(huán)的確定性應(yīng)用

PLC只能以固定的速度運(yùn)行，而且它并不是為能以不同循環(huán)速率獨(dú)立進(jìn)行處理所設(shè)計的。但如今，復(fù)雜的控制系統(tǒng)中常需要多種速率的確定性應(yīng)用，它需要有多個循環(huán)，每個循環(huán)以不同的速率運(yùn)行。這就要求能進(jìn)行并行處理，而只有在PAC上運(yùn)行的操作系統(tǒng)才具有這樣的特性。

3.3 靈活堅固的結(jié)構(gòu)

*適合于工廠環(huán)境

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