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案例頻道 計算機技術在工業控制中的應用已逾三十年，并衍生出三大主流控制類產品：PLC、DCS、PC。早期的PLC使用薄片式CPU，如AMD2901，只限于進行數字控制。為了使PLC更可靠和易于編程，它采用嚴格的控制架構和簡單的指令集，對大多數PLC采用梯形邏輯編程，這種編程語言模仿了原始繼電器框圖。為了滿足不斷增長的機器和工業控制系統開發需要，處于領先地位的自動化廠商們已經開發出新一代的工業控制器,即可編程自動化控制器(PAC)。在一種開放靈活的軟件構架下，PAC將PLC的穩定性和PC的多功能相結合。使用這些控制器，您可以開發高級應用系統，它不僅包括高級控制、通信、數據記錄和信號處理等軟件特性，還包括一個穩定的控制器以提供邏輯、運動、過程控制和視覺等高級功能。
1、PAC的主要特征和性能
PAC系統作為一種多功能的控制平臺，用戶可以根據系統的需要，組合和搭配相關的技術和產品以實現功能的側重，因為基于同一發展平臺進行開發，所以采用PAC系統保證了控制系統各功能模塊具有統一性，而不僅是一個完全無關的部件拼湊成的集合體。PAC系統具備以下一些主要的特征和性能：
（1） 提供通用發展平臺和單一數據庫，以滿足多領域自動化系統設計和集成的需求。
（2） 一個輕便的控制引擎，可以實現多領域的功能，包括：邏輯控制、過程控制、運動控制和人機界面等。
（3） 允許用戶根據系統實施的要求在同一平臺上運行多個不同功能的應用程序，并根據控制系統的設計要求，在各程序間進行系統資源的分配。
（4） 采用開放的模塊化的硬件架構以實現不同功能的自由組合與搭配，減少系統升級帶來的開銷。
（5） 支持IEC-61158現場總線規范，可以實現基于現場總線的高度分散性的工廠自動化環境。
（6） 支持事實上的工業以太網標準，可以與工廠的EMS、ERP系統輕易集成。
（7）使用既定的網絡協議，程序語言標準來保障用戶的投資及多供應商網絡的數據交換。
2、PAC 與PLC 的區別
雖然PAC 形式與傳統的PLC 很相似，但PAC 系統的性能卻廣泛全面的多。PA是一種多功能控制器平臺，它包含了多種用戶可以按照自己意愿組合、搭配和實施的技術和產品。但與其相反，PLC 是一種基于專有架構的產品，僅僅具備了制造商認為必要的性能。
PAC 與PLC 最根本的不同在于它們的基礎不同。PLC 的性能倚賴于專用的硬件，PLC的應用程序是依靠專用的硬件芯片來實現的，對于PLC 的功能的改進，如增加運動控制、過程控制或通訊功能，都需要使用不同的硬件，即使對于同一PLC 廠家，這種專用的硬件很難移植到不同性能的PLC 中，而且傳統的PLC 廠家的硬件結構體系都是專有的設計，甚至于處理器芯片都是專用的芯片，這樣就導致了隨著PLC 功能需求的不斷提高，PLC的硬件體系變得越來越復雜，而且由于硬件的非通用性會導致系統的功能前景和開放性受到很大的限制，這是為什么PLC 的CPU 的性能通常比PC 機的CPU 要落后得多的原因；另外PLC 的操作系統通常都是各PLC 廠家的專用操作系統，與目前流行的實時操作系統不兼容，由于是專用的操作系統，其實可靠性與功能都無法與通用的實時操作系統相比，這就導致了PLC 的整體性能的專用性和封閉性。
PAC 的性能是基于它的輕便控制引擎和標準的、通用的、開放的實時操作系統、嵌入式硬件系統設計以及背板總線。
PAC 的輕便控制引擎是非常杰出的特點，在PAC 之前的PLC 等控制系統，用戶應用程序的招待是通過硬件實現的， PAC 設計了一個通用的、軟件形式的控制引擎用于應用程序的執行，控制引擎在實時操作系統與應用程序之間，這個控制引擎與硬件平臺無關，可以在不同平臺的PAC 系統間移植，因此對于用戶來說，同樣的應用程序不需根據系統的功能需求和投資預算選擇不同性能的PAC 平臺。這樣，根據用戶需要的迅速的擴展和變化，用戶的系統和程序無需變化，即可無縫移植。
PAC 的操作系統采用通用的實時操作系統，如GE Fanuc 的PACSystems 系列產品即采用通用的、成熟的WindRiver 公司的Vx Works 實時操作系統，其可靠性已經得到全球大量的應用的證實。 PAC 系統的硬件結構采用標準的，通用的嵌入式系統結構設計，這樣其處理器可以使用最新的高性能CPU， 如GE Fanuc 的PACSystems 系列產品的CPU 即采用了Pentium 300/700MHz 處理器，而且即將推出Pentium M 處理器的CPU。
PAC 系統的背板總線通常采用標準的、開放的背板總線，如GE Fanuc PACSystems系列的RX7i 采用了VME64 總線；RX3i 采用了CPCI 總線，這兩種總線是目前嵌入式控制領域中最流行的總線標準，均可以支持多CPU 并行處理功能，而且由于采用了標準的開放的背板總線，使得GE Fanuc 的PACSystems 系列的產品可以支持大量的第三方模塊集成到PACSystems 產品中，如CPU 模板、通訊模板、I/O 模板等，體現了開放性的優越性。一個典型的例子是PACSystems 系列可以支持2.1G 的通訊速率，使用GE Fanuc 的先進的光纖映射內存技術。
PAC 與PLC 最根本的不同在于它們的基礎不同。PLC 的性能倚賴于專用的硬件，PLC的應用程序是依靠專用的硬件芯片來實現的，對于PLC 的功能的改進，如增加運動控制、過程控制或通訊功能，都需要使用不同的硬件，即使對于同一PLC 廠家，這種專用的硬件很難移植到不同性能的PLC 中，而且傳統的PLC 廠家的硬件結構體系都是專有的設計，甚至于處理器芯片都是專用的芯片，這樣就導致了隨著PLC 功能需求的不斷提高，PLC的硬件體系變得越來越復雜，而且由于硬件的非通用性會導致系統的功能前景和開放性受到很大的限制，這是為什么PLC 的CPU 的性能通常比PC 機的CPU 要落后得多的原因；另外PLC 的操作系統通常都是各PLC 廠家的專用操作系統，與目前流行的實時操作系統不兼容，由于是專用的操作系統，其實可靠性與功能都無法與通用的實時操作系統相比，這就導致了PLC 的整體性能的專用性和封閉性。
PAC 的性能是基于它的輕便控制引擎和標準的、通用的、開放的實時操作系統、嵌入式硬件系統設計以及背板總線。
PAC 的輕便控制引擎是非常杰出的特點，在PAC 之前的PLC 等控制系統，用戶應用程序的招待是通過硬件實現的， PAC 設計了一個通用的、軟件形式的控制引擎用于應用程序的執行，控制引擎在實時操作系統與應用程序之間，這個控制引擎與硬件平臺無關，可以在不同平臺的PAC 系統間移植，因此對于用戶來說，同樣的應用程序不需根據系統的功能需求和投資預算選擇不同性能的PAC 平臺。這樣，根據用戶需要的迅速的擴展和變化，用戶的系統和程序無需變化，即可無縫移植。
PAC 的操作系統采用通用的實時操作系統，如GE Fanuc 的PACSystems 系列產品即采用通用的、成熟的WindRiver 公司的Vx Works 實時操作系統，其可靠性已經得到全球大量的應用的證實。 PAC 系統的硬件結構采用標準的，通用的嵌入式系統結構設計，這樣其處理器可以使用最新的高性能CPU， 如GE Fanuc 的PACSystems 系列產品的CPU 即采用了Pentium 300/700MHz 處理器，而且即將推出Pentium M 處理器的CPU。
PAC 系統的背板總線通常采用標準的、開放的背板總線，如GE Fanuc PACSystems系列的RX7i 采用了VME64 總線；RX3i 采用了CPCI 總線，這兩種總線是目前嵌入式控制領域中最流行的總線標準，均可以支持多CPU 并行處理功能，而且由于采用了標準的開放的背板總線，使得GE Fanuc 的PACSystems 系列的產品可以支持大量的第三方模塊集成到PACSystems 產品中，如CPU 模板、通訊模板、I/O 模板等，體現了開放性的優越性。一個典型的例子是PACSystems 系列可以支持2.1G 的通訊速率，使用GE Fanuc 的先進的光纖映射內存技術。
PAC 系統的編程軟件為統一平臺，集成了多領域的功能――包括邏輯控制，運動控制、過程控制和人機界面等各功能，對于數據點Tags 使用統一的數據庫，并且在一個工程中支持多個PAC 目標編程，既適合于過程控制系統的應用，也適合于工廠生產線多設備統一編程。
容易的開發環境。雖然PLC采用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++，Visual Basic，LabVIEW甚至是傳統的梯形邏輯。
PLC 基于專有技術建立，而PAC 的軟件和硬件由于采用了標準的通用的部件，可以使用COTS （商品現貨供應）產品和技術，這樣：
（1）有助于確保系統的可靠性和可用性，因為可以保證硬件和軟件的迅速和方便的維護；
（2）降低了系統價格和減少了停機時間因為可以隨時得到現貨；
（3）提高了開放性、靈活性和可擴展性。
3、PAC 與PC 的區別
同樣作為可以利用最先進的計算機技術的高性能控制系統，PAC 與PC也有著本質的區別。PAC 使用實時操作系統，所有系統硬件/軟件功能的控制引擎和應用程序，是真正的實時的、確定性的控制系統。PC 使用普通的商業操作系統，系統的控制功能屬于操作系統任務的一部分，所有系統的硬件/軟件功能的控制屬于操作系統的一部分，屬于非實時、非確定性的控制系統。
PLC 基于專有技術建立，而PAC 的軟件和硬件由于采用了標準的通用的部件，可以使用COTS （商品現貨供應）產品和技術，這樣：
（1）有助于確保系統的可靠性和可用性，因為可以保證硬件和軟件的迅速和方便的維護；
（2）降低了系統價格和減少了停機時間因為可以隨時得到現貨；
（3）提高了開放性、靈活性和可擴展性。
3、PAC 與PC 的區別
同樣作為可以利用最先進的計算機技術的高性能控制系統，PAC 與PC也有著本質的區別。PAC 使用實時操作系統，所有系統硬件/軟件功能的控制引擎和應用程序，是真正的實時的、確定性的控制系統。PC 使用普通的商業操作系統，系統的控制功能屬于操作系統任務的一部分，所有系統的硬件/軟件功能的控制屬于操作系統的一部分，屬于非實時、非確定性的控制系統。
PC主要面臨二大問題：
（1）、穩定性：通常PC的通用操作系統不能提供用于控制足夠的穩定性。安裝基于PC
控制的設備會迫使處理系統崩潰和未預料到的重啟。
（2）、可靠性：由于PC帶有旋轉的磁性硬盤和非工業性牢固的部件，如電源，這使得它更容易出現故障。
而PAC有助于確保系統的可靠性和可用性和穩定性。
4、PAC 的優點
（1）提高了生產率和操作效率：一個通用的輕便控制引擎和綜合工程開發平臺允許快速的開發、實施和遷移；并且，由于它的開放性和靈活性，確保了真正的控制匯集點和與操作以及企業級的業務系統的無縫集成，優化了工廠的流程。
（2）降低了操作成本：使用通用、標準的架構和網絡，降低了操作成本，讓人們能夠為一個體現成本效益、使用現貨供應的平臺選擇不同的系統部件，而不是專有的產品和技術；只要求用戶在一個統一的平臺和開發環境上培訓，而不是幾種；并且為用戶提供了一個無縫遷移路徑，保護了用戶在I/O 和應用開發方面的投資。
（3）使用戶對他們的控制系統擁有更多的控制力：PAC-Systems 使用戶擁有了更多的靈活性來選擇適合每種特殊應用的硬件和編程語言，以他們自己的時間表來規劃升級，并且可以在任何地方設計和制造產品。
PAC、PLC、PC三者軟件功能與堅固性、可靠性的關系如下圖。（1）提高了生產率和操作效率：一個通用的輕便控制引擎和綜合工程開發平臺允許快速的開發、實施和遷移；并且，由于它的開放性和靈活性，確保了真正的控制匯集點和與操作以及企業級的業務系統的無縫集成，優化了工廠的流程。
（2）降低了操作成本：使用通用、標準的架構和網絡，降低了操作成本，讓人們能夠為一個體現成本效益、使用現貨供應的平臺選擇不同的系統部件，而不是專有的產品和技術；只要求用戶在一個統一的平臺和開發環境上培訓，而不是幾種；并且為用戶提供了一個無縫遷移路徑，保護了用戶在I/O 和應用開發方面的投資。
（3）使用戶對他們的控制系統擁有更多的控制力：PAC-Systems 使用戶擁有了更多的靈活性來選擇適合每種特殊應用的硬件和編程語言，以他們自己的時間表來規劃升級，并且可以在任何地方設計和制造產品。
5、PAC系統的關鍵技術
PAC的產生受益于近年來在嵌入式系統領域的發展與進步。在硬件方面，有重意義的包括：嵌入式硬件系統設計，其中具有代表意義的是CPU技術的發展；現場總線技術的發展；工業以太網的廣泛應用。在軟件方面則包括：嵌入式實時操作系統；軟邏輯編程技術；嵌入式組態軟件的發展等。試分別說明如下：
跟隨摩爾定律的發展，最新的高性能CPU在獲得更高的處理能力的同時，其體積更小、功耗更低，從而在出眾的計算能力以及工業用戶最為關心的穩定性和可靠性方面獲得平衡，使制造廠商有可能去選擇通用的標準的嵌入式系統結構進行設計，擺脫傳統PLC因采用專有的硬件結構體系帶來的局限，使系統具備更為豐富的功能前景和開放性。
跟隨摩爾定律的發展，最新的高性能CPU在獲得更高的處理能力的同時，其體積更小、功耗更低，從而在出眾的計算能力以及工業用戶最為關心的穩定性和可靠性方面獲得平衡，使制造廠商有可能去選擇通用的標準的嵌入式系統結構進行設計，擺脫傳統PLC因采用專有的硬件結構體系帶來的局限，使系統具備更為豐富的功能前景和開放性。
在現有面世的PAC系統中，被廣泛采用的是低功耗、高性能的SOC (System On Chip) 核心處理器。這里面既有采用CISC架構的CPU，如Mobile Pentium系列CPU，也有采用RISC架構的CPU，如ARM系列、SHx系列等，當然也有使用MIPS CPU的。綜合比較而言，由于RISC CPU在應用于工業控制系統時所具備的綜合優勢，采用RISC CPU的系統占據了目前市場所供應的控制系統的多數。
在CPU技術發展的同時，移動存儲技術方面也有很大的進展，從而使最新的系統可以在付出有限成本的同時，獲得大容量的數據存儲空間，以適應新的自動化應用對不斷增長的數據量的要求，同時又可以避免因為使用機械式硬盤帶來的系統崩潰的風險。
6、主流的PAC系統
目前已有多個廠家提供符合PAC定義的特征與性能的產品，其中有代表性的有：通用電氣發那科(GE Fanuc)公司的PACSystemsÔ、RX3i/7i；美國國家儀器有限公司(NI)的Compact FieldPoint；Beckoff公司的CX1000；ICPDAS泓格科技的WinCon/LinCon等。其中GE Fanuc公司的PACSystemsÔ、 RX3i/7i的CPU采用了Pentium III 300/700MHz處理器，操作系統為WindRiver的Vx Works，RX3i為VME64總線，RX7i為CompactPCI總線；NI公司的Compact FieldPoint的CPU即將升級到Pentium IV-M 2.5GHz處理器，其特色在于整合了測試測量領域中應用非常廣泛的開發平臺LabView；Beckoff公司 的CX1000的CPU為Pentium MMX 266MHz處理器；操作系統為Windows CE net或Embedded Windows XP；ICPDAS泓格科技的WinCon/LinCon的CPU為Strong-Arm 206MHz處理器。
新一代工業控制系統PAC已經在我國機械、冶金、水處理、輕工、電力、環保、交通等行業的自動化控制中得到了應用，效果良好。
7、遠景展望
可編程自動化控制器(PAC)作為新一代的工業控制器，代表著可編程自動化控制發展的未來。在可以預見的幾年內，對標準性、開放性、可互操作性、可移植性的要求將是用戶至為關心的自動化產品的重要特征，作為融匯了PC和PLC的優點的PAC系統必將逐步取代PLC 系統成為控制系統的主流產品，在工業自動化控制中的應用將會越來越廣泛。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號