自动化的未来PAC

1、可编程自动化控制器(PAC) 新一代控制设备的灵活性、开放性和更好的性能多年来，可编程逻辑控制器（PLC） 给OEM 厂商和最终用户提供了高可靠性的控制系统。然而，为了实现越来越多功能和不断提高控制系统在工厂网络上的通讯性能，PLC 的工程师们不得不考虑进行硬件和软件的更新换代不断地进行硬件的重新设计和软件的重新编程。现在，一种全新概念的控制系统，可编程自动化控制器PAC 的出现，极大地提高了控制系统的灵活性、开放性和整体性能。PAC 可以使客户不需重新设计整个系统，就可以不断获得越升的系统性能。在PAC 控制器中的操作系统之上设计了一个通用的、适合于多平台的（包括硬件平台和操作系统平台），便

2、于移植用户应用程序的、轻便的控制引擎（control engine ），这样保证使用PAC 系统的用户可以使其编制的应用程序获得最大的应用收益，并且还可以不断地方便的优化其自动化平台。GE Fanuc 公司最新推出的革命性的新产品-PACSystems 系列,定位于工业领域的PAC产品,即能够满足用户对系统性能的不断提升的需要,而无需不断地进行整个系统的更新换代。对于不同的硬件平台，PAC 系统提供了一个同样的控制引擎和通用的编程软件，使用户选择硬件系统有很大的灵活性。对PAC 的需求使用PLC 作为控制系统已经有二十多年的历史，PLC 为工业控制应用提供了快速和可靠的解决方案，其设计满足了工

3、厂对于使用环境和可靠性的要求。然而，过去人们很少关注到，实际上这些PLC 控制器都是建立在各厂家专有架构的基础上，其编程和程序执行的实现也是对于特定的应用设计的。因此，为实现工业企业中各层次的数据通讯需求-设备层控制层和管理层-整个系统经常需要整体的升级。然而，在最近几年，很多组织已经开始寻找不同的工厂底层设备和网络系统，而且把它们连接到操作和企业级的系统和流程。这种集在化的程度预示了更多的商业利益，包括：·更优越的操作性能有助于公司生产更高级的产品获得利润和扩展业务·赋予制造业更多的灵活性业养浪费和对多变的市场做出迅速回应·加强和提高核心竞争力业更加清晰的定义市

4、场和业务·在任何地点设计和生产来扩展产品流程和全球化·采用通用和标准化的架构来降低成本·使资产保值来保持利益传统的控制解决方案通常较难提供所需的开放性和灵活性的好处，因为大量的平台和系统必须部署为整个企业的自动化。如果在某些设备不提供这些开放性和灵活性，在这些设备和系统之间实现住处交换就是一件非常困难的工作。因此，对于目前的工业自动化的需求，传统的控制系统有以下一些局限性：·由于使用了不同供应商的多种平台，控制系统实施并不是一件轻松和迅速的事；对于逻辑控制、过程控制和运动控制都有需要不同的编程；·当考察实施价值和新的自动化控制技术时，用户可能对

5、采用这些技术和产品比较犹豫，因为他们害怕技术会很快变得过时；·升级系统性能所带来的好处可能并不能补偿对一个已存在的系统重新设计所花费的时间和开支；·现行的自动化系统在容纳不断增长的数据量方面经常显得力不从心；·开发的数量、用户和设计的工具和平台导致在定义和实施自动化平台时大规模无可逆转的延迟；·一旦实施完毕和运行，一个专门的控制系统可能在一种应用中表现良好，但是想把它成功的迁移到其它的应用中却被证明是非常困难的。考虑到这些局限性，PLC 的功能在最近几年中已经扩展了不少，它提供了更多的应用灵活性和互操作性。然而大多数PLC 制造商直到现在并不能成功的定义

6、和改变他们的控制器来适应这种革命性的变化，或者试图扩展这些工业应用基石的功能，来满足变革巨大的多种解决方案的需要。PAC 的定义由一个轻便的控制引擎支持，并且多种应用使用的一种开发工具，PAC 系统保证了控制系统各功能真的统一集成，而不仅仅是一个完全无关的部件的拼凑的集成。PAC 定义了以下几种特征和性能：·多领域的功能包括逻辑控制运动控制过程控制和人机界面在统一平台·一个满足多领域自动化系统设计和集成的通用开发平台·允许OEM 厂商和最终用户在统一平台上部署多个控制应用·有利于开放模块化的控制架构来适应高度分布性的自动化工厂环境·对于网络协议

7、语言等等使用既定的事实标准来保证多供应商网络的数据交换。PAC 与PLC 的区别虽然PAC 形式与传统的PLC 很相似，但PAC 系统的性能却广泛全面的多。PAC 是一种多功能控制器平台，它包含了多种用户可以按照自己意愿组合、搭配和实施的技术和产品。但与其相反，PLC 是一种基于专有架构的产品，仅仅具备了制造商认为必要的性能。PAC 与PLC 最根本的不同在于它们的基础不同。PLC 的性能倚赖于专用的硬件，PLC的应用程序的招待是依靠专用的硬件芯片来实现的，对于PLC 的功能的改进，如增加运动控制、过程控制或通讯功能，都需要使用不同的硬件，即使对于同一PLC 厂家，这种专用的硬件很难移植到不同

8、性能的PLC 中，而且传统的PLC 厂家的硬件结构体系都是专有的高计，甚至于处理器芯片都是专用的芯片，这样就导致了随着PLC 功能需求的不断提高，PLC的硬件体系变得越来越复杂，而且由于硬件的非通用性会导致系统的功能前景和开放性受到很大的限制，这是为什么PLC 的CPU 的性能通常比PC 机的CPU 要落后得多的原因；另外PLC 的操作系统通常都是各PLC 厂家的专用操作系统，与目前流行的实时操作系统不兼容，由于是专用的操作系统，其实时可靠性与功能都无法与通用的实时操作系统相比，这要就导致了PLC 的整体性能的专用性和封闭性。PAC 的性能是基于它的轻便控制引擎和标准的、通用的、开放的实时操作

9、系统、嵌入式硬件系统设计以及背板总线。PAC 的杰出轻便控制引擎是非常杰出的特点，在PAC 之前的PLC 等控制系统，用户应用程序的招待是通过硬件实现的，在PAC 设计了一个通用的、软件形式的控制引擎用于应用程序的执行，控制引擎们于实时操作系统与应用程序之间，这个控制引擎与硬件平台无关，可以在不同平台的PAC 系统间移植，因此对于用户来说，同样的应用程序不需根据系统的功能需求和投资预算选择不同性能的PAC 平台。这样，根据用户需要的迅速的扩展和变化，用户的系统和程序无需变化，即可无缝移植。PAC 的操作系统采用通用的实时操作系统，如GE Fanuc 的PACSystems 系列产品即采用通用的

10、、成熟的WindRiver 公司的Vx Works 实时操作系统，其可靠性已经得到全球大量的应用的证实，如美国火星探测器“奋进号”和“勇气号”所采有的实时操作系统即为Vx Works。 PAC 系统的硬件结构采用标准的，通用的嵌入式系统结构设计，这样其处理器可以使用最新的高性能CPU， 如GE Fanuc 的PACSystems 系列产品的CPU 即采用了Pentium 300/700MHz 处理器而且即将推出Pentium M 处理器的CPU。PAC 系统的背板总线通常采用标准的、开放的背板总线，如GE Fanuc 的PACSystems系列的RX7i 采用了VME64 总线；RX3i 采用

11、了cPCI 总线，这两种总线是目前嵌入式控制领域中最流行的总线标准，均可以支持多CPU 并行处理功能，而且由于采用了标准的开放的背板总线，使得GE Fanuc 的PACSystems 系列的产品可以支持大量的第三方模块集成到PACSystems 产品中，如CPU 模板、通讯模板、I/O 模板等，体现了开放性的优越性。一个典型的例子是PACSystems 系列可以支持2.1G 的通讯速率，使用GE Fanuc 的先进的光纤映射内存技术，结构如图2 所示。PAC 系统的编程软件为统一平台，集成了多领域的功能包括逻辑控制，运动控制、过程控制和人机界面等各功能，对于数据点Tags 使用统一的数据库，并

12、且在一个工程中支持多个PAC 目标编程，既适合于过程控制系统的应用，也适合于工厂生产线多设备统一编程。PLC 基于专有技术建立，而PAC 的软件和硬件由于采用了标准的通用的部件，可以使用COTS （商品现货供应）产品和技术，这样：·有助于确保系统的可靠性和可用性因为可以保证硬件和软件的迅速和方便的维护；·降低了系统价格和减少了停机时间因为可以随时得到现货；·提高了开放性灵活性和可扩展性。PAC 与PC Control 的区别同样作为可以利用最先进的计算机技术的高性能控制系统，PAC 与PC Control 也有着本质的区别。PAC 使用实时操作系统，所有系统硬件/

13、软件功能的控制引擎和应用程序负责，是真正的实时的，确定性的控制系统。PC Control 使用普通的商业操作系统，系统的控制功能属于操作系统任务的一部分，所有系统的硬件/软件功能的控制属于操作系统的一部分，属于非实时、非确定性的控制系统。PAC 的优点PAC 的控制解决方案，例如GE Fanuc 的PACSystems，实现了工厂和OEM 厂商都需要的优点：·提高了生产率和操作效率：一个通用的轻便控制引擎和综合工程开发平台允许快速的开发、实施和迁移；并且，由于它的开放性和灵活性，确保了真正的控制汇集点和与操作以及企业级的业务系统的无缝集成，优化了工厂的流程。·降低了操作成本

14、：使用通用、标准的架构和网络，降低了操作成本，让工程师们能够为一个体现成本效益、使用现货供应的平台选择不同的系统部件，而不是专有的产品和技术；只要求用户在一个统一的平台和开发环境上培训，而不是几种；并且为用户提供了一个无缝迁移路径，保护了用户在I/O 和应用开发方面的投资。·使用户对他们的控制系统拥有更多的控制力：PAC-Systems 使用户拥有了更多的灵活性来选择适合每种特殊应用的硬件和编程语言，以他们自己的时间表来规划升级，并且可以在任何地方设计和制造产品。GE Fanuc 公司的PACSystems 解决方案最新的GE Fanuc 公司的PACSystems 产品系列，作为世

15、界上第一代PAC 产品，其出色的性能和结构赢得了包括控制工程等杂志的多项大奖（如图3 ）。PACSystems 以基于标准嵌入式的商品化运行系统架构的控制引擎为特征，使引擎对多种平台来说都十分轻便灵活，并使得用户可以选择适合特殊应用的硬件和编程语言。系统通过标准的通信机制如以太网、Profibus、DeviceNet 和智能网支持分布式的I/O。PAC-Systems 的编程开发使用GE Fanuc 公司的CIMPLICITY Machine Edition 软件。这个开发软件为开发、配置和诊断提供了通用的工程开发环境。用户可以通过方便使用的基于Windows 的软件开发控制软件，并把它应用到

16、他们的控制系统中。标记式开发语言、可重用代码库和用于改善在线故障分析的测试编辑环境，这些都说明CIMPLICITY Machine Edition 软件是一种可以增加设计灵活性和改善工程效率和生产率的用户友好的开发环境。GE Fanuc 公司的PACSystems 产品线由以下控制器组成，它们每一个都提供了不同的应用优点：·基于VME64 的RX7i 提供了所有标准VME 模块，包括90-70 系列I/O 和VMIC 模块；·RX3i，提供了高速PCI 总线数据传输率和更广泛的扩展功能来支持90-30 系列I/O模块；·工业PC，一个全集成的显示屏面和完全的工业P

17、C；·PCI 总线和VME 总线的可插拔卡为多种设备提供标准接口。RX7i 和RX3iGE Fanuc 公司的PACSystems 系列产品目前RX7i 和RX3i 两个系列。高性能的RX7i，2003 年4 月面世。它拥有4 倍于已有PLC 底板的速度和10MB 的可用来编程和文件存储的内存，PACSystems RX7i 是基于VME64，的支持各种标准VME模块（包括90-70 系列I/O 和多CPU 结构可以进行并行运算处理），包含业界领先的嵌入式系统技术，使用Intel Pentium 300MHz 或700MHzCPU,内置PMC 子板的10/100MHz以太网卡，并且通

18、过光纤影像内存技术支持冗余系统。RX3i，2004 年中面世，使用PCI 总线底板来支持高速PCI 数据传输率。支持标准底板使第三方可以方便的开发I/O、 通信、动作控制、可视和其它模块。第三方可以从GE Fanuc公司购买一个开发工具箱来修改配合RX3i 使用的标准的PCI 总线卡。RX3i 底板也可匹配90-30 系列I/O 模块。目前的RX3i 模块使用或者Intel Pentium 处理器。远景展望在可以预见的未来几年内，开放型、标准化、可移植性等特征对于用户越来越重要，并且由于对最新嵌入式系统和软件技术的快速融合，PAC 系统会逐步取代PLC 系统成为控制系统的主流产品，在广泛的领域

19、内给用户提供最领先的技术，GE Fanuc 公司计划引入附加PACSystems 模块。除了发布工业PC 以及PCI 总线和VME 总线的可插拔卡之外，对产品线的支持将会包括控制器、对RX3i的中断支持和其它功能。自动化的未来PAC 选择PAC而不是PLC的20条理由 在建立控制系统时， 系统集成商毫无例外地总是希望能使用比较少的设备来实现更多的功能。他们需要控制系统不仅能处理数字I/O和运动，而且还可以集成用于自动化监控和测试的视觉功能和模块化仪器。此外，控制系统还必须能实时地处理控制算法和分析任务并把数据传送回企业。您是否能同时拥有PC的功能和PLC（可编程控制器）的可靠性吗？可编程自动控

20、制器（PAC）就是这样的平台，它能最佳结合地PC和PLC两者的优势，并正逐渐占领工业自动化领域。 市场调查公司ARC咨询机构首次采用PAC这一术语，它定义了一种新类型的控制器，该控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性。PAC采用COTS（现有的商业化）技术，非常适合于工业化环境，它具有可伸缩性，易于维护和较低的发生故障时间等特性。PXI（用于仪器的扩展型PCI）已成为快速增长的PAC平台；如OPTO22，NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供应商现在可提供1,000多种独特的I/O模块，包括模拟I/O，数字I/O，视觉，运动和高精度数据采

21、集。PXI结合了PCI总线的电路特性和CompactPCI坚固的欧卡机械结构，这种结构已在工业环境中成功使用了许多年。十年前当Internet还处于雏形时，机器视觉非常昂贵，而且基于PC的仪器还没有出现，那时PLC统治了整个自动化领域。即使是今天，那些使用数字I/O进行简单控制的工程师依然感到PLC是他们最好的选择。然而，如果考虑到要为您的PLC增加视觉，运动，仪器和分析功能，那么您就会明白为什么PAC正逐渐占领自动化领域。本文中我们将在成本，高级功能，外形结构，控制器，I/O和软件这六个方面，详细介绍在未来自动化应用中PAC优于PLC的20条原因。 成本 1. 采用单一的控制器节省了成本 现

22、在您可以考虑使用PAC，它具有单一的控制器和机箱，可用于处理数字和模拟I/O，具有运动，视觉功能和模块化仪器，因此不需要花钱购买多个控制器。如果您需要控制系统具有多种功能，如视觉或模块化仪器，那么采用PAC将是最为经济的。 高级功能 2. 高级控制 在能源或材料的成本很高的情况下，工程师需要优化他们简单的PID控制算法来以最大程度地减少浪费。这些复杂的算法常常采用如模糊逻辑或神经网络等控制设计技术，从而可以最大限度地降低过程控制的稳定时间。传统上，PLC所能实现的PID控制算法并没有为特定的过程进行优化。高级的控制算法不仅需要强大的浮点处理器，而且还要占用大量的内存，使用PAC平台则可以满足这

23、些条件。 3. 实时分析 在机器监控应用中，需要实时采集地来自模拟或数字I/O通道的数据，从而能有效地检测故障状态。您可能要进行如阶次跟踪和振动分析这些复杂工作来有效地检测机器的状况。对于这些应用，您可以使用PAC的高效平台来进行实时地分析工作。 4. 数据库/网络连接 利用来自厂房内的实时数据，操作人员可以在控制室内根据所得的信息制定决策。然而，要使控制系统具有输出现场数据的功能是很困难的。企业系统一般采用标准的ODBC，ADO和XML以获得来自自动化系统的数据。PLC只能通过标准的OPC进行通信，这意味着需要增加一台PC来采用OPC获取数据并使用如ODBC、ADO和XML这样的标准把数据传

24、送给企业。为了能有效地把现场数据传送到ERP系统中，控制系统必须能直接和外部数据库通信您可以使用PAC来完成这些工作。 5. 安全 在把控制系统与数据库和网络连接时，您需要考虑安全问题。出于安全的利益，许多厂商选择不把自动化系统和企业数据库相连，但是对于大多数厂商而言，连接所带来的好处要远大于安全方面的顾虑。 尽管可以对PLC加锁来防止他人入侵工厂的网络，但是由于PLC通过以太网发送非加密包，所以它并不适合用于防止黑客入侵。PAC在通过网络传送数据时，可以对数据加密。尽管目前这还不是需要考虑的第一因素，但是在将来它将是厂房内分布式系统采用PAC的主要原因。 6. 多种速度的确定性应用 PLC只

25、能以固定的速度运行，而且它不是为以不同循环速率独立进行处理而设计的。如今，复杂的控制系统中常需要多种速率的确定性应用，它需要有多个循环，每个循环以不同的速率运行。这就要求能进行并行处理，而只有在PAC上运行的操作系统才具有这样的特性。 外形结构 7. 适合于工厂环境 工程师选择PLC的一个常见原因是它能在工厂的环境下正常工作。然而，绝大部分PLC是安装在NEMA内。在这样的环境里，PXI平台附加的冷却装置，坚固的外表面和增强的抗冲击和振动指标都使系统具有和PLC相同的可靠性。 8. 伸缩性和灵活性 由于厂商倾向于使用 柔性的自动化系统来满足客户不断更新的要求，所以他们需要控制系统具有模块化、灵

26、活性和伸缩性。PLC系统由于受到了I/O的限制，只能在数字和运动方面具有伸缩性，而PAC不仅具有PLC的伸缩性，而且您还可以在系统上增加视觉，模块化仪器或高速模拟I/O。您也可以通过以太网来使用多个PC并根据需要增加或减少PC的数目。 9. 易于替换 对于现场工程师而言，最大限度地减小的故障时间是非常重要的。在对控制系统进行更新或更换I/O模块时，您需要能最大程度地减少更换或增加模块的工作量。PAC的模块化特性满足这方面的要求。 控制器 10. 计算机电源 对于如机器状态监控这样高速，需要大量内存的应用，具备高速的处理器和大容量的内存就非常重要。由于您采用了现有的硬件来构建基于PAC的系统，所

27、以您的PAC控制器可使用Pentium 4处理器并具备上G的RAM。 11. 存储功能 如果无法保存和查看历史信息，那么信息还有什么用呢？ PLC传统上就缺乏数据记录的功能。而PAC则可以根据您指定的时间、方式和数据格式来记录数据。 12. 数字I/O 传统上，PLC平台的数字I/O只能为工业传感器和激励器提供标准的电压驱动电流。然而，新的如NI 651x系列模块的数字I/O 则可以提供24V的电压，高达500 mA的驱动电流和光学隔离，并且它还具有看门狗定时器，可编程电源启动状态，用于提高安全性和可靠性的输入滤波器等特性，而成本只有每通道5美元。 13. 模拟 主要由于PCI总线速度快的原因

28、，传统上采用基于PC平台来提供模拟I/O。目前某些PLC也具有模拟I/O模块，但是它们的编程十分复杂而且不适合用于高分辨率和大数据量的应用。PAC所提供的模拟输入速率可高达每秒200M并具有24位的分辨率。 14. 运动 在各种平台中，特别是当您需要高于两轴运动方式时，软件起着主要的作用。在PXI平台上的运动控制器可以提供高达8轴的运动方式，而且可以使用NI 运动助手对系统进行轻松地配置。 15. 视觉 数据传输速率是在PLC平台上提供视觉功能的最大障碍。目前，无论您是要自动监测零件还是检验药品的包装，您都可以在PXI平台上使用用于视觉应用的模拟、数字和FireWire摄像机。您可以在控制程序

29、中集成多种视觉算法，如模式匹配，光学字符识别，颜色匹配，规格和颜色检测。 16. 仪器 近来，材料处理公司已经开始在他们的自动化系统中集成测试功能，从而可以为客户提供全面的测试和自动化方案。I/O所需要的模块化仪器包括数字化仪，信号源，任意波形发生器和其它仪器。这些类型的I/O 需要具备在PAC平台上才有的高速数据传输速率。 17. 网络 和PLC类似，PAC可以通过各种工业化的现场总线提供互联，如FOUNDATION Fieldbus，DeviceNet，CAN，Modbus，Ethernet，Profibus，串口等。PAC不仅能作为分布式I/O模块的主控设备，而且也可以作为从属设备添加到

30、已有系统中。 软件 18. 实时操作系统 在PAC平台上您可以使用如RT Linux，Pharlap ETS，QNX和VxWorks这些实时的操作系统（RTOS）。一般来讲，实时系统的编程很困难，但是使用如LabVIEW RT这样的软件可以改变工程师开发实时系统的方式。现在工程师可以把Windows上开发的程序下载到实时运载平台上，如PXI控制器。 19. 人机界面 特别是在混杂和过程控制工业中，大多数控制系统需要一个能连接控制系统的人机界面。一个HMI由一个触摸屏组成,它可以包含一个嵌入式控制器也可以没有。由于基于PAC的系统考虑到了用于I/O的相同控制器的使用，所以您也就不需要添加额外的嵌

31、入式控制器来实现HMI的图像显示。 20. 容易的开发环境 虽然传统的梯形逻辑编程非常适合于数字I/O的编程，然而对于处理模拟I/O，运动或视觉这种编程方式则十分麻烦。PAC可以用通用的语言编写控制程序，为您提供了很大的灵活性，这些通用语言包括C，C+，Visual Basic，LabVIEW甚至是传统的梯形逻辑。很显然，现如今的工程师除了PLC控制还可以有另外的选择。PAC能为您增加所需的PC功能以用于高级控制，实时分析或连接企业数据库，而且同时保持了PLC的可靠性。如果您需要集成不只数字I/O和运动控制或者需要更快的计算机处理能力的话，PAC可能是非常好的选择。文章来自：http:/www.e-OPTO22 公司适时推出了SNAP-PAC-S1，SNAP-PAC-R1控制器，都是冗余以太网口的。技术指标如下： 处理器：266MHz 32bit ColdFire® 5407, 带浮点协处理器 内存： 32MRAM 8M 电池后备RAM，16M flash 同时运行32个流程 一个RS485口接远程I/O 双以太网口，同时冗余接I/O和上位机 两个RS232口，支持PPP协议或直接连接串行设备 支持TCP/IP，SNMP，SMTP,FTP,OptoMMP协议 可以作FTP服务器或客户端，支持文件系统 配套控制软件