ＰＡＣ控制的发展现状与应用前景

时会美　张殿明

摘要：PAC是一种新型的可编程自动化控制器，与PLC相比，具有开放的体系结构和优秀的互操作性、灵活性；与PC相比，又具有更高的稳定性和更好的实时性，因此能更好地满足现代工业自动化的要求，是目前工业自动化领域研究的热点之一。文章论述了PAC控制器产生的背景和技术特点，PAC的发展现状和主流产品，阐述了PAC技术的发展趋势和应用前景。

关键词：PAC控制器；技术特性；主流产品；自动化；数据

中图分类号：TM571

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0038-02

自从ARCGroup提出PAC概念以来，作为近年来自动化技术最为重要的发展趋势之一，PAC受到了自动化业界和终端用户的广泛关注。

一、PAC控制器的产生背景

自20世纪70年代PLC取代了原有的继电器控制系统以来，因其具有高可靠性和稳定性而被广泛地使用到各种控制系统中，成为自动化领域中极具竞争力的控制工具。但传统PLC的体系结构是封闭的，各PLC厂家的硬件体系互不兼容，编程语言及指令系统也各异，当用户选择了一种PLC产品后，必须选择与其相应的控制规程，并且学习特定的编程语言。尽管如此，PLC还是在很多工业应用中被使用。据来自ARC、联合开发公司(VDC)以及网上PLC培训资源PLC.net的专家估计。77％的PLC用于小型应用(低于128I/O)，72％的PLC的I/O是数字的，80％的PLC应用问题可由20条梯形逻辑指令集来解决。但是，如果要在工程中开发剩余的20％的应用时。就不得不突破PLC的限制了。

在20世纪80年代和90年代，随着计算机技术的不断提高与发展，人们开始考虑使用PC机来进行系统控制，以求通过PC来满足剩余的20％的应用，给用户带来更多的选择。在许多工程应用中，PC机已能实现原来PLC的控制功能，并且具有更强的数据处理能力、强大的网络通讯功能以及能够执行比较复杂的控制算法和其近乎无限制的存储容量等优势。但是基于PC控制的主要问题是标准PC并不是为严格的工业环境而设计的，稳定性、可靠性和编程复杂是应用中的主要问题。

由于PC和PLC都有其各自的优缺点，因此，人们把PLC和PC的特性最佳地结合在一起，开发出了新的控制器来解决20％的应用，ARC的工业分析家把这种设备称为可编程自动化控制器，即PAC。

二、PAC的主要特性

(一)“多功能性，在一个平台上有逻辑、运动、PID控制、驱动和处理中的至少两种以上功能”

除了为了实现特殊的协议如SERCOS要对I/O做一些改进；而且软件还能提供逻辑、运动、处理和PID的功能。例如，运动控制作为软件控制循环，它能从正交编码器上读取数字输入，执行模拟控制循环并输出控制设备的模拟信号。

(二)“单一的多规程开发平台使用通用标签和单一的数据库来访问所有的参数和功能”

由于PAC是为更为高级的应用如多功能而设计的，他们需要更为高级的软件。为了能高效地设计系统，软件必须是单一的集成化软件包，而不是多种分离的软件工具，这些软件工具在工程上不能无缝地协同工作。

(三)“通过结合IEC61131-3，用户向导和数据管理，软件工具能设计出在跨越多个机器和处理单元的处理流程”

简化系统设计的另一方面是具有高级的图形化开发工具，利用该工具可以使工程师很轻松地把处理的概念转变为能实际控制机器的代码。

(四)“开放的模块化构架能解决的工业应用可从控制分布于工厂机器到加工车间的操作单元”

由于所有的工业应用都需要有高度的定制特性，所以硬件必须是模块化的，以便工程师们可以选择合适的部件。而且，软件也必须能让工程师增加和拆除模块以设计出所需的系统。

(五)“采用已有的网络接口标准，语言等，如TCPIP，OPC&XML和SOL查询语言”

能和企业的网络通信对于现代化控制系统是非常关键的。尽管PAC包含有以太网接口，但是为了要把设备和工厂其它系统无问题地集成在一起，通信软件是至关重要的。

三、PAC软件技术的解决方案

一方面软件是PA和PLC主要的区别，而另一方面厂商在提供高级软件的方式上也有所不同。有两种提供PAC软件的方式：基于PLC控制的软件和基于PC控制的软件。

(一)基于PLC控制的软件方案

PLC软件根据通用模型而建立：输入扫描、控制代码运行、输入更新、以及常规功能执行。由于输入循环、输出循环和常规循环都是隐藏的，所以控制工程师只需要关注控制代码的设计。由于厂商已完成了大部分工作，这种严格的控制架构使得建立控制系统更为容易和快速。这些系统的严格性也能让控制工程师在开发可靠的程序时无需深入了解PLC的底层操作。然而，作为PLC主要优势的这种严格的扫描式构架也导致其灵活性的欠缺。绝大多数PLC厂商通过在已有的扫描式架构中增加新的功能来建立PAC软件，这些新功能包括以太网通信、运动控制和高级算法。然而，通常他们会保留PLC熟悉的编程方式以及其在逻辑和控制方面固有的特点。因此这种PAc软件通常是为了适合特殊类型应用而设计的，如逻辑、运动和PID。

(二)基于PC控制的软件方案

传统PC软件厂商以非常灵活的通用编程语言为起点，能够提供对硬件的深层次访问。该种软件也具有可靠性、确定性以及预设的控制架构。PC软件极为灵活，非常适合那些需要高级的架构、编程技巧或者系统控制的复杂应用，但却使本应简单的应用复杂化。这些厂商首先要能提供通用操作系统如Win-dows所不具备的可靠性和确定性。它们可以通过采用实时操作系统(RTOS)来实现。这些RTOS能控制系统的各个层面，从I/O读写速率到控制器上各个线程的优先级。然后为了使工程师能更为容易地开发出可靠的控制程序，厂商增加了抽象层和110读写架构。因而这种灵活软件非常适合于定制控制、数据记录和通信，但舍弃PLC编程架构的代价是使程序的开发难度增加。

四、目前主流的PAC系统

目前已有多个厂家提供符合PAC定义的特征与性能的产品，其中有代表性的有的GEFanuc的PACSystemsTMRX3i/7i、NI的CompactFieldPoint、Beckoff的CX1000、ICPDAS的Wincon/LIN-con等。其中的GEFanuc的PACsystemsTMRX3i/7i的CPU采用了PentiumⅢ处理器，操作系统为风河公司的VxWorks，RX3i为VME54总线，RX7iCompactPCI总线。NI的CompactFieldPoint的CPU即将升级到PentiumⅣ-M2.5GHz处理器，其特色在于整合了测试测量领域中应用非常广泛的开发平台LabView。Beckoff的CX1000的CPU为PentiumMMX266MHz处理器，操作系统为WindowsCE.net或EmbeddedWindousXP。ICPDAS的Win-con/LINcon的CPU为StrongRAM206MHz处理器，Wincon的操作系统为WindowsCE.net，LINcon的操作系统为EmbeddedLinux。

五、PAC技术的发展前景

随着市场的需要，PAC技术在未来的几年内将朝着以下几个方向进一步发展：

(一)设备规格的多样化

为了满足各种实际生产状况的需要，PAC的规格将会呈现出多样化的发展趋势。在具体的生产环境中，选择合适的控制系统要求的PAC，有利于降低成本。

(二)支持更多的控制功能

目前，PAC已经将逻辑、运动、过程控制等高级功能集成到了单一的平台上。而未来，PAC将进一步融合更多的功能，例如对于安全性的考虑，批处理等等。当信息被越来越广泛地使用时，其安全性就将成为需要考虑的第一因素。

(三)商业系统的集成

为了实现真正的实时性，自动化设备供应商将在PAC内部继续创建商业系统的连接通道而不依赖于其他的连接设备。PAC将内嵌制造执行系统(MES)的一些属性，例如：标准接口的建立，它将有利于更好地解决控制层和管理层之间的连接问题。

(四)简单的系统维护

PAC将往更小化更智能化的方向发展，但同时它将拥有更出众的数据处理能力。其软件可以监控机器运转状况，硬件可以完成复杂的自检工作。为了提高生产率、增加利润，企业就必须及时有效地传递数据信息。PAC的这种数据处理能力，可以满足用户在任何时间通过任何形式对数据进行维护。

(五)延长产品的生命周期

通过采用新技术来获得更高生产效率固然十分重要，但是新技术的使用是否会大幅增加成本和培训费也是厂家十分关注的问题。PAC未来平台将仍然采用标准化的设计，其卖主可以继续使用原来的商业技术和以太网等标准，从而有效地降低了对成本的投入。