全球化正在從根本上改變行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者如何制定商業(yè)目標(biāo)。這些目標(biāo)包括，提升工廠和設(shè)備利用率，產(chǎn)量，產(chǎn)品質(zhì)量，可用性，安全性，以及帶來績效，極大地影響自動化的資本投資。自動化供應(yīng)商，特別是PLC和基于PLC的PAC供應(yīng)商在這樣的環(huán)境中發(fā)展形勢看好，這些產(chǎn)品被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，幫助企業(yè)面對提高生產(chǎn)力，降低產(chǎn)品成本，降低工廠運營費用以及提高投資回報率。

　　PAC產(chǎn)生的背景

　　目前很多現(xiàn)代化的工業(yè)應(yīng)用需要更多的功能要求，如網(wǎng)絡(luò)連接、設(shè)備互用、企業(yè)數(shù)據(jù)集成等，這些都遠遠超過了傳統(tǒng)的、基于離散-邏輯控制的PLC所能提供的功能。想要基于PLC的系統(tǒng)實現(xiàn)這些功能，必須用單獨的處理器、網(wǎng)關(guān)或轉(zhuǎn)換器、運行于獨立PC的軟件中間件以及企業(yè)系統(tǒng)級的專用軟件進行綜合系統(tǒng)集成。

　　然而，隨著工業(yè)用機器和工廠系統(tǒng)的復(fù)雜性的增加，PLC已經(jīng)很難而且也不可能成為完成所有自動化任務(wù)?，F(xiàn)在的自動化系統(tǒng)已經(jīng)超越了PLC的功能范圍，使得工業(yè)機器領(lǐng)域的工程師必須在自動化系統(tǒng)中集成更多更先進的I/O、處理和控制策略。

　　新的可編程自動化控制器(PAC)硬件系統(tǒng)就是這樣一個非凡的PLC系統(tǒng)擴展方案，能夠很容易整合到PLC系統(tǒng)中，給工業(yè)機器增加更多的先進功能，并提高機器的效率。

　　不過PLC歷史已久，在1969年就已問世，當(dāng)時PC技術(shù)尚未成形，制造現(xiàn)場的整合概念也不多，因此自動化系統(tǒng)多為單獨運作(StandAlone)，1980年P(guān)C技術(shù)開始起飛，PCBased在20世紀(jì)末期開始跨入自動化領(lǐng)域，由于PC已是企業(yè)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)平臺，利用PC的高相容性來將作業(yè)現(xiàn)場與企業(yè)e化系統(tǒng)整合，已成制造業(yè)系統(tǒng)建置重點之一。

　　PCBased在自動化應(yīng)用初期被PLC陣營高度質(zhì)疑，至今市場上仍有相關(guān)疑慮，主要問題有三點：

　　1.穩(wěn)定性─PC作業(yè)系統(tǒng)向來給人穩(wěn)定性不足的印象，不能做為控制之用。

　　2.可靠性-PC使用非工業(yè)強化元件，容易發(fā)生當(dāng)機的情形。

　　3.程式設(shè)計環(huán)境不熟悉-工廠操作員必須有能力掌控系統(tǒng)，以便進行維護或故障排除。使用階梯邏輯時，他們可以手動強迫1個線圈到達需要的狀態(tài)，并迅速修補受影響的程式碼，以便迅速控制系統(tǒng)，但是PC系統(tǒng)要求操作員學(xué)習(xí)更新、更高階的工具。

　　不過在整合層面的考量下，也有工程師將PLC配合PC使用，以進行資料記錄、連接至條碼掃瞄器、將資料加入資料庫，以及將資料公布至網(wǎng)站之故。這種架構(gòu)最大的問題在于，這些系統(tǒng)往往難以組裝、故障排除及維護。系統(tǒng)工程師往往必須處理整合不同廠商間的軟硬體，然而這些設(shè)備在設(shè)計時并未考量到整合面，因此在系統(tǒng)整合時會遇到相當(dāng)大的問題。

　　PAC的五大控制特性

　　為解決PLC與PCBased的整合問題，美國研究機構(gòu)ARC提出了PAC架構(gòu)，PAC英文全名是AutomationResearchCorporation，中文則是可程式自動化控制器，美國國家儀器(NI)指出在ARC透過軟體功能的定義，來列出PAC的五大控制特性，包括：

　　1.多領(lǐng)域的功能性。在1個平臺上至少有2種功能，包括邏輯、運動、PID控制、磁碟以及處理，除了部份在I/O上做變動以配合特殊協(xié)定之需要外，邏輯、運動、處理，以及PID，都只是軟體的1個函數(shù)。

　　2.單一的多元化開發(fā)平臺，結(jié)合一般標(biāo)簽及單一資料庫，以存取所有的參數(shù)及功能。由于PAC是為了高階應(yīng)用而設(shè)計的，因此它們需要更先進的軟體。為了讓系統(tǒng)設(shè)計更有效率，軟體必須是一款單一整合軟體套件，而不是未經(jīng)處理、無法合作無間的分散式軟體工具。

　　3.透過處理跨越多部機器或處理元件之資料流，并配合IEC61131-3、使用者導(dǎo)引，以及資料管理，使之能夠完成設(shè)計的軟體工具。另外一個簡化系統(tǒng)設(shè)計的元件是高階圖形化開發(fā)工具，它能夠輕易將工程師對于過程的概念轉(zhuǎn)變成實際控制機器的程式碼。

　　4.反應(yīng)出工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的開放、模組化架構(gòu)，從工廠中的機器配置到處理廠中的元件操作皆含括在內(nèi)。由于所有工業(yè)應(yīng)用都需要大量的自訂功能，因此硬體必須提供模組化功能，工程師可以選擇適用的元件。軟體必須讓工程師能夠增加及移除模組，以設(shè)計所需的系統(tǒng)。

　　5.采用實質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)做為網(wǎng)路界面、語言等，例如TCPIP、OPC&XML以及SQL查詢。對于現(xiàn)代控制系統(tǒng)而言，和企業(yè)網(wǎng)路的通訊是非常重要的。雖然PAC含有乙太網(wǎng)路連接埠，但是通訊用軟體是與機構(gòu)其它部份順利進行整合的關(guān)鍵。

　　PAC融合PLC與PCBased兩種技術(shù)，在PC層面，會大量應(yīng)用嵌入式技術(shù)，擁有使用軟體來定義硬體的能力就是其一，PAC將采用FPGA作為控制元件，F(xiàn)PGA是消費性電子廠商用來制作客制晶片常用的電子元件，可使設(shè)備中重設(shè)組態(tài)邏輯電路，執(zhí)行多種功能，用于連接功能區(qū)塊的可程式接點，以及將資料輸入及輸出晶片的I/O區(qū)塊。只要定義可重設(shè)組態(tài)邏輯電路的功能，以及彼此之間和I/O間的連接方式，電子設(shè)計者就可以創(chuàng)造客制晶片，而不需要生產(chǎn)客制的ASIC。FPGA就像擁有1部可以重新布署內(nèi)部電路以執(zhí)行特定應(yīng)用程式的電腦。

　　過去只有熟悉低階程式設(shè)計語言(如VHDL)的硬體設(shè)計師才能運用FPGA技術(shù)。但之后系統(tǒng)控制工程師可以利用PC軟體撰寫程式如NI的LabVIEWFPGA來建立客制控制運算法，將下載至FPGA晶片。此功能讓工程師得以將執(zhí)行上對時間極度要求的功能結(jié)合至硬體中，例如極限開關(guān)及鄰近感測器的偵測以及健康狀態(tài)監(jiān)視的應(yīng)用等。由于控制程式直接在晶片中執(zhí)行，因此工程師可以迅速建立具備客制通訊協(xié)定或高速控制回路的應(yīng)用程式。

　　有業(yè)內(nèi)人士在談到價值時表示，PAC的所有部件均按軟件和硬件集成最靈活、最方便、成本最低為出發(fā)點，因此它是跨機械自動化、電氣自動化、儀表自動化、計算機等專業(yè)的。這些特點使最終用戶獲得以下收益：設(shè)備的生命周期成本較低，資產(chǎn)的投資回報率提高，資產(chǎn)所有者總成本下降。

　　雖然部份PLC廠商認(rèn)為，PAC仍屬于PCBased產(chǎn)品，只是換了另一種包裝，但就市場整體面來看，PAC的確已逐漸成形，包括西門子在內(nèi)的大廠，均已紛紛推出產(chǎn)品，未來嵌入式技術(shù)將會被大量應(yīng)用在PAC，成為自動化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一。

　　PLC和PAC的功能比較與性能分析

　　PAC與PLC廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化中，兩者孰優(yōu)孰劣，下面從成本，高級功能，外形結(jié)構(gòu)，控制器，I/O和軟件等幾個方面的特征作分析。

　　1、成本-哪種更經(jīng)濟

　　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箱，可用于處理數(shù)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(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)濟的選擇。

　　2、多功能實時控制的高級功能

　　過程控制進行優(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控制算法要進行優(yōu)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(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所能實現(xiàn)的PID控制算法并沒有為特定的過程控制進行優(yōu)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(nèi)存，但若使用PAC平臺則可以滿足過程控制進行優(yōu)化的要求。

　　監(jiān)控的實時分析

　　對機器運行進行監(jiān)控的系統(tǒng)中，需要實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)。則可能需要進行實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的高效平臺來進行實時地分析工作。

　　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行，而且它并不是為能以不同循環(huán)速率獨立進行處理所設(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(tǒng)才具有這樣的特性。

　　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。

　　很強的擴展功能

　　工程師很希望使用柔性的自動化系統(tǒng)來滿足不斷更新的要求，所以他們需要控制系統(tǒng)具有模塊化、靈活性和伸縮性。PLC系統(tǒng)由于受到了I/O的限制，只能在數(shù)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(tǒng)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(wǎng)來使用多個PC并根據(jù)需要增加或減少PC的數(shù)目。

　　更新或更換模塊方便

　　對于現(xiàn)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(tǒng)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(jié)容量的RAM

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

　　信息存儲功能

　　PAC則可以根據(jù)指定的時間、方式和數(shù)據(jù)格式來記錄數(shù)據(jù)。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(tǒng)上就缺乏數(shù)據(jù)記錄的功能。

　　數(shù)字I/O可以提供24V的電壓，高達500mA的驅(qū)動電流和光學(xué)隔離

　　傳統(tǒng)上，PLC平臺的數(shù)字I/O只能為工業(yè)傳感器和激勵器提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓驅(qū)動電流。然而，新的如N1651x系列模塊的數(shù)字I/O則可以提供24V的電壓，高達500mA的驅(qū)動電流和光學(xué)隔離，并且它還具有看門狗定時器，可編程電源啟動狀態(tài)，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(fù)雜而且不適合用于高分辨率和大數(shù)據(jù)量的應(yīng)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(shù)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(dāng)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(tǒng)進行輕松地配置。

　　視覺應(yīng)用

　　數(shù)據(jù)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(jiān)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(yīng)用的模擬、數(shù)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(xué)字符識別，顏色匹配，規(guī)格和顏色檢測。

　　通過各種工業(yè)化的現(xiàn)場總線提供互聯(lián)

　　和PLC類似，PAC可以通過各種工業(yè)化的現(xiàn)場總線提供互聯(lián)，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(shè)備，而且也可以作為從屬設(shè)備添加到已有系統(tǒng)中。

　　5、軟件

　　實時操作系統(tǒng)

　　在PAC平臺上可以使用如RTLinux，PharlapETS，QNX和VxWorks這些實時的操作系統(tǒng)(RTOS)。一般來講，實時系統(tǒng)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(fā)實時系統(tǒng)的方式?，F(xiàn)在工程師可以把Windows上開發(fā)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(yè)中，大多數(shù)控制系統(tǒng)需要一個能連接控制系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)HMI的圖像顯示。

　　容易的開發(fā)環(huán)境

　　雖然傳統(tǒng)的梯形邏輯編程非常適合于數(shù)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(tǒng)的梯形邏輯。

　　從上看出PAC與PLC功能之差異，其PAC可執(zhí)行較多的高級任務(wù);

　　實時的振動分析、圖像處理.運動控制和CAN;

　　執(zhí)行自動調(diào)節(jié)的PID控制，或可調(diào)增益的PID控制.模糊邏輯;

　　使用內(nèi)置Web服務(wù)器、FTP服務(wù)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(yè)數(shù)據(jù)庫，而且同時保持了PLC的可靠性。如果您不只是需要集成數(shù)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(dāng)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(lǐng)自動化領(lǐng)域，而PAC概念將在當(dāng)今和未來的工廠自動化中發(fā)揮重要的作用。

　　未來相當(dāng)長時間內(nèi)PLC仍是主流

　　在用戶和系統(tǒng)集成商之間，對于PAC的批評聲也不絕于耳。有人說，PAC相對于PLC來說價格高、可靠性低、可擴展能力差;還有人認(rèn)為，PAC并沒有真正針對某種迫切的或潛在的市場需求，因此不免曲高和寡。許多工業(yè)用戶認(rèn)為PLC簡單適用、價格低廉、穩(wěn)定可靠，大概可以滿足80%的工業(yè)控制要求。

　　其實早在20世紀(jì)90年代中期，PLC技術(shù)就曾面臨軟PLC/PC控制技術(shù)的挑戰(zhàn)，因此曾有人預(yù)言它將逐步退出工業(yè)自動化的歷史舞臺。而事實恰恰與之相反，過去10年內(nèi)，超小型和小型PLC的性能獲得了極大的提高，產(chǎn)量也大幅增長。

　　由于純邏輯控制和順序控制還有很大的市場，因此有專家認(rèn)為，PAC很難取PLC而代之。高端PLC盡管受到PC和最近幾年出現(xiàn)的PAC的頻頻挑戰(zhàn)，但根據(jù)自身技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展需要，通過全面引入計算機新技術(shù)和信息技術(shù)，PLC在工業(yè)控制中的核心地位依然不可動搖。PLC、PC和PAC會在很長一段時間內(nèi)，都共處于自動化市場，各有各的市場定向，PLC仍居主要地位。

　　但對于PAC的出現(xiàn)對于工業(yè)自動化領(lǐng)域的積極意義，業(yè)內(nèi)人士也表示，PAC的技術(shù)發(fā)展趨向，如統(tǒng)一的多專業(yè)開發(fā)平臺、通信技術(shù)等也會對PLC的技術(shù)發(fā)展施加有益的影響。