可編程自動控制器(PAC)講座---選擇PAC而不是PLC的20條理由

     在建立控制系統(tǒng)時， 系統(tǒng)集成商毫無例外地總是希望能使用比較少的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)更多的功能。他們需要控制系統(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。此外，控制系統(tǒng)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)。市場調(diào)查公司ARC咨詢機(jī)構(gòu)首次采用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(jiān)固性和分布特性。PAC采用COTS（現(xiàn)有的商業(yè)化）技術(shù)，非常適合于工業(yè)化環(huán)境，它具有可伸縮性，易于維護(hù)和較低的發(fā)生故障時間等特性。PXI（用于儀器的擴(kuò)展型PCI）已成為快速增長的PAC平臺；如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。PXI結(jié)合了PCI總線的電路特性和CompactPCI堅(jiān)固的歐卡機(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。

    十年前當(dāng)Internet還處于雛形時，機(jī)器視覺非常昂貴，而且基于PC的儀器還沒有出現(xiàn)，那時PLC統(tǒng)治了整個自動化領(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依然感到PLC是他們最好的選擇。然而，如果考慮到要為您的PLC增加視覺，運(yùn)動，儀器和分析功能，那么您就會明白為什么PAC正逐漸占領(lǐng)自動化領(lǐng)域。本文中我們將在成本，高級功能，外形結(jié)構(gòu)，控制器，I/O和軟件這六個方面，詳細(xì)介紹在未來自動化應(yīng)用中PAC優(yōu)于PLC的20條原因。

    成本 

    1. 采用單一的控制器節(jié)省了成本

     現(xiàn)在您可以考慮使用PAC，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，因此不需要花錢購買多個控制器。如果您需要控制系統(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(jì)的。

    高級功能

    2.高級控制

    在能源或材料的成本很高的情況下，工程師需要優(yōu)化他們簡單的PID控制算法來以最大程度地減少浪費(fèi)。這些復(fù)雜的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(jì)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)上，PLC所能實(shí)現(xiàn)的PID控制算法并沒有為特定的過程進(jìn)行優(yōu)化。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，使用PAC平臺則可以滿足這些條件。

    3. 實(shí)時分析

    在機(jī)器監(jiān)控應(yīng)用中，需要實(shí)時采集地來自模擬或數(shù)字I/O通道的數(shù)據(jù)，從而能有效地檢測故障狀態(tài)。您可能要進(jìn)行如階次跟蹤和振動分析這些復(fù)雜工作來有效地檢測機(jī)器的狀況。對于這些應(yīng)用，您可以使用PAC的高效平臺來進(jìn)行實(shí)時地分析工作。

    4.數(shù)據(jù)庫/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、ADO和XML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——您可以使用PAC來完成這些工作。

    5.安全

    在把控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)連接時，您需要考慮安全問題。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。

    6.多種速度的確定性應(yīng)用

    PLC只能以固定的速度運(yùn)行，而且它不是為以不同循環(huán)速率獨(dú)立進(jìn)行處理而設(shè)計(jì)的。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。

    外形結(jié)構(gòu)

    7.適合于工廠環(huán)境

    工程師選擇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NEMA內(nèi)。在這樣的環(huán)境里，PXI平臺附加的冷卻裝置，堅(jiān)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。

    8.伸縮性和靈活性

    由于廠商傾向于使用 柔性的自動化系統(tǒng)來滿足客戶不斷更新的要求，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(yùn)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。您也可以通過以太網(wǎng)來使用多個PC并根據(jù)需要增加或減少PC的數(shù)目。

    9.易于替換

    對于現(xiàn)場工程師而言，最大限度地減小的故障時間是非常重要的。在對控制系統(tǒng)進(jìn)行更新或更換I/O模塊時，您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。

    控制器

    10.計(jì)算機(jī)電源

    對于如機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控這樣高速，需要大量內(nèi)存的應(yīng)用，具備高速的處理器和大容量的內(nèi)存就非常重要。由于您采用了現(xiàn)有的硬件來構(gòu)建基于PAC的系統(tǒng)，所以您的PAC控制器可使用Pentium 4處理器并具備上G的RAM。

    11.存儲功能

    如果無法保存和查看歷史信息，那么信息還有什么用呢？ PLC傳統(tǒng)上就缺乏數(shù)據(jù)記錄的功能。而PAC則可以根據(jù)您指定的時間、方式和數(shù)據(jù)格式來記錄數(shù)據(jù)。

    12.數(shù)字I/O 

    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NI 651x系列模塊的數(shù)字I/O 則可以提供24V的電壓，高達(dá)500 mA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。

    13.模擬

    主要由于PCI總線速度快的原因，傳統(tǒng)上采用基于PC平臺來提供模擬I/O。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。PAC所提供的模擬輸入速率可高達(dá)每秒200M并具有24位的分辨率。

    14.運(yùn)動

    在各種平臺中，特別是當(dāng)您需要高于兩軸運(yùn)動方式時，軟件起著主要的作用。在PXI平臺上的運(yùn)動控制器可以提供高達(dá)8軸的運(yùn)動方式，而且可以使用NI 運(yùn)動助手對系統(tǒng)進(jìn)行輕松地配置。

    15.視覺

    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，無論您是要自動監(jiān)測零件還是檢驗(yàn)藥品的包裝，您都可以在PXI平臺上使用用于視覺應(yīng)用的模擬、數(shù)字和FireWire攝像機(jī)。您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。

    16.儀器

    近來，材料處理公司已經(jīng)開始在他們的自動化系統(tǒng)中集成測試功能，從而可以為客戶提供全面的測試和自動化方案。I/O所需要的模塊化儀器包括數(shù)字化儀，信號源，任意波形發(fā)生器和其它儀器。這些類型的I/O 需要具備在PAC平臺上才有的高速數(shù)據(jù)傳輸速率。

    17.網(wǎng)絡(luò)

    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FOUNDATION Fieldbus，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。

    軟件

    18.實(shí)時操作系統(tǒng)

    在PAC平臺上您可以使用如RT Linux，Pharlap ETS，QNX和VxWorks這些實(shí)時的操作系統(tǒng)（RTOS）。一般來講，實(shí)時系統(tǒng)的編程很困難，但是使用如LabVIEW RT這樣的軟件可以改變工程師開發(fā)實(shí)時系統(tǒng)的方式。現(xiàn)在工程師可以把Windows上開發(fā)的程序下載到實(shí)時運(yùn)載平臺上，如PXI控制器。

    19.人機(jī)界面

    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(jī)界面。一個HMI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，所以您也就不需要添加額外的嵌入式控制器來實(shí)現(xiàn)HMI的圖像顯示。

    20.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(yùn)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(tǒng)的梯形邏輯。

    很顯然，現(xiàn)如今的工程師除了PLC控制還可以有另外的選擇。PAC能為您增加所需的PC功能以用于高級控制，實(shí)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。如果您需要集成不只數(shù)字I/O和運(yùn)動控制或者需要更快的計(jì)算機(jī)處理能力的話，PAC可能是非常好的選擇。