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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，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。
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――――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，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。