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可程序自动化控制器的兴起
xiao_xiao1 发表于 2009/9/17 16:19:42 541 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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PAC就是专为工业自动化应用所设计的嵌入式控制器，可进行逻辑、动作、流程控制以及视讯工作，但30年前，这项科技还属于少部分国家及企业所拥有，它如何从昂贵的PLC到成为惠及大众的技术？
30年前，多数的工业制造过程不是通过硬接线的继电器逻辑控制，就是为模拟循环控制器所控制；那个时期，航天飞机里三部计算机系统的内存还不到100 KB，却必须在这样的内存空间中执行整套复杂的程序；同理可证，在30 年前，根本没有个人计算机 (PC)。 在过去这30年，我们一路披荆斩棘从硬接线继电器走过模拟控制器，而计算机的进化与改变，早已超越70年代所能想象的境界。 初期：可编成逻辑控制器 PLC 在70年代，当时的微处理器速度慢、价格昂贵，且容易故障，内存更是贵得吓人。Bedford Associates的Richard Morley（后来推出「模块化数字控制器」，MODICON）及 Allen-Bradley的Otto Struger 所面对的挑战，是如何在汽车产业中推出一项称为「可编成逻辑控制器」（Programmable Logic Controller，PLC）的装置，来试图消弭重新设计与重新连接硬接线继电器逻辑所衍生的相关成本。由于汽车产业在导入PLC时省下惊人的成本，使得此装置开始大受欢迎。 中期：个人计算机 PC 在30年前，办公室的计算工作全靠微型计算机及大型计算机主机系统完成。多数计算机都是独立的，但有些人开始试验将几台计算机建构成网络，来执行简单文字处理、或是电子表格，发展出的软件每套的授权费用都超过10,000美元，内存与储存装置极其昂贵，而且数量非常缺乏。之后Apple、IBM、及多家制造商发展出简单便宜的“个人计算机”。到了90年代末，PC 已经成为全世界商业及制造业计算的标准配备。 后期：可编程自动化控制器 PAC 随着个人计算机的价格越来越便宜、内存及处理器的能力越来越强，可靠度变得越来越重要。到了 2000 年初，这些研究发展成一种称为 PAC (Programmable Automation Controller) 的可编程自动化控制器。ARC Advisory Group 的Craig Resnick是这个名词的创造者，也就是以个人计算机式的架构，来取代梯形图逻辑可程序的PLC。他在 2002 年写到，PAC 包括：在单一平台上可执行逻辑、运动、制程控制功能，只需单一开发工具、单一数据库及相同的卷标(tag)即可满足不同的应用需求。也能提供跨机台或跨制程单元的软件工具，以开放式、模块化的架构，采用标准的网络接口、程序语言，不同厂商的系统也能彼此交换数据。 可编程自动化控制器 PAC 要运用在哪里？ 相较于传统的PLC旧式设计，PAC 优点包括：可连结一般网络，提供与无线网络及工业网络(Fieldbus)的连结性；支持多种通讯协议；具备高运算效能的CPU；可使用商用的操作系统，如:DOS、Linux、Windows CE等；提供超大的内存与数据储存空间；可用单一平台同时进行控制SCADA / HMI；提供更高性能的控制算法；可进行大量的数据处理；可开发客制化的控制函数库；可进行复杂的过程控制模拟。事实上，在以前或现在凡是使用到硬接线继电器、模拟控制器、或 PLC 的各种应用，PAC 都能派上用场。当然，有少数几个例外，譬如需要非常快速运动的控制、或是安全装置系统（SIS）。 嵌入式运算大变革 PAC的诞生是「嵌入式运算」普及化的结果，所谓「嵌入式运算」的普及化也就是几乎每台装置都内建处理器。事实上，PAC就是专为工业自动化应用所设计的嵌入式控制器。 因此，随着嵌入式运算市场持续成长，不仅带动PAC市场的蓬勃发展，同时，嵌入式运算的最新技术也能够应用在PAC嵌入式控制器上。选择使PAC 与选择PLC、或选用桌上型计算机的PC，在操作使用上非常类似，首先您必须选取硬件及操作系统，接着还需要选取搭配的外围装置；最后选取 PAC 所要执行的应用程序。PAC胜过PLC的最大优点在于，大部份的程序设计师精通使用这些高级语言来编写程序，懂得使用梯形图的就相对少多了。 因此，使用 Windows 操作系统的PAC，让使用者及机械制造商可以受益于庞大的程序代码数据库。 使用 PAC，您可挑选操作系统 (OS) PAC 皆内建 DOS 或 Windows 操作系统，或是提供 Linux OS。 虽然 DOS 现在已经不再流行，但还是具备其它操作系统所没有的一些优点。 首先，DOS 并不像 Windows 与 Linux 需要经常更新，因此 DOS 式 PAC 撰写的程序代码不会过时、或是因为更新与修补而有潜在性的毁损。 当然，DOS 也更具成本效益，让终端使用者或机械制造商以较低的功率要求操作，散热的要求也相对降低， 使用 DOS 式的 PAC 更容易达到无风扇 PAC 操作。 另一方面，Windows CE 的PAC 在应用、外围装置、网络通讯上，能将大多数的 Windows 功能发挥得淋漓尽致。 Windows操作系统能让使用者将触控式面板或平板监视器连接到控制器的 VGA 接口上， 事实上，PAC 通常都建构成复合式单元，将显示器及控制器整合在同一个箱体内。使用者将面板软件安装至控制器中，可使用较为低价的平面面板取代触控式面板。让以 Windows CE 作为 PAC 的操作系统，也能够使用一些 DOS 办不到的特殊模块，例如：透过以太网络及 USB 进行连接。 有了硬件以后，接下来就是软件。PAC 系统有三种软件类型， 首先是操作系统，如前所述； 接下来是编程软件；最后是能在 PAC 上执行的应用软件程序。 多数熟悉PLC 的人员都惯用梯形图、或 IEC61131-3 的其中一种程序语言。 而多数熟悉个人计算机的人员则习惯以更高级的程序语言来编辑程序，例如 Visual Basic、C++、Visual C等。PAC能够兼容梯形图、结构文本、或 FBD 的 PLC 中心程序语言，并能马上用来作为 SCADA 系统内的“远程监控单元”(remote terminal unit, RTU)，甚至可以执行人机接口 (HMI)系统，并在分布式网络控制系统中，当作点对点的节点。 内嵌Windows CE 系统的PAC 设计，搭配使用工业级以太网交换器，便可以很容易地整合到标准以太网络中。 使用Windows式PAC的其它优点，还包括在负责操作制造过程控制器的同一台机械上，执行现有的程序及应用程序的能力。以PAC整合控制数据历程及HMI相当容易，传统式的PLC设计要做到这点就有些困难了。在过去这十年，PAC已经用实力证明，可借助市场现有的软硬件，达到更耐用、更可靠且功能强大并广为市场接受。