一、前言
近兩年來，具有PLC和PC雙重特性的一種新的控制器：PAC（Programmable Automation Controller）由一些大型工控廠家相繼推出，在工控領(lǐng)域掀起一股浪潮，各相關(guān)媒體和論壇也爭(zhēng)相報(bào)道和發(fā)起各種評(píng)論，但大多數(shù)的最終用戶還是沒真正明白PAC和PLC的主要區(qū)別，以及PAC的特點(diǎn)和其可以應(yīng)用的領(lǐng)域，本文主要就研華PAC的特點(diǎn)及其在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用做切合實(shí)際的應(yīng)用分析探討。
二、依市場(chǎng)之需求，PAC應(yīng)運(yùn)而生
隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和需求，高端工業(yè)應(yīng)用平臺(tái)針對(duì)復(fù)雜的控制能力、高速的模擬量采集、多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行并各自有不同的執(zhí)行周期、開放式的通訊能力以及網(wǎng)絡(luò)接口等等方面提出更高的要求。
顯然，傳統(tǒng)的PLC已經(jīng)力不從心，而新一代PLC控制器發(fā)展到今天已經(jīng)具備了網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)動(dòng)，甚至視頻等功能。但是，PLC性能依賴于專用硬件，應(yīng)用程序的執(zhí)行是依靠專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)，因硬件的非通用性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到限制，由于是專用操作系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)可靠性與功能都無法與通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相比，這樣導(dǎo)致了PLC整體性能的專用性和封閉性。所以，現(xiàn)代PLC仍然具有系統(tǒng)封閉性、不易進(jìn)行系統(tǒng)集成、部分功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，尤其是實(shí)現(xiàn)成本過高等問題始終困擾著工程師們。
目前，開放和集成已經(jīng)是自動(dòng)化產(chǎn)品和系統(tǒng)發(fā)展中不可阻擋的趨勢(shì)?，F(xiàn)在用戶的生產(chǎn)系統(tǒng)變得日益龐雜，集成無疑已經(jīng)成為整合生產(chǎn)體系、提高效率及工廠信息化的重要途徑。當(dāng)前的自動(dòng)化產(chǎn)品和系統(tǒng)，不但應(yīng)該具有良好的內(nèi)部集成能力，更應(yīng)該具有良好的向第三方開放的集成能力，只有這樣的體系結(jié)構(gòu)才能幫助最終用戶的設(shè)備運(yùn)行至更高的水平。
面對(duì)市場(chǎng)對(duì)于復(fù)雜控制和開放集成的需求，工程師們迫切希望一種控制器能夠具有處理速度快、集成多種功能、具有開放性、易于集成的控制器能夠應(yīng)用于實(shí)際工程中。同時(shí)基于嵌入式技術(shù)的發(fā)展以及軟邏輯控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，采用這些新技術(shù)的新一代控制器 PAC（Programmable Automation Controller）也就應(yīng)運(yùn)而生。
PAC結(jié)合了嵌入式PC的處理器、RAM和軟件的優(yōu)勢(shì)，以及PLC固有的可靠性、堅(jiān)固性和分布特性，集成了多領(lǐng)域功能、共用的開發(fā)平臺(tái)、開放式接口以及分布式模塊架構(gòu)，可以滿足用戶單一平臺(tái)多功能的需求。同時(shí)，采用軟邏輯技術(shù)，軟邏輯內(nèi)核運(yùn)行于后臺(tái)，可以和其它的應(yīng)用程序如HMI軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等同時(shí)在PAC系統(tǒng)中并存，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、HMI組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫等等功能同時(shí)運(yùn)行于一臺(tái)控制器中，真正實(shí)現(xiàn)了PAC的單一平臺(tái)多功能的特點(diǎn)，在系統(tǒng)整合性、穩(wěn)定性、低成本等等方面為現(xiàn)有的采用PC+PLC的客戶提供了一個(gè)全新的系統(tǒng)方案。
三、嵌入式和軟邏輯技術(shù)之成熟應(yīng)用，PAC獲得發(fā)展之機(jī)遇
道理很顯然，雖然有市場(chǎng)之迫切需求，但如果沒有技術(shù)之先期準(zhǔn)備和成熟應(yīng)用，也就沒有PAC之產(chǎn)生。PAC的產(chǎn)生受益于近年來在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展及成熟應(yīng)用。在硬件方面，有重意義的包括：嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中具有代表意義的是CPU技術(shù)的發(fā)展；現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展；工業(yè)以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用。在軟件方面則包括：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；軟邏輯編程技術(shù)；嵌入式組態(tài)軟件的發(fā)展等。
高可靠的嵌入式技術(shù)
目前嵌入式的高性能CPU在獲得更高的處理能力的同時(shí)，其體積更小、功耗更低，處理能力、穩(wěn)定性和可靠性方面有較大的提升，使X86設(shè)計(jì)單位可以選擇通用的標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而擺脫傳統(tǒng)PLC因采用專有的硬件結(jié)構(gòu)體系帶來的局限，使系統(tǒng)具備更為豐富的功能前景和開放性。在現(xiàn)有面世的PAC系統(tǒng)中，被廣泛采用的是低功耗、高性能的SOC (System On Chip) 核心處理器。這里面既有采用CISC架構(gòu)的CPU，如Mobile Pentium系列CPU，也有采用RISC架構(gòu)的CPU，如ARM系列、SHx系列等，當(dāng)然也有使用MIPS CPU的。綜合比較而言，由于RISC CPU在應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)時(shí)所具備的綜合優(yōu)勢(shì)，采用RISC CPU的系統(tǒng)占據(jù)了目前市場(chǎng)所供應(yīng)的控制系統(tǒng)的多數(shù)。
可靠的元器件
PC的風(fēng)扇和硬盤是最常需要維護(hù)的元件，而PAC采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)以及采用工業(yè)級(jí)的存儲(chǔ)介質(zhì)能夠提供一個(gè)可靠性的平臺(tái)系統(tǒng)。
實(shí)時(shí)、穩(wěn)定的操作系統(tǒng)
通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)獲得了長足的發(fā)展，并獲得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的美國風(fēng)河公司的VxWorks、PSOS操作系統(tǒng)在高端領(lǐng)域還是有很高的占有率；另一引人注目的趨勢(shì)是微軟公司的Windows CE在推出.net版本以后，有效解決了硬實(shí)時(shí)的問題，并以其低廉的價(jià)格和廣泛的客戶群獲得了用戶的青睞；Embedded XP則是Windows XP的組件版本。采用合適的操作系統(tǒng)，即使在系統(tǒng)藍(lán)屏?xí)r依然可以保證底層控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。通過采用Embedded XP的SP2的EWF功能，可以有效避免由于系統(tǒng)不確定性重起而帶來的影響。作為開放源碼的代表，Linux操作系統(tǒng)也推出了其嵌入式版本，并以其在成本、開放性、安全性上面的優(yōu)勢(shì)，獲得一些特殊應(yīng)用客戶及中小制造商的歡迎。
標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言
更為重要的是符合IEC-61131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟邏輯編程語言的發(fā)展，有效的整合了傳統(tǒng)PLC在編程技術(shù)上的積累，使廣大的機(jī)電工程師可以在基于PC的系統(tǒng)上使用其熟悉的編程方式實(shí)現(xiàn)其控制邏輯。另一方面在PAC系統(tǒng)上，工程師也可以使用高階語言實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法或通訊編程，例如VB.net、EVC、VC#、JAVA等。
開放性的自動(dòng)化架構(gòu)
通用的國際標(biāo)準(zhǔn)Ethernet、TCP/IP等協(xié)議，使工業(yè)以太網(wǎng)越來越多的應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，其高速、低成本的網(wǎng)絡(luò)方案最容易被廣大的用戶、集成商、OEM及制造商接受和歡迎，而這些技術(shù)極容易在PAC實(shí)現(xiàn)。而采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus/TCP協(xié)議和OPC協(xié)議，可以方便地實(shí)現(xiàn)書記傳遞和系統(tǒng)集成。
由于其采用開放式架構(gòu)，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)整合，并方便進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程擴(kuò)展。
嵌入式的組態(tài)軟件
在人機(jī)界面的部分，嵌入式組態(tài)軟件獲得了長足的發(fā)展，使用戶方便實(shí)現(xiàn)在PAC上進(jìn)行組態(tài)的編程，減少開發(fā)時(shí)間，如研華公司力推的WebAccess、亞控公司的嵌入版KingView等。
總之，PAC既繼承了傳統(tǒng) IPC 的開放性、多功能特點(diǎn)，又汲取了PLC的實(shí)時(shí)性、可靠性優(yōu)點(diǎn)。在外形上，不再是機(jī)箱加顯示器，而是緊湊的嵌入式結(jié)構(gòu)；在性能上，它融合了 IPC 和 PLC 的優(yōu)點(diǎn)，可以完成多功能控制應(yīng)用。
四、研華開放式PAC之特點(diǎn)
研華科技提供多樣的PAC系統(tǒng)平臺(tái)，特點(diǎn)是：多樣的系統(tǒng)平臺(tái)，單一的開發(fā)工具。
包括：開放型PAC（ADAM-5550KW）、緊湊型PAC（UNO-2170KW）、分布型PAC(AMAX-2050MKW)等。
研華的PAC解決方案均內(nèi)嵌ProConOS內(nèi)核控制引擎，均可采用同一個(gè)編程開發(fā)工具KW- Multiprog編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。強(qiáng)大的 Multiprog KW 軟件開發(fā)工具支持 IEC-61131-3 國際編程標(biāo)準(zhǔn)，而穩(wěn)定的軟邏輯內(nèi)核引擎ProCon OS支持多樣的系統(tǒng)平臺(tái)。
在不同的系統(tǒng)平臺(tái)中，只需采用KW-Multiprog就可以完成所有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和參數(shù)的訪問，包含軟邏輯PLC編程、遠(yuǎn)程輸入/輸出接口訪問，運(yùn)動(dòng)控制功能，PID算法控制以及數(shù)據(jù)處理等； 而通過該編程開發(fā)工具設(shè)計(jì)的程序可以跨越多種平臺(tái)使用和運(yùn)行，僅通過修改硬件接口配置部分就可以方便地將程序移植到不同的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)中。
通過一次程序設(shè)計(jì)、而硬件平臺(tái)多樣，為工程設(shè)計(jì)需要而選擇不同的系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)在程序移植上解除后顧之憂。
由于篇幅有限，在這里僅以開放型 PAC: ADAM-5550KW為主展開討論。
ADAM-5550KW特性
ADAM-5550KW 既具有工業(yè) PC 強(qiáng)大的運(yùn)算性能，又具有 PLC的實(shí)時(shí)性和可靠性，在單一平臺(tái)中可以實(shí)現(xiàn)多種功能，涵蓋采集、控制、HMI軟件實(shí)現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、數(shù)據(jù)庫、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接等功能，它所采用的高集成度編程協(xié)議和可選 HMI 軟件為各種應(yīng)用提供了靈活、簡(jiǎn)單的軟件解決方案；并且支持Modbus TCP和Modbus RTU協(xié)議，方便和不同的第三方Modbus設(shè)備交換數(shù)據(jù)。
ADAM-5550KW可直接接顯示器，適合于復(fù)雜的控制領(lǐng)域、增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)處理能力，以及單一平臺(tái)多種功能的場(chǎng)合。
獨(dú)特的雙CPU架構(gòu)
上層的AMD Geode GX533M CPU功能強(qiáng)大，用于負(fù)責(zé)相當(dāng)于PC機(jī)部分的工作，如HMI軟件、數(shù)據(jù)庫支持，強(qiáng)大的運(yùn)算能力等等；下層的ARM7 CPU 用于負(fù)責(zé)底層I/O模塊的操作和控制，保證I/O端口的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠操作，使其同時(shí)滿足PC的強(qiáng)大運(yùn)算性能和 PLC 的實(shí)時(shí)性處理兩方面的要求；
雙以太網(wǎng)端口
ADAM-5550 針對(duì)不同應(yīng)用（如考慮可靠性的冗余以太網(wǎng)連接，以及考慮安全性的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)連接）需求提供了
