可编程自动化控制器

PAC(可编程自动化控制器)的概念是由ARC咨询集团的高级研究员Craig Resnick提出的，在谈到创造这个新名词的意义时，他认为，"PLC在市场相当活跃，而且发展良好，具有很强的生命力。然而，PLC也正在许多方面不断改变，不断增加其魅力。自动化供应商正不断致力于PLC的开发，以迎合市场与用户需求。功能的增强促使新一代系统浮出水面。PAC基于开放的工业标准、具多领域功能、通用的开放平台以及高性能。ARC创造了这个词，以帮助用户定义应用需要，帮助制造商在谈到其产品时能更清晰。"

PAC的概念定义为:控制引擎的集中，涵盖PLC用户的多种需要，以及制造业厂商对信息的需求。PAC包括PLC的主要功能和扩大的控制能力，以及PC-based控制中基于对象的、开放数据格式和网络连接等功能。

由于LabVIEW的模块化特性，可通过添加NI和第三方的附加软件来满足顾客的项目需求。 下方列出的各种LabVIEW函数和高级工具可用于帮助用户开发特定应用并将其部署至终端。

集成部署硬件:结合可编程自动化控制器(PAC)，设计、原型与部署硬件终端，如实时系统和基于现场可编程门阵列(FPGA)的系统。例如:LabVIEW Real-Time模块，LabVIEW FPGA模块，用于ARM微控制器的NI LabVIEW嵌入式模块，NI LabVIEW Mobile模块，NI LabVIEW触摸屏模块，NI LabVIEW无线传感器网络模块，LabVIEW C代码生成器，NI实时管理程序信号处理、分析和连接:添加用于声音和振动测量、机器视觉、RF通信、瞬时与短时信号分析等的专用图像和信号处理函数。例如:LabVIEW视觉应用开发模块，声音和振动测量套件，声音与振动工具包，NI LabVIEW因特网工具包，NI LabVIEW高级信号处理工具包，NI LabVIEW自适应滤波器工具包，NI LabVIEW数字滤波器设计工具包，NI LabVIEW MathScript RT模块，频谱测量工具包，NI LabVIEW调制工具包，NI LabVIEW机器人模块，LabVIEW生物医学工具包，LabVIEW电能套件，ECU测量和校准工具包，用于LabVIEW的GPS仿真工具包，用于固定WiMAX的测量套件，NI WLAN测量套件，汽车诊断指令集，LabVIEW GPU分析工具。控制与仿真:使用高级控制算法、动态仿真与运动控制软件，设计、仿真并执行控制系统。例如:NI LabVIEW PID和模糊逻辑工具包，NI LabVIEW控制设计与仿真模块，NI LabVIEW系统辨识工具包，NI LabVIEW仿真接口工具包，LabVIEW NI SoftMotion模块。数据管理、记录与报表生成:快速记录、管理、搜索采集的数据并将其导出至第三方软件工具(如:Microsoft Office和工业标准的数据库)。例如:NI LabVIEW数据记录与监控模块，NI LabVIEW Microsoft Office报表生成工具包，NI LabVIEW数据库连接工具包，NI LabVIEW DataFinder工具包，NI LabVIEW SignalExpress。开发工具和验证:用户可利用代码分析仪和单元测试架构，评估图形化代码质量并根据开发需求实现回归测试和验证等操作的自动化。例如:NI LabVIEW VI分析仪工具包，NI LabVIEW状态图模块，NI LabVIEW桌面执行跟踪工具包，NI需求管理软件，NI Real-Time执行跟踪工具包，NI LabVIEW单元测试架构工具包应用发布:通过创建可执行程序、安装程序和DLL，将LabVIEW应用程序发布给用户;或者通过网络或因特网共享用户界面。例如:NI LabVIEW应用程序生成器 (Windows版)

可编程自动化控制器(PAC)是将最佳的PLC，DCS和PC技术融合在一个统一的、多功能的单元上，并用于满足现代工业应用中愈来愈多的复杂要求。

实施一个现代化的工业应用会引出一系列问题，有时甚至是艰巨的复杂要求。比如，众所周知，典型的控制系统必须接收传感器和激励发出的信号，但对于许多现代应用，这仅仅是一个开始。先进的控制功能、网络连通性、设备的互操作性及企业数据整合都是工业应用中所越来越强调的。

这些现代化的要求大大超出了传统基于离散逻辑的可编程逻辑控制器(PLC)对I/O信号的控制。大多数PLC使用梯形逻辑编程，它起源于用来描述控制系统内布局和连接的离散物理继电器及定时器的接线图。

对于这一模式的偏离或需要扩展的应用，梯形逻辑编程有些力不从心。例如，数学上的复杂应用，如PID回路控制应用于温度控制包括浮点算法等。为了执行这些计算， PLC往往须增加独立和单独编程的硬件卡。

使用PLC来满足应用中的网络连通、设备互操作、企业数据整合等要求时可能会遇到问题。这些类型的任务往往更适合PC来处理。

为了在PLC的应用中提供这些功能，需要在独立PC中运行更多的处理器、网关或转换器、"中间件"软件，且企业系统中的特殊软件必须经常与系统进行整合。

另一方面，一台用于工业环境下的PC能提供大量的现代应用功能，尤其是那些需要联网和数据通讯功能的。如同将PLC扩容至完成PC的任务，但是，工业用PC需要执行类似PLC的任务如机器或过程控制，同样需要扩展。

例如，一台PC所使用的操作系统大多并不是高性能、确定性工业应用的最佳选择。附加I/O扩展卡或特殊扩展可能需要融入PC的操作系统中以提供高性能、确定性或类确定性操作。

进入PAC

随着现代工业应用需求范围扩大，自动化生产商已经做出积极回应，一项融合PLC类似确定性机器的工业控制设备或拥有灵活配置的过程控制，使企业能基于PC系统进行优势整合的设备诞生。这个设备即被定义为可编程自动化控制器，或者叫PAC。

来自ARC咨询公司的工业分析家Craig Resnick在2002年首创了"PAC"的定义。ARC创造这一新名词基于2个原因:帮助自动化硬件用户更好地确定他们的应用需求;给予自动化硬件商一个更明确的概念用于帮助他们阐述产品功能。

合并PLC和PC技术用于工业控制的想法之前已出现过，但是只有通过如前述的"添加"的方法来实现，其中附加的中间件、处理器与一个或多个PLC协同工作。一个PAC，拥有先进的功能，需要纳入设计中。

例如，执行功能包括计数、闭锁、PID回路控制、数据采集及传输，一个典型的PLC控制系统需要更多的、价格较昂贵的过程硬件。一个PAC则内置了以上所有功能。

PAC的瞩目之处在于模块化的设计和架构，同样使用开放式的架构提供扩展性和设备及商用系统的互联性。特别的是，PAC冠以高效处理及I/O扫描的特点，并以多种方式使其能够融入企业的商用系统。根据ARC，可编程自动化控制器必须符合下列要求:

在多领域中的单一平台上操作包括逻辑、运动、驱动和过程控制

采用一个单一的开发平台，使用通用的标签和一个单一的数据库用于不同门类的任务开发

无缝集成控制器硬件和软件

使用软件工具进行编程能设计控制程序以支持跨越多个机器或设备的"流程"

在开放、模块化的架构中进行操作反映了工业应用中从设备布局到过程中的单元操作

采用事实上的标准网络接口，语言和协议，使数据交换成为网络化的多供应商系统的一部分

提供高效的处理和I/O扫描

优势所在

定义一个PAC的典型同时也描述了在工业应用中使用PAC的主要优势。这些特点包括独立满足复杂的要求而PLC需要额外的组件来完成，因为硬件和软件的无缝集成，改善了控制系统的性能。

集成硬件和软件在编程时也是一个优势:集成开发环境(IDE)用于对PAC编程包括所有开发工具均能识别的通用标记名数据库。PAC使用一个软件包而不是来自不同厂商的多个软件包来解决现有及将来可能的自动化需求。

PAC的另一个优势是控制系统的升级非常简单。模块化的处理器硬件轻松替换，无需拔下传感器和激励的接线。由于其小巧的尺寸，一个PAC能为机柜节省宝贵的空间。

PAC拥有现代化的网络和通信能力，还能实时的获取信息。这反过来使得数据收集更准确和及时，因此更有商业使用的价值。

至于价格上，PAC能够提供多种经济方面的优势:

1.由于硬件的费用较低，开发和集成所花时间更少，所以控制系统的总成本降低。购买PAC的价格往往比在PLC上增加类似的功能更为经济。

2. 由于自动化系统的应用范围(也称为其专业知识)的延伸，PAC在资产收益率，降低生命周期成本，降低总拥有成本( TCO )等方面都有提高。

3. 现金流动得到改善:添加I / O作为单独的模块意味着在初始的开发阶段只需要最少数量的模块，剩下的模块到项目结束前再添加。

RTU和PAC

远程终端设备(RTU)类似控制器设备，安装在远程位置以收集传感器和其他数据。流行了几十年后，RTU通常被用来作为监控和数据采集(SCADA系统)网络，RTU向SCADA发送数据。RTU从SCADA主控接收信息而操控远程位置上的现场设备上。

RTU主要在遥远的地理区域部署，以监测，采集和控制远程分散设备，如管道、井、起重机、或电信设施等。传统的PLC在这些类型的应用中不具备天然的通讯功能。另外， PLC一般不提供承受恶劣的野外环境条件，也没有多数RTU应用中所需的灵活I/O配置。

总的说来，RTU更强调其通讯功能的开发，适用于严酷环境，拥有灵活的I/O配置。

然而，传统的RTU通信能力通常是过时的，因为它们是在私营无线电或租用专线通讯网时期发展起来的。如今开放的，基于IP的有线和无线本地和广域的网络则更加灵活，而且价格更便宜。由于这一原因，改造现有的RTU或执行新的应用程序时，使用过时的RTU技术在商业或技术上是没有太大意义的。

相反地，PAC能提供卓越的通信能力，通用I / O选项，宽温和振动规格，并使用当今领先的通信标准。这些特点使得PAC适合替代传统户外RTU，尤其是旧网络，专有网络等由于维修费用增加或过时废弃的网络。

数据采集

数据采集系统(DAQ)基于PC设备，提供快速的信号采集、基本信号调试、数据保存功能和有限的联网能力。多数DAQ系统是基于PC，在物理环境或远程位置上的使用有一定限制。大多数DAQ系统更喜欢呆在实验室里而非户外的环境。

PAC提供通用且灵活的信号侦测、调试及多线路。其拥有强大的处理器和大量的内存，获得的原始数据可以在传送至数据库用于其他应用之前进行累加、校对或其他处理(例如，将原始数据转换成工程单位)。

另外，数据可以保存在本地。由于PAC不是PC ，故不像PC需要较高的成本，它可以在现场应用中随意部署。所以PAC是个不错的选择。

各种工业自动化供应商提供PAC或类似PAC产品。在某些情况下，这些产品更像PLC，，而在其他情况下则更象是工业用PC 。如前所述，PAC与这些设备集成，从而使侧重PLC或PC功能的设备可能会并不适用于你的应用需求。

在评估PAC或类似PAC自动化控制器时，只需考虑这一经验方法:为了满足您的要求，你是否需要添加附加的处理器，网络接口或中间件使得控制器拥有PLC或PC类似的特点?

如果是，查看一下控制器是否更符合如前所述的PAC特点?

对于任何产品，一些厂商可能从业已久。许多供应商引入了新PAC或PAC类似产品，有几个候选公司，包括OPTO 22，在PAC进入主流的前几年就已经用出色的销售业绩证明了其强大功能。

在1990年，在PAC概念诞生前的11年，Opto 22引进了PAC雏形-以电脑为形式的硬件设备-mistic控制器。Opto 22 SNAP PAC系统以mistic为基础，其他PAC设备应用包括半导体处理、原料加工、水和水处理、管道监测等。

总之，PAC提供了一个拥有先进控制功能的紧凑型控制器，网络连接，设备互操作，以及企业数据集成功能，都能在PLC或基于PC的控制器中找到。有了这些功能，PAC在现代工业应用中已经成为满足各种工业需求不可获缺的部分。

PAC蓄势待发

单一的PAC正在多域内进行操作以监测管理生产线，包括化学工艺、测试台、物流等。为了完成以上任务，PAC必须同时管理模拟值如温度、压力;数字量阀门的开/关状态，开关及仪表;库存跟踪和测试设备中的串行数据等。

PAC与OLE交换数据用于过程控制服务器(OPC)、操作界面及SQL(结构式查询语言)数据库等。且PAC能同时处理这些任务，无需附加任何处理器、网关或中间件等。

PAC、操作员、工作台、测试设备、生产线、过程传感器、激励及条形码识别等一起连接在遍布设备区的标准10/100Mbps以太网上。在一些实例中，一些无内置以太网连接功能的设备如温度传感器等是通过一个中继以太网激活I/O单元从而连接在I/O模块上，再依次与PAC通讯。

使用以太网，使PAC与远程I/O模块通讯，对模拟、数字和串口信号进行读、写操作。以太网同时把PAC和OPC服务器连接起来，故PAC也可以和类似升降机、临时工作台等移动设备通讯。

PAC能控制、监测，并与各种设备和系统交换数据，源于PAC与它们使用相同标准的网络技术和协议，包括有线和无线以太网、IP网络传输、OPC及SQL等。

在另一种控制情况中，需要应用到基于的应用层的协议如Modbus、SNMP(简单的网络管理协议)及通过调制解调器的PPP(点对点协议)。而PAC能够满足这些不同的通讯要求。

在一些工厂实例中，PAC与企业SQL数据库交换制造、生产及清单数据。这样依次与几个关键商务系统交换数据，包括企业资源计划(ERP)系统、总体设备效率(OEE)系统及供应链管理(SCM)系统等。因为从工厂车间来的数据不断由PAC更新，所以整个商务系统的信息是实时、有价值的。