概括PAC的优劣势及其性能

1、由易卖工控网提供PAC的优劣势及其性能PAC概念：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

2、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。PAC与PLC的区别虽然PAC形式与传统PLC很相似，但性能却广泛全面得多。PAC是一种多功能控制器平台，它包含多种用户可按照自己意愿组合、搭配和实施的技术和产品。 与其相反，PLC是一种基于专有架构的产品，仅仅具备了制造商认为必要的性能。PAC与PLC最根本的不同在于它们的基础不同。PLC性能依赖于专用硬件，应用程序的执行是依靠专用硬件芯片实现，因硬件的非通用性会导致系统的功能前景和开放性受到限制，由于是专用操作系统， 其实时可靠性与功能都无法与通用

3、实时操作系统相比，这样导致了PLC整体性能的专用性和封闭性。PAC的性能是基于其轻便控制引擎，标准、通用、开放的实时操作系统，嵌入式硬件系统设计以及 背板总线。PLC的用户应用程序执行是通过硬件实现的，而PAC设计了一个通用、软件形式的控制引擎用于应用程序的执行，控制引擎位于实时操作系统与应用程序之间，这个控制引擎与硬件平台无关，可在不同平 台的PAC系统间移植，如图1所示。因此对于用户来说，同样的应用程序不需修改即可下载到不同PAC硬件系统中，用户只需根据系统功能需求和投资预算选择不同性能PAC平台。这样，根据用户需求的迅速扩展和变化，用户系统和程序无需变化，即可无缝移植。PAC与PC Co

4、ntrol的区别同样，作为可利用先进计算机技术高性能控制系统,PAC与PC Control也有着本质区别。PAC使用实时操作系统，所有系统硬/软件功能控制由控制引擎和应用程序负责，是实时、确定性控 制系统。PC Control使用普通商业操作系统，系统控制功能属于操作系统任务的一部分，所有系统硬/软件功能控制属于操作系统的一部分，属于非实时、非确定性控制系统。基本要求1多域功能（逻辑、运动、驱动和过程）一一这个概念支持多种I/O类型。逻辑、运动和其他功能的集成是不断增长的复杂控制方法的要求2） 单一的多学科开发平台单一的开发环境必须能支持各种I/O和控制方案3） 用于设计贯穿多个机器或处理单元

5、的应用程序的软件工具一一这个软件工具必须能适应分布式操 作4） 一组de facto网络和语言标准这个技术必须利用高投入技术5） 开放式、模块化体系结构一一设计和技术标准与规范必须是在实现中开放的、模块化的和可结合 的PAC的优点PAC控制解决方案，如 PACSystems可实现工厂和 OEM厂商都需要的优点：1）提高生产率和操作效率：一个通用轻便控制引擎和综合工程开发平台允许快速地开发、实施和迁移;且由于它的开放性和灵活性，确保了控制、操作、企业级业务系统的无缝集成，优化了工厂流程。2）降低操作成本：使用通用、标准架构和网络，降低了操作成本，让工程师们能为一个体现成本效益、使用现货供应的平台

6、选择不同系统部件，而不是专有产品和技术；只要求用户在一个统一平台和开发环境 上培训，而不是几种；且为用户提供了一个无缝迁移路径，保护在I/O和应用开发方面的投资。3）使用户对其控制系统拥有更多控制力：使用户拥有更多灵活性来选择适合每种特殊应用的硬件和编 程语言，以他们自己的时间表来规划升级，并且可在任何地方设计、制造产品。PLC的弱势虽然PLC业界已经注意到了这一趋势，并通过将PC技术应用于PLC产品，直接提供OPC Server、WEB Server及IEEE标准通讯接口等，以提供更高的应用灵活性。但是受限于传统PLC专属式的设计，其互操作性和灵活性限制（即使是对于同一品牌的PLC来说，也是

7、这样），并不能完全满足用户的要求：1传统的PLC均不能提供主动的事件通知，系统的集中监视管理有赖于服务器主机的主动定时查询；2） 因为在实时信息上的欠缺，要实现跨PLC的事件处理比较困难，且速度延迟，效果不佳；3）无法提供本地直接处理的预约控制，预约控制完全有赖于服务器主机的集中处理，所以系统当机 时，立刻停摆；4）系统的建构由于采用了不同供应商的多种平台，为整合各种不同的专用总线，系统之衔接有赖于 第三方提供的OPC Server或Gateway，故其实施并不是一件轻松和容易的事情；5）系统升级将必须付岀重新设计的成本和时间，其不可预见成本太高。6）梯形图程序的设计是基于个案进行，每一专案均

8、无法完全复制应用，无法实现标准化，从而工程 设计费用无法降低；7）现行自动化系统的数据容量太小，在适应新的应用需求时显得力不从心；8） 无法实现实时同步远程的数据传输，与PDA、手机的连接比较困难；9）需要通过PC或第三方设备来实现基于 WEB的远程数据发布。PAC特征虽然从外形上来看，PAC与传统的PLC非常相似，但究其实质，PAC系统的性能却广泛得多。作 为一种多功能的控制平台，用户可以根据系统的需要，组合和搭配相关的技术和产品以实现功能的侧重， 因为基于同一发展平台进行开发，所以采用PAC系统保证了控制系统各功能模块具有统一性，而不仅是一个完全无关的部件拼凑成的集合体。综合业界专家的意见

9、，所谓 PAC系统应该具备以下一些主要的特征和性能：1提供通用发展平台和单一数据库，以满足多领域自动化系统设计和集成的需求2）个轻便的控制引擎，可以实现多领域的功能，包括：逻辑控制、过程控制、运动控制和人机界 面等3）允许用户根据系统实施的要求在同一平台上运行多个不同功能的应用程序，并根据控制系统的设 计要求，在各程序间进行系统资源的分配4）采用开放的模块化的硬件架构以实现不同功能的自由组合与搭配，减少系统升级带来的开销5）支持IEC-61158现场总线规范，可以实现基于现场总线的高度分散性的工厂自动化环境6）支持事实上的工业以太网标准，可以与工厂的 EMS、ERP系统轻易集成7）使用既定的网

10、络协议，程序语言标准来保障用户的投资及多供应商网络的数据交换PAC市场PAC概念提出后得到 GE Fanuc公司的积极响应，并陆续发布了其PACSystems系列产品RX3i与RX7i。北美 PLC 主导厂商 Rockwell Automation 也于 2003 年 11 月宣布其 ControlLogix 和 CompactLogix PLC事实上就是PAC。另外，NI、台湾泓格等公司也都相继推出各自的PAC系统。中国市场对于PAC系统表现了很强的接受能力。1） 仅在2004年第一季度，GEFanuc就宣布其PAC系统在中国的定单超过 200套。其PACSystems 系列产品在GE Fa

11、nuc产品结构中占据了很重要的位置，它的市场份额逐年扩大。2） 从Rockwell公司发布的数据我们可以看到到目前中国已成为ControlLogix系统全球第二大市场。3）研华公司 ADAM-5000, ADAM-6000 等PAC产品目前的市场也在逐年上升。4）泓格科技产品 WinCON-8000 基于32位RISC处理器与实时操作系统（RTOS），及其CANopen/DevicNet 解决方案，掀起了 2006年度中国工控领域的一轮PAC旋风。PAC产品技术性能5）GE Fanuc 公司的 PACSystemsRX3i/7i 的 CPU 采用了 Pentium III 300/700MHz

12、 处理器，操作系 统为 WindRiver 的 Vx Works，RX3i 为 VME64 总线，RX7i 为 CompactPCI 总线；6） NI公司的Compact FieldPoint 的CPU即将升级到 Pentium IV-M 2.5GHz 处理器，其特色在于整 合了测试测量领域中应用非常广泛的开发平台LabView ；7）Beckhoff 公司 的 CX1000 的 CPU 为 Pentium MMX 266MHz 处理器；操作系统为 Windows CE .net或 Embedded Windows XPICPDAS 泓格科技的 WinCon/LinCon 的 CPU 为 St

13、rongRAM 206MHz 处理器，WinCon 的操作 系统为 Windows CE .net ； LinCon 的操作系统为 Embedded Linux 。PAC系统的关键技术PAC的产生受益于近年来在嵌入式系统领域的发展与进步。在硬件方面，有重意义的包括：嵌入式硬件系统设计，其中具有代表意义的是CPU技术的发展；现场总线技术的发展；工业以太网的广泛应用。在软件方面则包括：嵌入式实时操作系统；软逻辑编程技术；嵌入式组态软件的发展等。试分别说明如下：1跟随摩尔定律的发展，最新的高性能CPU在获得更高的处理能力的同时，其体积更小、功耗更低，从而在岀众的计算能力以及工业用户最为关心的稳定性和

14、可靠性方面获得平衡，使制造厂商有可能去选择通用的标准的嵌入式系统结构进行设计，摆脱传统PLC因采用专有的硬件结构体系带来的局限， 使系统具备更为丰富的功能前景和开放性。在现有面世的PAC系统中，被广泛采用的是低功耗、高性能的SOC（System On Chip） 核心处理器。这里面既有采用CISC架构的CPU，如Mobile Pentium 系列CPU，也有采用RISC架构的CPU，如ARM系列、SHx系列等，当然也有使用 MIPS CPU的。综合比较而言，由于RISC CPU在应用于工业控制系统时所具备的综合优势，采用RISC CPU的系统占据了目前市场所供应的控制系统的多数。2）经过14年

15、的纷争，最后IEC的现场总线标准化组织经投票，接纳了 8种现场总线成为IEC61158现场总线标准。IEC61158现场总线标准的最终尘埃落定，使在工业控制在设备层和传感器层有了可以遵循的标准。但是由于这 8种现场总线采用的通信协议完全不同，因此，要实现这些总线的兼容和互操作是十分困难的。其可能的出路是采用已经是通用的国际标准 的要求，而且这种方案最容易被广大国家的用户、集成商、3）通用的嵌入式实时操作系统获得了长足的发展， Works、PSOS操作系统在高端领域还是有很高的占有率;Ethernet、TCP/IP等协议，并使其符合工业应用OEM及制造商接受和欢迎。并获得了广泛的应用。传统的美国

16、风河公司的 Vx另一引人注目的趋势是微软公司的Windows CE在推岀.net版本以后，有效解决了硬实时的问题，并以其低廉的价格和广泛的客户群获得了用户的青睐；作为开放源码的代表，Linux操作系统也推岀了其嵌入式版本，并以其在成本、开放性、安全性上面的优势, 获得一些特殊应用客户及中小制造商的欢迎。4）符合IEC-61131-3标准的软逻辑编程语言的发展，有效的整合了传统 PLC在编程技术上的积累，使广大的机电工程师可以在基于 PC的系统上使用其熟悉的编程方式实现其控制逻辑。另一方面在PAC系统上，工程师也可以使用高阶语言实现复杂的算法或通讯编程，例如EVC、VC#、JAVA等。5） 在人

17、机界面的部分，一些软逻辑开发工具均同时提供HMI开发套件，例如ISaGRAF、Micro TraceMode、KW MultiProg等。如果有更进一步的需求，一些专业的SCADA/HMI软件厂商也提供针对嵌入式系统开发的套装软件，例如组态王公司的嵌入版KingView、Indusoft等。预计：在可以预见的几年内，对标准性、开放性、可互操作性、可移植性的要求将是用户至为关心的自动 化产品的重要特征，作为融汇了IPC和PLC的优点的PAC系统有明显的优势。优异性能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

18、的复杂要求。实施一个现代化的工业应用会引岀一系列问题，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岀的信号，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岀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

19、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。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岀积极

20、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。PAC

21、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编辑本段回目录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

22、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

23、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。数据采集数据采集系统（DAQ ）基于PC设备，提

24、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现在提供 PAC或类似PAC产品。在某些情况下，这些产品更像 PLC，而 在其

25、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。许多供应商最近引入了新PAC或PAC类似产品，有几个候选公司，包括 0PT0 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弓I进了 PAC雏形一以电脑为形式的硬件设备mistic控制器。现在 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