當今的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，正處于一個(gè)快速變革的時(shí)代。從半導體到消費類(lèi)電子產(chǎn)品、再到汽車(chē)和航空制造業(yè)、以及輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)領(lǐng)域都面臨著(zhù)日益激烈的全球競爭壓力，他們需要進(jìn)一步降低成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，并能夠迅速完成產(chǎn)品的更新?lián)Q代。而采用最新的自動(dòng)化技術(shù)正是解決這一系列問(wèn)題的有效手段。

    1 PAC控制技術(shù)產(chǎn)生的背景

     自20世紀70年代，PLC取代了原有的繼電器控制系統以來(lái)，被廣泛地使用到各種控制系統中，成為自動(dòng)化領(lǐng)域中極具競爭力的控制工具。其優(yōu)勢為：高可靠性和穩定性。但傳統PLC的體系結構是封閉的，各PLC廠(chǎng)家的硬件體系互不兼容，編程語(yǔ)言及指令系統也各異，當用戶(hù)選擇了一種PLC產(chǎn)品后，必須選擇與其相應的控制規程，并且學(xué)習特定的編程語(yǔ)言。盡管如此，PLC還是在很多工業(yè)應用中被使用。據來(lái)自ARC、聯(lián)合開(kāi)發(fā)公司（VDC）以及網(wǎng)上PLC培訓資源PLC．net的專(zhuān)家估計，80％的PLC用于小型應用（1～128I／O）；78％的PLC的I／O是數字的；80％的PLC應用問(wèn)題可由20條梯形邏輯指令集來(lái)解決。但是，如果要在工程中開(kāi)發(fā)剩余的20％的應用時(shí)，我們就不得不突破PLC的限制了。
20世紀90年代，隨著(zhù)計算機技術(shù)的不斷提高與發(fā)展，人們開(kāi)始考慮使用PC機來(lái)進(jìn)行系統控制，以求通過(guò)PC來(lái)滿(mǎn)足剩余的20％的應用，給用戶(hù)帶來(lái)更多的選擇。在許多工程應用中，PC機已能實(shí)現原來(lái)PLC的控制功能。并且具有更強的數據處理能力、強大的網(wǎng)絡(luò )通訊功能以及能夠執行比較復雜的控制算法和其近乎無(wú)限制的存儲容量等優(yōu)勢。但是基于PC的自動(dòng)化控制也有其不足之處，其設備的可靠性、實(shí)時(shí)性和穩定性都較差，而這3個(gè)方面正是在工業(yè)現場(chǎng)經(jīng)常需要克服的問(wèn)題。

     2 PAC控制技術(shù)的特點(diǎn)及其優(yōu)勢

     由于PC和PLC都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，人們開(kāi)發(fā)出了新的控制器來(lái)解決20％的應用，并把PLC和PC的特性最佳地結合在一起。市場(chǎng)調查公司ARC咨詢(xún)機構首次采用了PAC或可編程自動(dòng)化控制器這一術(shù)語(yǔ)，它定義了一種新類(lèi)型的控制器，該控制器是由一個(gè)輕便的控制引擎作為支持，并且提供了多種功能的開(kāi)發(fā)工具。這種控制器結合了PC的處理器、RAM和軟件的優(yōu)勢，以及PLC固有的可靠性、堅固性和分布特性。在A(yíng)RC的“可編程邏輯控制器世界概覽”研究中，ARC提出了PAC的5個(gè)重要特點(diǎn)。分別為：①多功能性，在一個(gè)平臺上至少有兩個(gè)邏輯、運動(dòng)、PID控制、驅動(dòng)和處理功能；②單一的多功能開(kāi)發(fā)平臺使用通用的標記和單個(gè)數據庫來(lái)訪(fǎng)問(wèn)所有的參數和功能；③通過(guò)結合IEC61131—3，用戶(hù)向導和數據管理，軟件工具能設計出在跨越多個(gè)機器和處理單元的處理流程；④開(kāi)放的，模塊化結構能解決從工廠(chǎng)機器布置到加工車(chē)間中單元操作的工業(yè)應用；⑤采用既定的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和程序語(yǔ)言標準來(lái)保障用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )數據交換，如TCP／IP，OPC．XML和SQL查詢(xún)語(yǔ)言。

     與傳統的控制技術(shù)相比，PAC技術(shù)主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

     1）采用單一的控制器。PAC具有單一的控制器，可用于處理數字和模擬I／O，具有運動(dòng)視覺(jué)功能和模塊化儀器，因此當用戶(hù)需要視覺(jué)等功能時(shí)就不必購買(mǎi)其他控制器了。

    2）高級控制。高級控制如模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等控制技術(shù)不僅需要強大的浮點(diǎn)處理器，而且還需要占用大量的內存，PAC平臺就可以滿(mǎn)足這些條件。

    3）實(shí)時(shí)分析。PAC可以實(shí)時(shí)地采集來(lái)自模擬或數字I／O通道的數據，并且對這些數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，從而能有效地檢測故障狀態(tài)。如進(jìn)行階次跟蹤和振動(dòng)分析來(lái)檢測機器的運行狀況。

　4）安全性。PLC在通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送的數據包是非加密的，所以它并不適合用于防止黑客入侵。而PAC發(fā)送的數據包是可以加密的。雖然這并不是目前最需要考慮的因素，但是未來(lái)安全性必然會(huì )成為一個(gè)重要的方面。

　5）多種速度的確定性應用。PLC只能以固定的速度運行，所以它不能以不同的速率來(lái)獨立完成各任務(wù)。而PAC上運行的操作系統就具有這樣的特性，它可以進(jìn)行并行處理。

　6）靈活的記憶功能。PAC有一個(gè)模塊，可升級的記憶功能，允許用戶(hù)執行系統以滿(mǎn)足當前的應用要求，以及可在將來(lái)進(jìn)行一定的擴展。而PLC只有固定的記憶容量。

　7）機器視覺(jué)。由于受到數據傳輸速率的限制，PLC平臺上不能提供視覺(jué)功能。PAC的機器視覺(jué)可以檢測出利用傳統的方法很難測量出來(lái)的產(chǎn)品缺陷和錯誤。

　8）提高生產(chǎn)率。一個(gè)通用的輕便控制引擎和綜合工程開(kāi)發(fā)的平臺允許快速開(kāi)發(fā)、實(shí)施和遷移項目工程；并且，由于它的開(kāi)放性和靈活性，確保了控制點(diǎn)和操作以及企業(yè)業(yè)務(wù)系統之間的無(wú)縫連接，優(yōu)化了工廠(chǎng)的流程，提高了生產(chǎn)效率。

　9）降低了操作成本。由于使用了通用標準架構和網(wǎng)絡(luò )，使用戶(hù)能夠從成本的角度出發(fā)來(lái)選擇不同的系統部件，而不是專(zhuān)有的產(chǎn)品和技術(shù)；只要求用戶(hù)在統一的平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境下培訓，而不需要學(xué)習多種專(zhuān)用環(huán)境；為用戶(hù)提供了一個(gè)無(wú)縫的遷移路徑，保護了用戶(hù)在I／O和應用開(kāi)發(fā)方面的投資。

　　3 PAC控制技術(shù)的解決方案及主要產(chǎn)品

　從定義可以看出PAC其實(shí)是一個(gè)系統的概念。它包括了兩部分內容：一體化的軟件平臺和基于開(kāi)放式模塊化結構的硬件平臺。PAC技術(shù)的解決方案也圍繞這兩個(gè)方面展開(kāi)。

　一般來(lái)說(shuō)，有兩種提供PAC軟件的方式：基于PLC控制的軟件和基于PC控制的軟件。

　1）基于PLC控制的軟件方案。絕大多數PLC廠(chǎng)商通過(guò)在已有的掃描式架構中增加新的功能來(lái)建立PAC軟件，這些新功能包括以太網(wǎng)通信，運動(dòng)控制和高級算法。通常他們會(huì )保留PLC熟悉的編程方式以及在邏輯和控制方面固有的特點(diǎn)。因此這種PAC軟件通常是為了適合特殊類(lèi)型的應用而設計的。

　2）基于PC控制的軟件方案。在PC方面，主要的解決方案是通過(guò)采用實(shí)時(shí)操作系統（RTOS）如來(lái)自美國WindRiver公司的Vx Works來(lái)實(shí)現的。實(shí)時(shí)操作系統能夠控制系統的各個(gè)層面，從I／O讀寫(xiě)速率到控制器上各個(gè)線(xiàn)程的優(yōu)先級。并且為了使用戶(hù)能更為容易地開(kāi)發(fā)出可靠的控制程序，生產(chǎn)廠(chǎng)商增加了抽象層和I／O讀寫(xiě)架構。因而這種靈活的軟件非常適合于定制控制，數據記錄和通信等方面的應用。

　硬件方面的解決方案主要是依靠先進(jìn)的CPU技術(shù)和開(kāi)放式的設計（如：工業(yè)以太網(wǎng)）。根據摩爾定律，最新的CPU在其體積更小、功耗更低的情況下數據處理能力卻變的更強。從而使用戶(hù)在獲得更為穩定、可靠的CPU的同時(shí)還獲得了出眾的計算能力。也使得制造廠(chǎng)商有可能去選擇標準的嵌入式系統結構進(jìn)行設計，擺脫傳統PLC因采用專(zhuān)有的硬件結構體系所帶來(lái)的局限，使系統具有更為豐富的功能前景。所謂開(kāi)放就是在產(chǎn)品設計、元器件選擇、網(wǎng)絡(luò )通信、操作系統、監控及顯示等方面都采用國際標準或大家公認的工業(yè)標準。時(shí)刻想到標準化就能使不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品兼容、互換、并且能連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中運行。像工業(yè)以太網(wǎng)就是這樣的標準。以太網(wǎng)（Ethernet）自1975年問(wèn)世以來(lái)，至今市場(chǎng)占有率已高達80％，毫無(wú)疑問(wèn)是當今LAN（局域網(wǎng)）領(lǐng)域中首屈一指的網(wǎng)絡(luò )。以太網(wǎng)可以分為很多等級，一般簡(jiǎn)單的控制系統沒(méi)有必要采用以太網(wǎng)，但對復雜的系統是很有用的，操作方便，而且能直觀(guān)地看到各處的圖像。
目前已有多個(gè)廠(chǎng)家提供符合PAC定義的特征和性能的產(chǎn)品，其中主要的應用產(chǎn)品如下。

　GE Fanuc公司的PAC是由一體化的軟件開(kāi)發(fā)平臺CIMPLICITY Machine Edition（ME）和開(kāi)放式模塊化硬件平臺PAC Systems RX3i／7i構成的。ME包括3個(gè)軟件包，如圖1所示。

　其中View是人機界面工具包，實(shí)現SCA—DA／HMI功能；Logic Developer為Soft—logic開(kāi)發(fā)包，它完全符合IEC61131國際標準，提供所有開(kāi)發(fā)、監控和調試程序的必須工具；Motion De—veloper是運動(dòng)控制開(kāi)發(fā)包，用來(lái)確保運動(dòng)控制程序的開(kāi)發(fā)，并且提供了多達100個(gè)運動(dòng)控制和復雜控制的算法模塊。在硬件平臺方面，GE Fanuc公司目前推出了PAC Systems RX3i／7i兩個(gè)系列的產(chǎn)品。

　NI公司的PAC，其特色在于整合了測試測量領(lǐng)域中應用非常廣泛的開(kāi)發(fā)平臺LavView。PAC系統開(kāi)發(fā)軟件LabVIEW不僅為用戶(hù)提供創(chuàng )建復雜測量控制系統的編譯靈活性，同時(shí)因為它直觀(guān)的圖形化開(kāi)發(fā)界面而變得非常容易使用。在LabVIEW中，用戶(hù)可以利用數百個(gè)內置的控制和分析函數，快速開(kāi)發(fā)各種復雜程序。用戶(hù)還可以在LabVIEW中調用其他軟件開(kāi)發(fā)的程序代碼，來(lái)進(jìn)行處理I／O、運動(dòng)控制、機器視覺(jué)及儀器通信等各種應用。PAC系統開(kāi)發(fā)硬件包括Compact FieldPoint，CompactRIO，Compact Vi-sion System，Industrial PC。如圖2所示。

　ICPDAS泓格科技的PAC的主要產(chǎn)品有WinCon／LinCon。WinCon的操作系統為Windows CE．net；LinCon的操作系統為EmbeddedLinux。WinCon支持串行式連接、Ethernet網(wǎng)絡(luò )連接、并行式連接；提供了Soft Logic PLC的軟件包和Embedded View等套裝監控系統；采用OPC和Modbus兩種數據通信方式；具有標準的關(guān)系型數據庫；并且可以利用Visual Basic．net等多種工具進(jìn)行自行開(kāi)發(fā)程序。

　除了上述典型產(chǎn)品外，還有一些其他公司的產(chǎn)品，例如：Beckoff公司的CX1000等等。它們也都有自己的特點(diǎn)。

　4 PAC技術(shù)的發(fā)展趨勢

　隨著(zhù)市場(chǎng)的需要，PAC技術(shù)在未來(lái)的幾年內將朝著(zhù)以下幾個(gè)方向進(jìn)一步發(fā)展。

　1）設備規格的多樣化。為了滿(mǎn)足各種實(shí)際生產(chǎn)狀況的需要，PAC的規格將會(huì )呈現出多樣化的發(fā)展趨勢。在具體的生產(chǎn)環(huán)境中，選擇合適的控制系統要求的PAC，有利于降低成本。

　2）支持更多的控制功能。目前，PAC已經(jīng)將邏輯、運動(dòng)、過(guò)程控制等高級功能集成到了單一的平臺上。而未來(lái)，PAC將進(jìn)一步融合更多的功能，例如對于安全性的考慮，批處理等等。當信息被越來(lái)越廣泛地使用時(shí)，其安全性就將成為需要考慮的第一因素。

　3）商業(yè)系統的集成。為了實(shí)現真正的實(shí)時(shí)性，自動(dòng)化設備供應商將在PAC內部繼續創(chuàng )建商業(yè)系統的連接通道而不依賴(lài)于其他的連接設備。PAC將內嵌制造執行系統（MES）的一些屬性，例如：標準接口的建立，它將有利于更好地解決控制層和管理層之間的連接問(wèn)題。

　4）簡(jiǎn)單的系統維護。PAC將往更小化更智能化的方向發(fā)展，但同時(shí)它將擁有更出眾的數據處理能力。其軟件可以監控機器運轉狀況，硬件可以完成復雜的自檢工作。為了提高生產(chǎn)率、增加利潤，企業(yè)就必須及時(shí)有效地傳遞數據信息。PAC的這種數據處理能力，可以滿(mǎn)足用戶(hù)在任何時(shí)間通過(guò)任何形式（如：e-mail，網(wǎng)頁(yè)）對數據進(jìn)行維護。

　5）延長(cháng)產(chǎn)品的生命周期。通過(guò)采用新技術(shù)來(lái)獲得更高生產(chǎn)效率固然十分重要，但是新技術(shù)的使用是否會(huì )大幅增加成本和培訓費也是廠(chǎng)家十分關(guān)注的問(wèn)題。PAC未來(lái)平臺將仍然采用標準化的設計，其賣(mài)主可以繼續使用原來(lái)的商業(yè)技術(shù)和以太網(wǎng)等標準，從而有效地降低了對成本的投入。

　5 結束語(yǔ)

　PAC既可以滿(mǎn)足工業(yè)控制系統對于開(kāi)放性和柔性的要求，又可以滿(mǎn)足用戶(hù)對穩定性和可靠性的要求。利用PAC控制技術(shù)，可以有效地為客戶(hù)降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，實(shí)現收益的增長(cháng)。ARC指出，盡管PLC的價(jià)格在逐漸下降，但是其整體銷(xiāo)售額在未來(lái)的幾年內仍趨于上升。而作為結合了PC和PLC優(yōu)勢的PAC，我們有理由相信隨著(zhù)PAC技術(shù)的不斷完善、發(fā)展和價(jià)位逐步的逼近于PLC，PAC技術(shù)必將在未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中成為控制系統的主流。