新兴的可编程自动控制器PAC特征与应用

当今,在设计与建立控制系统时，工程师们总是希望能使用比较少的设备来实现更多的功能。

尤为当今,他们需要的控制系统不仅能处理数字I／O和运动，而且还可以集成用于自动化监控和测试的视觉功能和模块化仪器,同时还必须能实时地处理控制算法和分析任务,并把数据传送回企业。这就是说要求产品能结合高级的功能和可靠性，对于这复杂的应用,仅单靠PLC或PC的不全面解决方案是困难的。因基于PC的工业控制有以下弱点：

稳定性-通用的操作系统常常不够稳定并且生产线会受到系统崩溃和无法预料的重启的影响。

可靠性-由于磁性硬盘的旋转和有像电源这样的部件，其坚固程度达不到工业标准，PC容易发生故障。

不熟悉的编程环境-当系统停止时，工厂的操作人员需要恢复系统。对于梯形逻辑，操作人员能知道采用人工方法启动一个线圈或者补充代码来快速恢复一个系统。但是使用PC系统，操作人员需要学习新工具。

使PLC增加视觉、运动、仪器和分析功能等全方位的自动化技术，显而易见是望尘莫及。

必须希望同时拥有PC的功能和PLC(可编程控制器)的可靠性的最佳方案,则可编程自动控制器(PAC-Programmable Automation Controller)就是这样的平台，它能最佳结合PC和PLC两者的优势(见图1所示)，它提供了开放的工业标准,可扩展的领域功能,一个通用的开发平台和一些高级性能。这是当今设计与建立控制系统发展的需要,是工业自动化领域中比较完善的新兴控制器。



PAC定义了一种新类型的控制器，该控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性。PAC采用现有的商业化技术(COTS)，非常适合于工业化环境，它具有可伸缩性，易于维护和具有较低的发生故障时间等特性。

PAC平台

快速增长的PAC平台是基于PXI。由于PXI结合了PCI总线的电路特性和Compact PCI坚固的欧罗卡机械结构，这种结构已在工业环境中成功使用了许多年,当今NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供应商现在可提供1,000多种独特的I/O模块，包括模拟I/O、数字I/O、视觉、运动和高精度数据采集。典型的可提供以下四种PAC硬件平台。

PXl对工业化PC做了改善，具有实时OS，标准的散热，可选的不旋转固态硬盘和内置的模块间同步。PXl标准要求所有的机箱能为每个模块插槽提供25W的空气流制冷，这样甚至在使用高功率继电器，高速PXl或CompactPCI卡时也不会使工作系统过热或者缩短寿命。PXl也提供也提供了能严格同步各个模块的功能，因此工程师可以为高速控制应用设计运动，视觉和I/O系统，这些应用包括产品包装和半导体器件处理。

Compact FieldPoint使用工业级的部件来抗强冲击和振动，其工作温度范围为-40℃到70℃。它也采用传导式制冷来代替旋转风扇，由于不使用活动部件而提高了可靠性。由于有运行实时OS的浮点处理器，Compact FieldPoint系统具有PC功能，用于记录数据的CompactFlash驱动和用于通信的以太网口。

Compact Vision系统是为机器视觉而专门设计的坚固的控制器。它使用IEEE标准1394 FireWire接口，可以在视觉应用中和16台摄像机通信。Compact Vision系统也采用不活动的部件和传导式制冷，因此可以把系统固定在机器附近。它提供29个内置的数字I/O通路，这些通路可由LabVlEWRT或使用LabVlEWFPGA的嵌入式FPGA来直接控制。

CompactRIO是新型的可重复设置的嵌入式系统，它基于LabVlEWFPGA和LabVlEW实时技术。CompactRIO系统采用具有3百万门的FPGA芯片来控制模块化的数字和模拟I/O。这些FPGA芯片可以运行嵌入在芯片里的代码，它的数字循环的速率高达MHz，模拟循环的速率为150kHz。FPGA可以把信息传回到运行LabVlEWRT的浮点处理器以进行高级计算和数据记录和通信。由于有金属外壳和传导式制冷，该控制器非常适合用于严酷的环境。

PAC特征性能

PAC特征性能(图2)如下：



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的通用开发平台；

一个轻便的控制引擎，可以实现多领域的功能：逻辑控制、过程控制、运动控制和人机界面等,为统一平台；

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，井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；

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；

支持IEC 61158现场总线规范，可以实现基于场总线的高度分散性的工厂自动化环境；

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；

对于网络协议、语言等，使用既定事实标准来保证多供应商网络的数据交换。

PAC可执行较多的高级任务：

实时的振动分析、图像处理、运动控制和CAN;

执行自动调节的PID控制，或可调增益的PID控制、模糊逻辑；

使用内置Web服务器、FTP服务器和e-mail功能进行通讯。