可編程自動(dòng)化控制器PAC

1、.：.；可編程自動(dòng)化控制器PACGE Fanuc公司 李寧2005-8-30 如今關(guān)于PAC的定義還不確切，PAC與PLC和PC的區(qū)別又是什么呢？希望經(jīng)過(guò)本文可以使您對(duì)PAC有了一個(gè)初步的了解。 多年來(lái)，可編程邏輯控制器(PLC)為OEM廠(chǎng)商和最終用戶(hù)提供了高可靠性控制系統(tǒng)。然而，為實(shí)現(xiàn)越來(lái)越多的功能和不斷提高網(wǎng)絡(luò)通訊性能，PLC工程師們不得不思索進(jìn)展系統(tǒng)硬/軟件的更新?lián)Q代，不斷進(jìn)展硬/軟件的重新設(shè)計(jì)。如今，一種全新概念的控制系統(tǒng)，可編程自動(dòng)化控制器(PAC)的出現(xiàn)，提高了控制系統(tǒng)的靈敏性、開(kāi)放性和整體性能。PAC可使客戶(hù)無(wú)需重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，就可不斷獲得遞升的系統(tǒng)性能。在PAC操作系統(tǒng)上設(shè)計(jì)

2、了一個(gè)通用、適宜于多平臺(tái)(包括硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)平臺(tái))、便于移植用戶(hù)運(yùn)用程序、輕便的控制引擎， 這樣保證運(yùn)用PAC系統(tǒng)的用戶(hù)可使其編制的運(yùn)用程序獲得較大運(yùn)用收益，且還能不斷優(yōu)化其自動(dòng)化平臺(tái)。 GE Fanuc公司PACSystemsTM系列，是定位于工業(yè)領(lǐng)域的PAC產(chǎn)品。對(duì)于不同硬件平臺(tái)，PAC系統(tǒng)提供了一個(gè)同樣的控制引擎和通用的編程軟件，運(yùn)用戶(hù)選擇硬件系統(tǒng)有一定靈敏性。 對(duì)PAC的需求 運(yùn)用PLC作為控制系統(tǒng)已有20多年的歷史，PLC為工業(yè)控制運(yùn)用提供了快速可靠的處理方案，其設(shè)計(jì)滿(mǎn)足了工廠(chǎng)對(duì)于運(yùn)用環(huán)境和可靠性的要求。然而，PLC建立在各廠(chǎng)家專(zhuān)有架構(gòu)根底上，其編程和程序執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)是對(duì)于特定運(yùn)用

3、設(shè)計(jì)。因此，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)中各層次的數(shù)據(jù)通訊需求設(shè)備層、控制層和管理層整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)常需整體晉級(jí)。 然而，在最近幾年，很多組織已開(kāi)場(chǎng)尋覓完全不同的工廠(chǎng)底層設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而且把它們銜接到操作和企業(yè)級(jí)的系統(tǒng)和流程。這種集成化程度預(yù)示了更多商業(yè)利益，包括：(1)更優(yōu)越的操作性能有助于公司消費(fèi)更高級(jí)產(chǎn)品、獲得利潤(rùn)和擴(kuò)展業(yè)務(wù)；(2)賦予制造業(yè)更多靈敏性來(lái)減少浪費(fèi)和對(duì)多變的市場(chǎng)做出迅速回應(yīng)；(3)加強(qiáng)和提高中心競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)更加明晰地定義市場(chǎng)和業(yè)務(wù)；(4)在任何地點(diǎn)設(shè)計(jì)和消費(fèi)來(lái)擴(kuò)展產(chǎn)品流程的全球化；(5)采用通用和規(guī)范化架構(gòu)來(lái)降低本錢(qián)；(6)使資產(chǎn)保值。 傳統(tǒng)控制處理方案通常較難提供所需開(kāi)放性和靈敏性的益處，由于

4、大量平臺(tái)和系統(tǒng)須部署為整個(gè)企業(yè)的自動(dòng)化。如在某些設(shè)備不提供這些開(kāi)放性和靈敏性，在這些設(shè)備和系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)信息交換非常困難。 因此，對(duì)于目前工業(yè)自動(dòng)化的需求，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)有一定局限性：(1)由于運(yùn)用不同供應(yīng)商的多種平臺(tái)，控制系統(tǒng)實(shí)施并不是一件輕松和迅速的事；對(duì)于邏輯控制、過(guò)程控制和運(yùn)動(dòng)控制都需不同編程；(2)當(dāng)調(diào)查實(shí)施價(jià)值和新自動(dòng)化控制技術(shù)時(shí)，用戶(hù)能夠?qū)Σ捎眠@些技術(shù)和產(chǎn)品較猶疑，由于他們害怕技術(shù)會(huì)很快變得過(guò)時(shí)；(3)晉級(jí)系統(tǒng)性能所帶來(lái)的益處能夠并不能補(bǔ)償對(duì)一個(gè)已存在系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)所破費(fèi)的時(shí)間和開(kāi)支；(4)現(xiàn)行自動(dòng)化系統(tǒng)在包容不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量方面經(jīng)常顯得力不從心；(5)開(kāi)發(fā)數(shù)量、用戶(hù)和設(shè)計(jì)的工具和平臺(tái)會(huì)

5、導(dǎo)致在定義和實(shí)施自動(dòng)化平臺(tái)時(shí)大規(guī)模無(wú)可逆轉(zhuǎn)的延遲；(6)一旦實(shí)施終了和運(yùn)轉(zhuǎn)，一個(gè)專(zhuān)門(mén)控制系統(tǒng)能夠在一種運(yùn)用中表現(xiàn)良好，但是想把它勝利地遷移到其他運(yùn)用中卻被證明是非常困難的。 思索到這些局限性，PLC的功能在最近幾年中曾經(jīng)擴(kuò)展了不少，它提供了更多運(yùn)用靈敏性和互操作性。然而，大多數(shù)PLC制造商直到如今并不能勝利地定義和改動(dòng)其控制器來(lái)順應(yīng)這種革命性的變化，或試圖擴(kuò)展這些工業(yè)運(yùn)用基石的功能來(lái)滿(mǎn)足變革宏大的多種處理方案的需求。 PAC定義 由一個(gè)輕便的控制引擎支持，且對(duì)多種運(yùn)用運(yùn)用同一種開(kāi)發(fā)工具，PAC系統(tǒng)保證了控制系統(tǒng)功能的一致集成，而不僅僅是一個(gè)完全無(wú)關(guān)的部件拼湊的集成。 PAC定義了幾種特征和性能

6、：(1)多領(lǐng)域的功能，包括邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制和人機(jī)界面，為一致平臺(tái)；(2)一個(gè)滿(mǎn)足多領(lǐng)域自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成的通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)；(3)允許OEM廠(chǎng)商和最終用戶(hù)在一致平臺(tái)上部署多個(gè)控制運(yùn)用；(4)有利于開(kāi)放、模塊化控制架構(gòu)來(lái)順應(yīng)高度分布性自動(dòng)化工廠(chǎng)環(huán)境；(5)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、言語(yǔ)等，運(yùn)用既定現(xiàn)實(shí)規(guī)范來(lái)保證多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。 PAC與PLC的區(qū)別 雖然PAC方式與傳統(tǒng)PLC很類(lèi)似，但性能卻廣泛全面得多。PAC是一種多功能控制器平臺(tái)，它包含多種用戶(hù)可按照本人志愿組合、搭配和實(shí)施的技術(shù)和產(chǎn)品。與其相反，PLC是一種基于專(zhuān)有架構(gòu)的產(chǎn)品，僅僅具備了制造商以為必要的性能。 PAC與PLC最根本的不

7、同在于它們的根底不同。PLC性能依賴(lài)于公用硬件，運(yùn)用程序的執(zhí)行是依托公用硬件芯片實(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(kāi)放性遭到限制，由于是公用操作系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)可靠性與功能都無(wú)法與通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相比，這樣導(dǎo)致了PLC整體性能的公用性和封鎖性。 PAC的性能是基于其輕便控制引擎，規(guī)范、通用、開(kāi)放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及背板總線(xiàn)。 PLC的用戶(hù)運(yùn)用程序執(zhí)行是經(jīng)過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的，而PAC設(shè)計(jì)了一個(gè)通用、軟件方式的控制引擎用于運(yùn)用程序的執(zhí)行，控制引擎位于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與運(yùn)用程序之間，這個(gè)控制引擎與硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)，可在不同平臺(tái)的PAC系統(tǒng)間移植，如圖1所示。因此對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，同樣的運(yùn)用程序

8、不需修正即可下載到不同PAC硬件系統(tǒng)中，用戶(hù)只需根據(jù)系統(tǒng)功能需求和投資預(yù)算選擇不同性能PAC平臺(tái)。這樣，根據(jù)用戶(hù)需求的迅速擴(kuò)展和變化，用戶(hù)系統(tǒng)和程序無(wú)需變化，即可無(wú)縫移植。圖1 PAC的控制引擎位于操作系統(tǒng)與運(yùn)用程序之間，與硬件無(wú)關(guān)，可以方便地移植 PAC操作系統(tǒng)采用通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如GE Fanuc的PACSystems系列產(chǎn)品即采用通用、成熟的 WindRiver公司VxWorks凳輩僮饗低常?AC系統(tǒng)硬件構(gòu)造采用規(guī)范、通用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)，這樣其處置器可運(yùn)用最新的高性能CPU，如PACSystems系列產(chǎn)品的CPU即采用Pentium III 300/700MHz處置器。 PAC系統(tǒng)

9、通常采用規(guī)范、開(kāi)放的背板總線(xiàn)，如PACSystems系列RX7i采用VME64總線(xiàn)；RX3i采用cPCI總線(xiàn)，這兩種總線(xiàn)是目前嵌入式控制領(lǐng)域中流行的總線(xiàn)規(guī)范，均可支持多CPU并行處置功能，且由于采用規(guī)范開(kāi)放背板總線(xiàn)，使得PACSystems系列產(chǎn)品可支持大量第三方模塊集成到PACSystems產(chǎn)品中，如CPU模板、通訊模板、I/O模板等，表達(dá)了系統(tǒng)的開(kāi)放性、優(yōu)越性。一個(gè)典型例子是PACSystems系列可支持2.1G通訊速率，運(yùn)用光纖映射內(nèi)存技術(shù)，構(gòu)造如圖2所示。圖2 影像內(nèi)存技術(shù)CMX網(wǎng)絡(luò)可到達(dá)2.1G通訊速率 PAC系統(tǒng)編程軟件為一致平臺(tái)，集成了多領(lǐng)域功能，如Cimplicity Mach

10、ine Edition軟件，對(duì)于數(shù)據(jù)點(diǎn)Tags運(yùn)用一致數(shù)據(jù)庫(kù)，且在一個(gè)工程中支持多個(gè)PAC目的編程，既適宜過(guò)程控制系統(tǒng)的運(yùn)用，也適宜工廠(chǎng)消費(fèi)線(xiàn)多設(shè)備一致編程。 PLC基于專(zhuān)有技術(shù)建立，而PAC的軟件和硬件由于采用規(guī)范通用部件，可運(yùn)用COTS(商品現(xiàn)貨供應(yīng))產(chǎn)品和技術(shù)，這樣：(1)有助于確保系統(tǒng)的可靠性和可用性，由于可保證硬/軟件迅速、方便的維護(hù)；(2)降低了系統(tǒng)價(jià)錢(qián)、減少了停機(jī)時(shí)間，由于隨時(shí)可得到現(xiàn)貨；(3)提高了開(kāi)放性、靈敏性、可擴(kuò)展性。 PAC與PC Control的區(qū)別 同樣，作為可利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)高性能控制系統(tǒng)，PAC與PC Control也有著本質(zhì)區(qū)別。 PAC運(yùn)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，一

11、切系統(tǒng)硬/軟件功能控制由控制引擎和運(yùn)用程序擔(dān)任，是實(shí)時(shí)、確定性控制系統(tǒng)。 PC Control運(yùn)用普通商業(yè)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)控制功能屬于操作系統(tǒng)義務(wù)的一部分，一切系統(tǒng)硬/軟件功能控制屬于操作系統(tǒng)的一部分，屬于非實(shí)時(shí)、非確定性控制系統(tǒng)。 PAC的優(yōu)點(diǎn) PAC控制處理方案，如PACSystems可實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)和OEM廠(chǎng)商都需求的優(yōu)點(diǎn)： (1)提高消費(fèi)率和操作效率：一個(gè)通用輕便控制引擎和綜合工程開(kāi)發(fā)平臺(tái)允許快速地開(kāi)發(fā)、實(shí)施和遷移；且由于它的開(kāi)放性和靈敏性，確保了控制、操作、企業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無(wú)縫集成，優(yōu)化了工廠(chǎng)流程。 (2)降低操作本錢(qián)：運(yùn)用通用、規(guī)范架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)，降低了操作本錢(qián)，讓工程師們能為一個(gè)表達(dá)本錢(qián)效益

12、、運(yùn)用現(xiàn)貨供應(yīng)的平臺(tái)選擇不同系統(tǒng)部件，而不是專(zhuān)有產(chǎn)品和技術(shù)；只需求用戶(hù)在一個(gè)一致平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境上培訓(xùn)，而不是幾種；且為用戶(hù)提供了一個(gè)無(wú)縫遷移途徑，維護(hù)在I/O和運(yùn)用開(kāi)發(fā)方面的投資。 (3)運(yùn)用戶(hù)對(duì)其控制系統(tǒng)擁有更多控制力：運(yùn)用戶(hù)擁有更多靈敏性來(lái)選擇適宜每種特殊運(yùn)用的硬件和編程言語(yǔ)，以他們本人的時(shí)間表來(lái)規(guī)劃晉級(jí)，并且可在任何地方設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)品。 PACSystems處理方案 GE Fanuc公司PACSystems產(chǎn)品系列，作為世界上第一代PAC產(chǎn)品，其性能和構(gòu)造博得了多項(xiàng)大獎(jiǎng)。PACSystems以一個(gè)基于規(guī)范嵌入式商品化運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)架構(gòu)的控制引擎為特征，使引擎對(duì)多種平臺(tái)都非常輕便靈敏，并運(yùn)用戶(hù)可

13、選擇適宜特殊運(yùn)用的硬件和編程言語(yǔ)。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)規(guī)范通訊機(jī)制如以太網(wǎng)、Profibus、DeviceNet和智能網(wǎng)支持分布式I/O。 PACSystems編程開(kāi)發(fā)運(yùn)用Cimplicity Machine Edition軟件。這個(gè)開(kāi)發(fā)軟件為開(kāi)發(fā)、配置和診斷提供了通用工程開(kāi)發(fā)環(huán)境。用戶(hù)可經(jīng)過(guò)基于Windows的軟件開(kāi)發(fā)控制軟件，并把它運(yùn)用到控制系統(tǒng)中。標(biāo)志式開(kāi)發(fā)言語(yǔ)、可重用代碼庫(kù)和用于改善在線(xiàn)缺點(diǎn)分析的測(cè)試編輯環(huán)境。圖3 CIMPLICITY Machine Edition軟件為機(jī)器級(jí)的編程、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集和缺點(diǎn)分析提供了一個(gè)一致、集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境 PACSystems產(chǎn)品線(xiàn)組成： (1)基于VME64的

14、RX7i，提供一切規(guī)范VME模塊，包括90TM-70系列I/O和VMIC模塊； (2)RX3i，提供高速PCI總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率和更廣泛的擴(kuò)展功能支持90-30系列I/O模塊； (3)工業(yè)PC，一個(gè)選集成的顯示屏面和完全的工業(yè)PC； (4)PCI總線(xiàn)和VME總線(xiàn)的可插拔卡為多種設(shè)備提供規(guī)范接口。 RX7i和RX3i PACSystems系列產(chǎn)品目前有RX7i和RX3i兩個(gè)系列。 高性能RX7i(見(jiàn)圖4)，2003年4月面世。它擁有4倍于已有PLC底板的速度和10MB的可用來(lái)編程和文件存儲(chǔ)的內(nèi)存，RX7i基于VME64，支持各種規(guī)范VME模塊(包括90TM-70系列I/O和多CPU構(gòu)造，可進(jìn)展并行運(yùn)算處置)，包含嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，運(yùn)用Pentium III 300或700MHz CPU，內(nèi)置PMC子板的10/100MHz以太網(wǎng)卡，并經(jīng)過(guò)光纖影像內(nèi)存技術(shù)支持冗余系統(tǒng)。圖4 PACSystem RX7i提供4倍于已有PLC底板的速度 RX3i(見(jiàn)圖5)于2004年面世，運(yùn)用PCI總線(xiàn)底板支持高速PCI數(shù)據(jù)傳輸速率。支持規(guī)范底板使第三方可方便地開(kāi)發(fā)I/O、通訊、動(dòng)作控制、可視和其他模