從PLC到PAC--名稱變化的背后

ARC咨詢公司的一份報告中提到，自動化技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新的發(fā)展趨勢，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系統(tǒng)的功能，而可編程自動化控制器（PAC）這一新興的技術(shù)的出現(xiàn)，改變了PLC市場格局。與PLC相比，PAC產(chǎn)品具有更強的通信能力、更大的存儲容量和更快的CPU速度，從而使PLC成為一種通用的自動化平臺組件。

三菱認為其Q系列PLC產(chǎn)品已經(jīng)站在了PLC技術(shù)演進的最前沿

羅克韋爾自動化英國公司的控制與信息市場部經(jīng)理Glenn Bates先生非常認同ARC的這一報告，同樣認為PAC這樣的多功能控制器平臺是未來的發(fā)展趨勢。“大約3年前，要同時實現(xiàn)邏輯控制、運動控制和過程控制任務(wù)還必須配置三類獨立的控制器，即PLC、運動控制器和DCS。而今天，用戶可以在一個統(tǒng)一的控制平臺上實現(xiàn)順序邏輯控制、傳動控制、運動控制和過程控制，羅克韋爾自動化的ControlLogix就是這樣的一種控制平臺”，Bates先生說道。

ARC的報告還對PAC的定義還進行了如下的細分闡述：

●在一種平臺上實現(xiàn)邏輯控制、傳動控制、運動控制和過程控制等多種功能。
●具有公用對象標記和統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的多學科開發(fā)平臺。
●控制軟件允許用戶根據(jù)多個設(shè)備或多個過程單元之間的過程流進行控制設(shè)計。
●具有開放和模塊化的結(jié)構(gòu)，無論是工廠的機械設(shè)計還是過程行業(yè)的單元運行，都能滿足其生產(chǎn)過程特點。
●網(wǎng)絡(luò)接口和編程語言等都采用事實上的工業(yè)標準，能夠?qū)崿F(xiàn)不同供應商的自動化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，有利于實現(xiàn)多種產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化集成。

“所有這些分類定義都可以用來描述ControlLogix平臺”，Bates先生說道。

技術(shù)的演進

那么，PAC是如何從PLC演進而來的呢？三菱電機的控制系統(tǒng)專家Jeremy Shinton為我們作了解釋。在千禧年來臨時，曾有許多人預言標準PC將逐漸肩負起整個機械控制功能，控制終端都將運行標準的Windows操作系統(tǒng)，控制工程師們通過一些指令即可大大簡化控制操作。PLC和控制系統(tǒng)中的很多其他組件都將被軟件所取代。

事實上， PLC近幾年的發(fā)展似乎仍然停滯不前，而PC則在很多領(lǐng)域突飛猛進。因此，將這兩種力量合二為一就成為順利成章的事情，PLC繼續(xù)存在的時間將屈指可數(shù)。

“對那些一直習慣使用PLC的人來說，這種技術(shù)變化可能會讓他們在一段時間內(nèi)感到很不習慣”，Shinton說道，“但我們都知道，任何博學者都有智所不及的地方。當專業(yè)的分析師們正在向使用PLC的機械制造商們大談PAC的時候，似乎尚未注意到很多廠級控制系統(tǒng)的設(shè)計人員正在更深入地使用著PLC。PLC的堅固可靠性比傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)更具有說服力，在過程領(lǐng)域中，新一代PLC控制器正受到越來越多的工程師的喜愛。”

在認為PC將代替PLC、PLC即將消亡的理論中，最明顯的問題在于，PC容易發(fā)生系統(tǒng)崩潰。直到今天，我們?nèi)圆坏貌唤?jīng)常面對PC系統(tǒng)的失敗，大家都明白PC更適合干什么樣的工作，在什么場合下才應該尋求PC的幫助。

過程控制和機械控制都對時間響應要求非常嚴格。例如，一條生產(chǎn)線上的機械設(shè)備，可能需要在1秒鐘之內(nèi)執(zhí)行一系列的功能，如開門、關(guān)閘、計數(shù)、驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)、質(zhì)量監(jiān)控、打標、互鎖安全設(shè)施、打包和進行外包裝等，每一個功能都緊跟其他幾個相關(guān)的功能。數(shù)據(jù)處理的速度可能要求每秒完成10～100條指令，而且指令順序不得有絲毫偏差。

的確，PC完全能夠在1秒鐘內(nèi)處理成千上萬條指令，但如何保證指令的有序進行卻是個難題。相反，無論是硬接線的PLC還是聯(lián)網(wǎng)的PLC，都能夠?qū)崿F(xiàn)正確的指令操作。PLC的程序掃描方式是可預測、可重復的，并且控制在一個固定的時間幀范圍內(nèi)；而PC在執(zhí)行指令的時候，則可能受到PC操作系統(tǒng)同步運行的其他任務(wù)的干擾。

這種情況就是所謂的控制“確定性”問題。事實上，如果你摒棄PC用戶友好的圖形化終端界面，完全只運行MS-DOS操作系統(tǒng)，PC也可以具有確定性。但PC吸引人的地方正在于它那友好的圖形終端界面，這正是二者的矛盾之處。

“追溯到20世紀90年代中期，當時PLC的發(fā)展前景相當樂觀。但是你必須更多地看到它在過程控制領(lǐng)域的應用前景，而不是機械控制領(lǐng)域”，Shinton說道，“因此，一種新的PLC開始在制造商那里出現(xiàn)，它與PC一樣智能化，與PC一樣用戶友好，同時又具有完全的確定性和可靠性。從很多地方來看，這種PLC幾乎沒有采用任何新的技術(shù)，只是引入了其他技術(shù)的優(yōu)勢并將其整合到一個傳統(tǒng)的控制器架構(gòu)中。”

與老式PLC的單處理器和固定配置相比，新型PLC的典型特征就是多處理器和高度模塊化的結(jié)構(gòu)。這些模塊中，既有PLC離散控制功能模塊，也有運動控制模塊、模擬量監(jiān)控模塊、安全互鎖模塊，以及壓力、流量和溫度控制等，甚至還具有PC操作模塊。所有模塊只需簡單地掛在一個背板上就能如期運行起來。

通過PC模塊，可以很方便地將IT的功能集成到新型PLC中，如Web服務(wù)器的電子郵件功能、存儲管理服務(wù)功能和FTP功能等。最重要的是，PC模塊是一個固體裝置，沒有一般PC上帶有的機械硬驅(qū)動元件、風扇或其他脆弱的移動設(shè)備，因而它具有與PLC類似的物理堅固性。

三菱電機推出的Q系列PLC代表了這一PLC技術(shù)演進的成果。這種新型PLC最初主要源自用PLC進行過程控制的需要，因為過程控制中對確定性和易配置性的要求非常高。對于重構(gòu)一個現(xiàn)有的控制系統(tǒng)來說，用PLC比用DCS更容易實現(xiàn)，這也是用這種新型PLC最初給我們帶來的感覺。

機械控制工程師們現(xiàn)在對這一新的PLC技術(shù)越來越有信心。事實上，新技術(shù)的名稱已經(jīng)變成了可編程自動控制器（PAC）。同時，名稱的變化也意味著PAC現(xiàn)在仍然在不斷吸收新的技術(shù)，還需要進一步與現(xiàn)有的、已存在多年的主流機械控制系統(tǒng)PLC區(qū)分開來。

引人注目的變化

對GE Fanuc公司而言，PAC技術(shù)的演變已經(jīng)大大改變了他們所生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品。“這不是高端或低端控制產(chǎn)品的問題，而是無論應用規(guī)模的大小，將所有用戶需要的功能結(jié)合到一個平臺上的問題”，GE Fanuc自動化方案部AEB&市場經(jīng)理Marcel van Helten說道。

在GE Fanuc公司的PACSystems控制產(chǎn)品中，過程控制（相當于DCS功能）、離散控制、運動控制和人機界面（HMI）功能都合并到一個平臺上，通過一種語言進行編程，實現(xiàn)了多個硬件平臺的便捷互操作，并真正實現(xiàn)了多種控制選擇的集成。

“為了實現(xiàn)上述目標，必須使用能夠快速執(zhí)行離散操作指令的處理器、具有足夠的內(nèi)存處理控制環(huán)路，以及能夠有效地完成布爾運算和浮點運算”，van Helten先生認為，“PAC要能支持運動控制器以及像HART協(xié)議的總線I/O接口。”為此，GE Fanuc公司基于現(xiàn)有的Intel技術(shù)開發(fā)了開放的高端控制技術(shù)，這些Intel技術(shù)正應用于今天的PC中，但還達不到工業(yè)環(huán)境所要求的堅固性。van Helten還說，Intel技術(shù)的采用讓PAC獲得更快的處理器速度，而且獲得比舊式PLC更大的內(nèi)存容量。

名稱變化的背后

“ARC咨詢公司指出的發(fā)展趨勢，包括大型PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系統(tǒng)，以及PAC控制器技術(shù)的興起，其實都無法改變PLC的市場”，這是來自施耐德電氣Jez Palmer先生的看法。他認為，PLC市場只會隨著PLC產(chǎn)品本身的功能和柔性程度而改變，而不會因為我們對它的稱呼而有所變化。

Palmer相信，任何行業(yè)在稱呼現(xiàn)有的先進PLC產(chǎn)品或者將來的PLC產(chǎn)品的時候，主要考慮的還是一個語義上的問題。他說，“PLC的功能和角色在不斷地發(fā)生變化，制造商和開發(fā)者們只是簡單地想以這種方式來概括這些變化而已。”對PLC而言，重要的是關(guān)心控制系統(tǒng)的不同組件是如何運行并如何實現(xiàn)互操作的，這取決于PLC的功能和通訊兩個方面。

對HMI來說，常常因具有平板智能而被稱為“類SCADA”系統(tǒng)；而先進的SCADA系統(tǒng)也常因為具備強大的輸出特征被描繪成“近DCS”系統(tǒng)。其實這些都不重要，。重要的是，如何通過這些不同的設(shè)備令最終用戶的應用受益。

出于對用戶利益的考慮，施耐德電氣提出了兩大技術(shù)方案。第一個是透明就緒方案，即在所有的施耐德自動化設(shè)備（包括PLC）上增加以太網(wǎng)通信接口和嵌入web服務(wù)器，利用以太網(wǎng)技術(shù)將所有自動化設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，并利用標準的Web瀏覽器完成這些設(shè)備的尋址；另一個技術(shù)方案就是Unity平臺，一個軟硬件一體化的控制平臺，使PLC及其編程和集成功能更為簡單、靈活和強大。“不管Unity是否最終成為一個PAC，集成的SCADA功能、自動化的可視功能或任何其他相關(guān)功能現(xiàn)在都能完全由系統(tǒng)設(shè)計者控制”，Palmer介紹道。事實上，Unity也是施耐德電氣提出的協(xié)同自動化概念的基礎(chǔ)。