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一、前言

　　近兩年來(lái)，具有PLC和PC雙重特性的一種新的控制器：PAC（Programmable Automation Controller）由一些大型工控廠(chǎng)家相繼推出，在工控領(lǐng)域掀起一股浪潮，各相關(guān)媒體和論壇也爭相報道和發(fā)起各種評論，但大多數的最終用戶(hù)還是沒(méi)真正明白PAC和PLC的主要區別，以及PAC的特點(diǎn)和其可以應用的領(lǐng)域，本文主要就研華PAC的特點(diǎn)及其在工業(yè)自動(dòng)化中的應用做切合實(shí)際的應用分析探討。

二、依市場(chǎng)之需求，PAC應運而生

　　隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和需求，高端工業(yè)應用平臺針對復雜的控制能力、高速的模擬量采集、多任務(wù)同時(shí)運行并各自有不同的執行周期、開(kāi)放式的通訊能力以及網(wǎng)絡(luò )接口等等方面提出更高的要求。
　　
　　顯然，傳統的PLC已經(jīng)力不從心，而新一代PLC控制器發(fā)展到今天已經(jīng)具備了網(wǎng)絡(luò )、運動(dòng)，甚至視頻等功能。但是，PLC性能依賴(lài)于專(zhuān)用硬件，應用程序的執行是依靠專(zhuān)用硬件芯片實(shí)現，因硬件的非通用性會(huì )導致系統的功能前景和開(kāi)放性受到限制，由于是專(zhuān)用操作系統，其實(shí)時(shí)可靠性與功能都無(wú)法與通用實(shí)時(shí)操作系統相比，這樣導致了PLC整體性能的專(zhuān)用性和封閉性。所以，現代PLC仍然具有系統封閉性、不易進(jìn)行系統集成、部分功能實(shí)現復雜、響應速度慢，尤其是實(shí)現成本過(guò)高等問(wèn)題始終困擾著(zhù)工程師們。
　　
　　目前，開(kāi)放和集成已經(jīng)是自動(dòng)化產(chǎn)品和系統發(fā)展中不可阻擋的趨勢?，F在用戶(hù)的生產(chǎn)系統變得日益龐雜，集成無(wú)疑已經(jīng)成為整合生產(chǎn)體系、提高效率及工廠(chǎng)信息化的重要途徑。當前的自動(dòng)化產(chǎn)品和系統，不但應該具有良好的內部集成能力，更應該具有良好的向第三方開(kāi)放的集成能力，只有這樣的體系結構才能幫助最終用戶(hù)的設備運行至更高的水平。
　　
　　面對市場(chǎng)對于復雜控制和開(kāi)放集成的需求，工程師們迫切希望一種控制器能夠具有處理速度快、集成多種功能、具有開(kāi)放性、易于集成的控制器能夠應用于實(shí)際工程中。同時(shí)基于嵌入式技術(shù)的發(fā)展以及軟邏輯控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域的成熟應用，采用這些新技術(shù)的新一代控制器 PAC（Programmable Automation Controller）也就應運而生。
　　
　　PAC結合了嵌入式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，集成了多領(lǐng)域功能、共用的開(kāi)發(fā)平臺、開(kāi)放式接口以及分布式模塊架構，可以滿(mǎn)足用戶(hù)單一平臺多功能的需求。同時(shí)，采用軟邏輯技術(shù)，軟邏輯內核運行于后臺，可以和其它的應用程序如HMI軟件、數據庫軟件等同時(shí)在PAC系統中并存，實(shí)現實(shí)時(shí)控制、HMI組態(tài)軟件、數據庫等等功能同時(shí)運行于一臺控制器中，真正實(shí)現了PAC的單一平臺多功能的特點(diǎn)，在系統整合性、穩定性、低成本等等方面為現有的采用PC+PLC的客戶(hù)提供了一個(gè)全新的系統方案。

三、嵌入式和軟邏輯技術(shù)之成熟應用，PAC獲得發(fā)展之機遇

　　道理很顯然，雖然有市場(chǎng)之迫切需求，但如果沒(méi)有技術(shù)之先期準備和成熟應用，也就沒(méi)有PAC之產(chǎn)生。PAC的產(chǎn)生受益于近年來(lái)在嵌入式系統領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展及成熟應用。在硬件方面，有重意義的包括：嵌入式硬件系統設計，其中具有代表意義的是CPU技術(shù)的發(fā)展；現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展；工業(yè)以太網(wǎng)的廣泛應用。在軟件方面則包括：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統；軟邏輯編程技術(shù)；嵌入式組態(tài)軟件的發(fā)展等。

高可靠的嵌入式技術(shù)
　　
　　目前嵌入式的高性能CPU在獲得更高的處理能力的同時(shí)，其體積更小、功耗更低，處理能力、穩定性和可靠性方面有較大的提升，使X86設計單位可以選擇通用的標準的嵌入式系統結構進(jìn)行設計，從而擺脫傳統PLC因采用專(zhuān)有的硬件結構體系帶來(lái)的局限，使系統具備更為豐富的功能前景和開(kāi)放性。在現有面世的PAC系統中，被廣泛采用的是低功耗、高性能的SOC (System On Chip) 核心處理器。這里面既有采用CISC架構的CPU，如Mobile Pentium系列CPU，也有采用RISC架構的CPU，如ARM系列、SHx系列等，當然也有使用MIPS CPU的。綜合比較而言，由于RISC CPU在應用于工業(yè)控制系統時(shí)所具備的綜合優(yōu)勢，采用RISC CPU的系統占據了目前市場(chǎng)所供應的控制系統的多數。

可靠的元器件
　　
　　PC的風(fēng)扇和硬盤(pán)是最常需要維護的元件，而PAC采用無(wú)風(fēng)扇結構以及采用工業(yè)級的存儲介質(zhì)能夠提供一個(gè)可靠性的平臺系統。

實(shí)時(shí)、穩定的操作系統
　　
　　通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統獲得了長(cháng)足的發(fā)展，并獲得了廣泛的應用。傳統的美國風(fēng)河公司的VxWorks、PSOS操作系統在高端領(lǐng)域還是有很高的占有率；另一引人注目的趨勢是微軟公司的Windows CE在推出.net版本以后，有效解決了硬實(shí)時(shí)的問(wèn)題，并以其低廉的價(jià)格和廣泛的客戶(hù)群獲得了用戶(hù)的青睞；Embedded XP則是Windows XP的組件版本。采用合適的操作系統，即使在系統藍屏時(shí)依然可以保證底層控制系統的可靠運行。通過(guò)采用Embedded XP的SP2的EWF功能，可以有效避免由于系統不確定性重起而帶來(lái)的影響。作為開(kāi)放源碼的代表，Linux操作系統也推出了其嵌入式版本，并以其在成本、開(kāi)放性、安全性上面的優(yōu)勢，獲得一些特殊應用客戶(hù)及中小制造商的歡迎。

標準化的編程語(yǔ)言
　　
　　更為重要的是符合IEC-61131-3標準的軟邏輯編程語(yǔ)言的發(fā)展，有效的整合了傳統PLC在編程技術(shù)上的積累，使廣大的機電工程師可以在基于PC的系統上使用其熟悉的編程方式實(shí)現其控制邏輯。另一方面在PAC系統上，工程師也可以使用高階語(yǔ)言實(shí)現復雜的算法或通訊編程，例如VB.net、EVC、VC#、JAVA等。

開(kāi)放性的自動(dòng)化架構
　　
　　通用的國際標準Ethernet、TCP/IP等協(xié)議，使工業(yè)以太網(wǎng)越來(lái)越多的應用于工業(yè)現場(chǎng)，其高速、低成本的網(wǎng)絡(luò )方案最容易被廣大的用戶(hù)、集成商、OEM及制造商接受和歡迎，而這些技術(shù)極容易在PAC實(shí)現。而采用標準的Modbus/TCP協(xié)議和OPC協(xié)議，可以方便地實(shí)現書(shū)記傳遞和系統集成。
　　
　　由于其采用開(kāi)放式架構，很容易實(shí)現系統級整合，并方便進(jìn)行本地和遠程擴展。

嵌入式的組態(tài)軟件
　　
　　在人機界面的部分，嵌入式組態(tài)軟件獲得了長(cháng)足的發(fā)展，使用戶(hù)方便實(shí)現在PAC上進(jìn)行組態(tài)的編程，減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，如研華公司力推的WebAccess、亞控公司的嵌入版KingView等。
　　
　　總之，PAC既繼承了傳統 IPC 的開(kāi)放性、多功能特點(diǎn)，又汲取了PLC的實(shí)時(shí)性、可靠性?xún)?yōu)點(diǎn)。在外形上，不再是機箱加顯示器，而是緊湊的嵌入式結構；在性能上，它融合了 IPC 和 PLC 的優(yōu)點(diǎn)，可以完成多功能控制應用。

四、研華開(kāi)放式PAC之特點(diǎn)

　　研華科技提供多樣的PAC系統平臺，特點(diǎn)是：多樣的系統平臺，單一的開(kāi)發(fā)工具。

　　包括：開(kāi)放型PAC（ADAM-5550KW）、緊湊型PAC（UNO-2170KW）、分布型PAC(AMAX-2050MKW)等。

　　研華的PAC解決方案均內嵌ProConOS內核控制引擎，均可采用同一個(gè)編程開(kāi)發(fā)工具KW- Multiprog編程軟件進(jìn)行程序設計。強大的 Multiprog KW 軟件開(kāi)發(fā)工具支持 IEC-61131-3 國際編程標準，而穩定的軟邏輯內核引擎ProCon OS支持多樣的系統平臺。
　　
　　在不同的系統平臺中，只需采用KW-Multiprog就可以完成所有現場(chǎng)數據和參數的訪(fǎng)問(wèn)，包含軟邏輯PLC編程、遠程輸入/輸出接口訪(fǎng)問(wèn)，運動(dòng)控制功能，PID算法控制以及數據處理等； 而通過(guò)該編程開(kāi)發(fā)工具設計的程序可以跨越多種平臺使用和運行，僅通過(guò)修改硬件接口配置部分就可以方便地將程序移植到不同的硬件平臺和操作系統中。
　　
　　通過(guò)一次程序設計、而硬件平臺多樣，為工程設計需要而選擇不同的系統平臺時(shí)在程序移植上解除后顧之憂(yōu)。
　　
　　由于篇幅有限，在這里僅以開(kāi)放型 PAC: ADAM-5550KW為主展開(kāi)討論。

ADAM-5550KW特性

　　ADAM-5550KW 既具有工業(yè) PC 強大的運算性能，又具有 PLC的實(shí)時(shí)性和可靠性，在單一平臺中可以實(shí)現多種功能，涵蓋采集、控制、HMI軟件實(shí)現、運動(dòng)控制、過(guò)程控制、數據庫、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )連接等功能，它所采用的高集成度編程協(xié)議和可選 HMI 軟件為各種應用提供了靈活、簡(jiǎn)單的軟件解決方案；并且支持Modbus TCP和Modbus RTU協(xié)議，方便和不同的第三方Modbus設備交換數據。

　　ADAM-5550KW可直接接顯示器，適合于復雜的控制領(lǐng)域、增強的網(wǎng)絡(luò )處理能力，以及單一平臺多種功能的場(chǎng)合。

獨特的雙CPU架構

　　上層的AMD Geode GX533M CPU功能強大，用于負責相當于PC機部分的工作，如HMI軟件、數據庫支持，強大的運算能力等等；下層的ARM7 CPU 用于負責底層I/O模塊的操作和控制，保證I/O端口的實(shí)時(shí)、穩定、可靠操作，使其同時(shí)滿(mǎn)足PC的強大運算性能和 PLC 的實(shí)時(shí)性處理兩方面的要求；
雙以太網(wǎng)端口

　　ADAM-5550 針對不同應用（如考慮可靠性的冗余以太網(wǎng)連接，以及考慮安全性的獨立網(wǎng)絡(luò )連接）需求提供了