PAC介绍

PAC介绍摘要：本文论述了PAC技术的产生来源，分析了PAC的技术特点和优势，并针对实际进行举例应用，很好地解决了难题，阐述了PAC技术的发展趋势，对其未来的发展前景进行展望。关键词：可编程自动控制器开放性实时性模块化当今的自动化技术发展迅速,正处于一个快速变革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业以及轻工业和物流行业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力,他们需要进一步降低成本、缩短产品生产周期,并能够迅速完成产品的更新换代。而采用最新的自动化技术正是解决这一系列问题的有效手段，即所谓的“可编程自动控制器”，简称PAC。PAC能增加个性化的PC功能用于高级控制，实时分析或连接企业数据库，而且同时保持了PLC的可靠性。PAC正占领自动化领域，而PAC的概念将在当今和未来的工厂自动化中发挥重要的作用。一、PAC技术的来源当今面临新的挑战是，在设计与建立控制系统放时，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。对于复杂的应用，仅单靠PLC或PC的不全面解决方案是困难的，这是什么原因？因基于PC的工业控制有以下弱点：◎不稳定性：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。◎不可靠性：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。图1具有PC软件功能和PLC可靠性功能的新型可编程自动控制器PAC示意图而对PLC来说，要使PLC增加视觉、运动、仪器和分析功能等全方位的自动化领域，显而易见是望尘莫及。而同时拥有PC的功能和PLC(可编程控制器)的可靠性才是最佳方案，可编程自动控制器(PAC-ProgrammableAutomationController)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)，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，属工业自动化领域中比较完善的新兴控制器。PAC采用现有的商业化技术(COTS)，非常适合于工业化环境，具有可伸缩性，易于维护和具有较低的发生故障几率等特性。二、PAC技术的特征和优势由于PC或PLC解决方案不是很全面，对于复杂的应用，工程师常常要和控制厂商密切合作来开发出新产品。根据PLC用户的多种需要，以及制造业厂商对信息的需求，设计开发出的新型控制器把PLC和PC的特征最佳地结合在一起。包括了PLC的主要功能和扩展的控制能力，以及PC-BASE控制中给予对象的、开放数据格式和网络能力等功能。其显著特征是：多控制任务且控制引擎集中；继承传统PLC的优点（工业等级、稳定、高可靠性）；融合了PC的灵活性和处理能了。工业分析家们称这些设备为可编程自动控制器或PAC。所谓PAC系统应该具有以下一些主要的特征和性能：●提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需求；●一个轻便的控制引擎，可以实现多领域的功能，包括：逻辑控制、过程控制、运动控制和人机界面等；●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，并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，可以实现基于现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；●使用既定的网络协议，程序语言标准来保障用户的投资及多供应商网络的数据交换。上述PAC定义的几种特征和性能可用图2示意说明。图2PAC特征性能示意图与传统的控制技术相比，PAC技术主要具有以下优点：1、采用单一的控制器PAC具有单一的控制器，可用于处理数字和模拟I/O，具有运动视觉功能和模块化仪器，因此当用户需要视觉等功能时就不必购买其他控制器了。2、高级控制高级控制如模糊逻辑和神经网络等控制技术不仅需要强大的浮点处理器，而且还需要占用大量的内存，PAC平台就可以满足这些条件。3、实时分析PAC可以实时地采集来自模拟会数字I/O通道的数据，并且对这些数据进行实时的分析，从而有效地检测故障状态。如进行阶次跟踪和振动分析来检测机器的运行状况。4、安全性PLC在通过以太网发送的数据包是非加密的，所以它不适合用于防止黑客侵入。而PAC发送的数据包是可以加密的。虽然这并不是目前最需要考虑的因素，但是未来安全性必然会成为一个重要的方面。5、多种速度的确定性应用PLC只能以固定的速度运行，所以它不能以不同的速率来独立完成各任务。而PAC上运行的操作系统就具有这样的特性，它可以进行并行处理。6、灵活的记忆功能PAC有一个模块，可升级的记忆功能,允许用户执行系统以满足当前的应用要求,以及可在将来进行一定的扩展。而PLC只有固定的记忆容量。7、机器视觉由于受到数据传输速率的限制,PLC平台上不能提供视觉功能。PAC的机器视觉可以检测出利用传统的方法很难测量出来的产品缺陷和错误。8、提高生产率一个通用的轻便控制引擎和综合工程开发的平台允许快速开发、实施和迁移项目工程;并且,由于它的开放性和灵活性,确保了控制点和操作以及企业业务系统之间的无缝连接,优化了工厂的流程,提高了生产效率。9、降低了操作成本由于使用了通用标准架构和网络,使用户能够从成本的角度出发来选择不同的系统部件,而不是专有产品和技术;只要求用户在统一的平台和开发环境下培训,而不需要学习多种专用环境;为用户提供了一个无缝的迁移路径,保护了用户在I/O和应用开发方面的投资。三、PAC的应用举例用PAC建立灵活的发电厂的维护和监测控制系统▲垃圾焚烧发电厂所伴随的环境污染城市生活垃圾、工业垃圾、医院卫生废弃物、淤泥和废橡胶轮胎等垃圾焚烧处理技术，利用垃圾焚烧的余热发电，将是今后环保技术的一个重要发展方向。这种垃圾焚烧日处理废物能力为1～350t，余热锅炉(或回转式炉窑)的热容量小，发电机组小，一般为20兆瓦以内。因此，垃圾焚烧发电厂的控制系统比大型电厂简单得多。然而余热锅炉(或回转式炉窑)垃圾焚烧炉(余热锅炉或回转式炉窑)，主要用于焚烧医院垃圾、特殊固体废料、危险品废弃物等物质。这些物质严重污染环境，其燃烧分解物中含有二恶英等毒性物质，如果人工现场操作回转炉，则工作环境非常恶劣，且垃圾焚烧燃烧分解物中毒性物质产生泄漏幅射，还会污染周围环境。因此，垃圾焚烧发电厂的维护和监测控制系统开发的好坏直接影响着人身安全与环境保护的大问题。随着PAC技术的突飞猛进，高档PAC系统可投较好的应用在中型及较复杂的控制领域中，其垃圾焚烧发电厂就可以使用PAC控制系统，以建立一个独立、灵活的系统，在工作域有限的空间和严酷的化学反应环境下，用来控制垃圾焚烧发电厂的多种不同监测和维护工具。▲解决方案使用NI可编程自动控制器(PAC)硬件平台、运动控制模块、LabVIEW、LabVIEWRT和PXI7344视觉模块，开发设计一个用于5种工具的灵活控制系统，并将继续开发以适用于更多工具。★利用硬件设计一个灵活的控制站该控制系统包含3个主要部分：安置在泄漏幅射区外的操作站2000(OS2000)；位于泄漏幅射区内低泄漏幅射区域的PAC，即本地控制站(LCS)；以及靠近监测维护地点附近的工具终端连接中心(TECC)。而OS2000通过线路连接LCS，该线路能提供RS232通信、四个视频连接和TELEX音频连接。LCS使用运行于嵌入式控制器的LabVIEWRT和18槽PXI机箱，机箱中包括一个用来控制摄像机选择的RS232模块，一个用于进一步扩展的视频模块(PXI-1411)，两个运动控制模块(NI-7344)，多功能数据采集模块(NI-6052E)，以及用于控制和反馈的数字I/O模块(NI-6534)。RS232模块控制LCS中的一个视频多路复用器，它能在8个摄像机之间进行切换，而运动模块控制结合了防卫、方向和电流反馈的8个不同电机。多功能DAQ模块测量来自位置接近、压力、温度和倾角传感器的数据。数字I/O控制照明、调光器、螺丝管和其它部件。最后，该系统还能监控全体电源并为操作人员提供系统掉电报告。★利用LabVIEWRT和PXI构建灵活的自动化控制系统由于具备可靠的LabVEIWRT(实时)、模块化的PXI、以及范围宽广的I/O通道，这一解决方案可以确保在严酷的垃圾焚烧发电厂环境中执行操作。该系统的灵活性使得工程师得以顺利设计新的工具并重复使用同样的控制系统，从而节省了培训和配置的时间。在使用过程中，其LabVlEW可以非常方便地处理来自PXI模块的不同输入数据。此外，利用LabVIEWRT还可以非常简单的对LCS进行升级，只需一个以太网连接即可。单个PXI系统也可以减少管理费、培训费和运输费。利用灵活的PXI解决方案，可以比在传统控制系统中更快地部署系统和更换工具。★关于系统的扩展就如绝大多数基于PAC系统一样，将来的扩展可以有许多方式。目前的系统包含一个PXI-7344视觉模块，可将RS-232通信系统升级为以太网，并使用PXI视觉模块和其它视觉产品，以采集来自IEEE-1394接口摄像机的图像。应该说，只要垃圾焚烧炉系统是采用国际上较先进的热解—氧焚烧技术，按上述应用PAC所建立的维护和监测控制系统，其在线控制系统将具有高可靠性，又能确保生产安全，严格控制二次污染，并实现达标排放。四、PAC技术的发展趋势随着市场的需要,PAC技术在未来的几年内将朝着以下几个方向进一步发展。1、设备规格的多样化为了满足各种实际生产状况的需要,PAC的规格将会呈现出多样化的发展趋势。在具体的生产环境中,选择合适的控制系统要求的PAC,有利于降低成本。2、支持更多的控制功能目前,PAC已经将逻辑、运动、过程控制等高级功能集成到了单一的平台上。而未来,PAC将进一步融合更多的功能,例如对于安全性的考虑,批处理等等。当信息被越来越广泛地使用时,其安全性就将成为需要考虑的第一因素。3、商业系统的集成为了实现真正的实时性,自动化设备供应商将在PAC内部继续创建商业系统的连接通道而不依赖于其他的连接设备。PAC将内嵌制造执行系统(MES)的一些属性,例如:标准接口的建立,它将有利于更好地解决控制层和管理层之间的连接问题。4、简单的系统维护PAC将往更小化更智能化的方向发展,但同时它将拥有更出众的数据处理能力。其软件可以监控机器运转状况,硬件可以完成复杂的自检工作。为了提高生产率、增加利润,企业就必须及时有效地传递数据信息。PAC的这种数据处理能力,可以满足用户在任何时间通过任何形式(如:e-mail,网页)对数据进行维护。5、延长产品的生命周期通过采用新技术来获得更高生产效率固然十分重要,但是新技术的使用是否会大幅增加成本和培训费也是厂家十分关注的问题。PAC未来平台将仍然采用标准化的设计,其卖主可以继续使用原来的商业技术和以太网等标准,从而有效地降低了对成本的投入。五、结束语PAC代表着可编程控制器的新技术，它未来发展的关键取决于嵌入式系统的深入应用。即PAC的实现需要通过特制软件来定义硬件。电子厂商常常使用现场可编程门阵列（FPGA）这样的电子器件来开发定制芯片，它可以让新设备智能化。这些设备包含有能力执行多种功能的可配置逻辑模块，连接这些功能模块可编程交联点以及芯片输入输出数据的I／O模块。通过定义这些可配置逻辑模块的功能，其彼此连接以及相应的I／O口，电子设计人员即可开发出定制的芯片，而不需要花钱生产专门的ASIC。未来的PAC应用就如现在的FPGA应用一样简单，同样具有强大的功能优势。P