從PLC到PAC--名稱變化的背后

ARC咨詢公司的一份報告中提到，自動化技術領域出現了一種新的發展趨勢，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系統的功能，而可編程自動化控制器（PAC）這一新興的技術的出現，改變了PLC市場格局。與PLC相比，PAC產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產品已經站在了PLC技術演進的最前沿

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展趨勢。“大約3年前，要同時實現邏輯控制、運動控制和過程控制任務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，用戶可以在一個統一的控制平臺上實現順序邏輯控制、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一數據庫的多學科開發平臺。
●控制軟件允許用戶根據多個設備或多個過程單元之間的過程流進行控制設計。
●具有開放和模塊化的結構，無論是工廠的機械設計還是過程行業的單元運行，都能滿足其生產過程特點。
●網絡接口和編程語言等都采用事實上的工業標準，能夠實現不同供應商的自動化系統之間的數據交換，有利于實現多種產品的網絡化集成。

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

“對那些一直習慣使用PLC的人來說，這種技術變化可能會讓他們在一段時間內感到很不習慣”，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的設計人員正在更深入地使用著PLC。PLC的堅固可靠性比傳統的SCADA系統更具有說服力，在過程領域中，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容易發生系統崩潰。直到今天，我們仍不得不經常面對PC系統的失敗，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，一條生產線上的機械設備，可能需要在1秒鐘之內執行一系列的功能，如開門、關閘、計數、驅動執行機構、質量監控、打標、互鎖安全設施、打包和進行外包裝等，每一個功能都緊跟其他幾個相關的功能。數據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還是聯網的PLC，都能夠實現正確的指令操作。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；而PC在執行指令的時候，則可能受到PC操作系統同步運行的其他任務的干擾。

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，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的發展前景相當樂觀。但是你必須更多地看到它在過程控制領域的應用前景，而不是機械控制領域”，Shinton說道，“因此，一種新的PLC開始在制造商那里出現，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，只是引入了其他技術的優勢并將其整合到一個傳統的控制器架構中。”

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構。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服務器的電子郵件功能、存儲管理服務功能和FTP功能等。最重要的是，PC模塊是一個固體裝置，沒有一般PC上帶有的機械硬驅動元件、風扇或其他脆弱的移動設備，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。對于重構一個現有的控制系統來說，用PLC比用DCS更容易實現，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在對這一新的PLC技術越來越有信心。事實上，新技術的名稱已經變成了可編程自動控制器（PAC）。同時，名稱的變化也意味著PAC現在仍然在不斷吸收新的技術，還需要進一步與現有的、已存在多年的主流機械控制系統PLC區分開來。

引人注目的變化

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

在GE Fanuc公司的PACSystems控制產品中，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，實現了多個硬件平臺的便捷互操作，并真正實現了多種控制選擇的集成。

“為了實現上述目標，必須使用能夠快速執行離散操作指令的處理器、具有足夠的內存處理控制環路，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協議的總線I/O接口。”為此，GE Fanuc公司基于現有的Intel技術開發了開放的高端控制技術，這些Intel技術正應用于今天的PC中，但還達不到工業環境所要求的堅固性。van Helten還說，Intel技術的采用讓PAC獲得更快的處理器速度，而且獲得比舊式PLC更大的內存容量。

名稱變化的背后

“ARC咨詢公司指出的發展趨勢，包括大型PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系統，以及PAC控制器技術的興起，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，任何行業在稱呼現有的先進PLC產品或者將來的PLC產品的時候，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生變化，制造商和開發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，重要的是關心控制系統的不同組件是如何運行并如何實現互操作的，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；而先進的SCADA系統也常因為具備強大的輸出特征被描繪成“近DCS”系統。其實這些都不重要，。重要的是，如何通過這些不同的設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方案。第一個是透明就緒方案，即在所有的施耐德自動化設備（包括PLC）上增加以太網通信接口和嵌入web服務器，利用以太網技術將所有自動化設備聯網，并利用標準的Web瀏覽器完成這些設備的尋址；另一個技術方案就是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功能現在都能完全由系統設計者控制”，Palmer介紹道。事實上，Unity也是施耐德電氣提出的協同自動化概念的基礎。