PLC琉朽、PC-based毒租、PAC三者之間的區(qū)別和動(dòng)態(tài)？
PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域長(zhǎng)盛不衰箱叁，得益于它方便而有效地為工控80%以上的需求提供了解決方案凳渗。近兩年見諸于專業(yè)雜志有關(guān)PLC發(fā)展的報(bào)告，披露了從2003年起5年內(nèi)裹依，全球預(yù)計(jì)PLC的年綜合增長(zhǎng)率達(dá)4.6%呢呕，而同期中國(guó)PLC市場(chǎng)預(yù)計(jì)年綜合增長(zhǎng)率高達(dá)14.1%，是世界發(fā)展速度的3倍帐捺。這主要是由于中國(guó)工業(yè)高速發(fā)展的趨勢(shì)和成為世界制造業(yè)基地的趨勢(shì)依然強(qiáng)勁框碾。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)PLC的應(yīng)用有著強(qiáng)烈的驅(qū)動(dòng)，各種行業(yè)PLC應(yīng)用相當(dāng)普遍赫捕，在有些行業(yè)和場(chǎng)合應(yīng)用水平還相當(dāng)高馋首。令人鼓舞的是這一發(fā)展趨勢(shì)還在繼續(xù)。據(jù)ARC最近發(fā)表的PLC全球展望報(bào)告宣稱飘拂，2005～2009年P(guān)LC年綜合增長(zhǎng)率將顯著上升鹅但。2004年的PLC市場(chǎng)(包括離散控制、過程控制和混合控制)已接近70億美元显艘，預(yù)計(jì)到2009年會(huì)達(dá)到90億美元协熙。這就是說，下一個(gè)五年P(guān)LC的綜合增長(zhǎng)率將達(dá)5.9%炭庙。發(fā)展的推動(dòng)力主要來自經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)日益強(qiáng)烈饲窿，在著重關(guān)注顧客的需求和發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)，促使制造商把投資配置的重點(diǎn)放在通過加強(qiáng)自動(dòng)化焕蹄，追求降低成本逾雄，提升產(chǎn)品質(zhì)量。
以中國(guó)為首的亞洲發(fā)展中國(guó)家腻脏，在緩解基礎(chǔ)設(shè)施的壓力鸦泳、擴(kuò)展制造業(yè)的基礎(chǔ)和謀求工廠現(xiàn)代化等方面，是PLC市場(chǎng)發(fā)展的重要推動(dòng)力永品。在稍后一些時(shí)間做鹰，如2009年，在日本鼎姐、南美钾麸，PLC供應(yīng)商也有機(jī)會(huì)。此外炕桨，PLC市場(chǎng)的增長(zhǎng)還受到以下關(guān)鍵因素的推動(dòng)：節(jié)能饭尝、環(huán)境條件檢測(cè)、安全、協(xié)同制造和實(shí)時(shí)優(yōu)化策略等坏表。對(duì)于PLC供應(yīng)商來說缆月，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)策略應(yīng)是：在發(fā)達(dá)地區(qū)擴(kuò)大市場(chǎng)份額，在發(fā)展中地區(qū)迅速贏得市場(chǎng)幢堕，而對(duì)本土市場(chǎng)則要警惕外來供應(yīng)商的進(jìn)入践涧。
PLC技術(shù)及其產(chǎn)品之所以表現(xiàn)出如此旺盛的生命力，植根于它不斷能根據(jù)自身技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展需要闷邑，通過全面吸收數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)新發(fā)展的技術(shù)內(nèi)容弹梁，以及通過推廣應(yīng)用IEC 61131的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，追求編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化峦拥，將現(xiàn)代軟件的特征賦予PLC的傳統(tǒng)編程語言动院，從體系結(jié)構(gòu)、控制任務(wù)和控制要求的軟件描述等多方面對(duì)傳統(tǒng)PLC加以改造歧坚，從而形成了現(xiàn)代PLC芽堪。因此，即使多年來它經(jīng)常受到各種技術(shù)(例如基于 PC的控制沛药、近年出現(xiàn)的可編程自動(dòng)控制器PAC等)的挑戰(zhàn)苍煎，但是PLC作為自動(dòng)控制的核心地位依然不可動(dòng)搖。
工業(yè)控制方面的專家估計(jì)柬焕，對(duì)于離散制造業(yè)的控制要求來說审残，80%的PLC都是用于小型系統(tǒng)(I/O少于128點(diǎn))；78%的PLC其I/O都是數(shù)字量或者開關(guān)量斑举；80%的PLC應(yīng)用采用20來個(gè)梯形圖指令就可解決問題搅轿。有人把這些概括為“80-20”法則。它從應(yīng)用的觀點(diǎn)揭示了傳統(tǒng)PLC以其簡(jiǎn)單適用富玷、價(jià)格低廉璧坟、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)滿足了80%的工業(yè)控制要求。這也告訴人們赎懦，從實(shí)用的角度來看雀鹃，傳統(tǒng)的PLC至今仍不可能被擠出控制舞臺(tái)的基本原由。
余下20%的控制要求傳統(tǒng)的PLC難以滿足励两，需要由現(xiàn)代PLC或者PC控制或PAC來滿足黎茎。那么，該怎么選擇呢伐蒋？我們先看傳統(tǒng)PLC和基于PC的控制之間存在的區(qū)別工三。
一 傳統(tǒng)PLC和PC控制之間的區(qū)別及其存在的問題
傳統(tǒng)PLC是指按處理邏輯運(yùn)算和順序控制的要求設(shè)計(jì)、采用按經(jīng)典掃描方式運(yùn)行的專用硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)曲苛、具有確定性控制特征、以處理開 關(guān)量I/O為主模擬量I/O為輔的程序可編的控制器。按照IEC 61131-3的軟模型岖习，傳統(tǒng)的PLC模型包括一個(gè)資源谨敏，運(yùn)行一個(gè)任務(wù)，控制一個(gè)程序创撼，且運(yùn)行于一個(gè)封閉系統(tǒng)中(見圖1)考皂。除了編制控制程序外，使用者無法控制或干預(yù)輸入采樣曼中、輸出設(shè)置和PLC例行程序遗酷。
基于PC的控制是指采用PC機(jī)的基本硬件軟件，實(shí)現(xiàn)PLC的控制功能肯绅，又充分利用PC機(jī)在通信笛驴、存儲(chǔ)、編程等方面的靈活性和性價(jià)比較高的系統(tǒng)芽接，其I/O通道可利用各種PC總線插槽饵逐，也可利用現(xiàn)場(chǎng)總線接入。它僅具軟實(shí)時(shí)彪标、非確定性特征倍权。若要實(shí)現(xiàn)硬實(shí)時(shí)、確定性等特性捞烟，需將現(xiàn)行操作系統(tǒng)改造為具有硬實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)薄声。由此可見，基于PC的控制存在的主要問題是與生俱來的题画。
PC控制存在的主要問題是：
(1)穩(wěn)定性默辨。通用的操作系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，不能實(shí)現(xiàn)確定性控制婴程，且容易死機(jī)廓奕，以致不得不實(shí)施非計(jì)劃重啟；
(2)可靠性档叔。非工業(yè)用加固部件和旋轉(zhuǎn)式硬盤容易產(chǎn)生故障桌粉；
(3)陌生的編程環(huán)境。應(yīng)用開發(fā)和維護(hù)人員熟悉PLC的編程工具衙四，不熟悉PC系統(tǒng)的編程環(huán)境铃肯；
(4)沒有統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)，針對(duì)不同的控制任務(wù)(如I/O凹毛、通信或運(yùn)動(dòng)控制宦逃、先進(jìn)控制)，PC常常要求不同的開發(fā)環(huán)境鸳岩。
因此柄哀，目前往往采用PLC+PC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嘱董，PLC通過串口或以太網(wǎng)口與PC機(jī)通信，由PLC進(jìn)行控制把丹，PC則聯(lián)網(wǎng)图兑、作流程顯示、數(shù)據(jù)和文字處理躯法、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等功能蔫卦，讓它們各自發(fā)揮所長(zhǎng)。
二 傳統(tǒng)PLC和現(xiàn)代PLC的主要差別
IEC 61131-3的軟件模型(見圖2)是現(xiàn)代PLC的軟件基礎(chǔ)滚蚪，是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)性的理論工具桨座，幫助人們完整地理解除編程語言以外的全部?jī)?nèi)容，也為PLC硬件突破原有體系結(jié)構(gòu)(即在一個(gè)PLC系統(tǒng)中裝插多個(gè)CPU模塊)蛉幸，并進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)破讨，奠定了理論基礎(chǔ)。軟件模型將其最上層解決一個(gè)具體控制問題的完整軟件概括為一個(gè)“配置”巨缘。它專指在一種特定類型的控制系統(tǒng)添忘，包括硬件裝置、處理資源若锁、I/O通道的存儲(chǔ)地址和系統(tǒng)能力的環(huán)境下的控制軟件搁骑。它等同于一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。在一個(gè)“配置”中又可定義一個(gè)或多個(gè)“資源”又固≈倨鳎可把“資源”看作能執(zhí)行IEC程序的處理手段，它反映PLC的物理結(jié)構(gòu)仰冠，在程序和PLC的物理I/O通道之間提供了一個(gè)接口乏冀。這就是說每個(gè)資源都可擁有一個(gè)處理器。
傳統(tǒng)PLC與現(xiàn)代PLC的主要差別見表1洋只，其本質(zhì)差別在于它們的軟件模型的完全不同辆沦。由此形成了現(xiàn)代PLC的多CPU模塊的架構(gòu)。
三 現(xiàn)代PLC和PAC的主要差別
為了弄清現(xiàn)代PLC和PAC的區(qū)別(見表2)驮尘，有必要對(duì)PAC的定義有一清晰的認(rèn)識(shí)丛滋。2004年美國(guó)ARC咨詢集團(tuán)的C.Resnick通過對(duì)PAC五大特征的描述做出以下定義：
(1)PAC具備多個(gè)專業(yè)的功能性，在一個(gè)平臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)包括邏輯和順序控制温辉、運(yùn)動(dòng)控制技窝、驅(qū)動(dòng)控制和過程控制的功能；
(2)PAC具有單一卻又滿足多專業(yè)控制要求的開發(fā)平臺(tái)亡铺，采用共用的變量標(biāo)簽(tagging)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫叙冕；
(3)PAC的軟件開發(fā)可提供按流程或加工過程的設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)直接針對(duì)若干機(jī)器或處理單元厕猴，按狀態(tài)(步)鹉某、激活狀態(tài)(動(dòng)作塊)和轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行主靡；
(4)PAC具有開放的、模塊化的體系結(jié)構(gòu)仲峡，適用于從工廠自動(dòng)化到流程工業(yè)的單元操作聂袱；
(5)PAC采用事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)接口溯内、編程語言酵逾、安全等各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使異型和異構(gòu)的系統(tǒng)之間能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換闷畸。
現(xiàn)代PLC的高端產(chǎn)品往往也具備這些特征尝盼。只不過這些高端PLC產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)這些功能性時(shí)采用了有別于PAC的技術(shù)路線。一般而言PAC只有一個(gè)CPU模塊佑菩，采用具有硬實(shí)時(shí)特征的商用操作系統(tǒng)盾沫；而現(xiàn)代PLC的高端產(chǎn)品卻在PLC的傳統(tǒng)背板結(jié)構(gòu)上，即在主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架上插裝多個(gè)CPU模塊的新型結(jié)構(gòu)殿漠。這些CPU模塊可分別選用專門用于邏輯控制赴精、順序控制的CPU模塊、運(yùn)動(dòng)控制用的CPU模塊绞幌、過程控制用的CPU睦儆矗 塊，甚至內(nèi)嵌Windows操作系統(tǒng)的CPU模塊莲蜘。在這種PLC系統(tǒng)中每個(gè)CPU模塊都執(zhí)行某一種控制任務(wù)谭确，控制與其所執(zhí)行任務(wù)相關(guān)的I/O模塊的 存取票渠；它們之間的聯(lián)鎖和協(xié)調(diào)信息通過同一PLC系統(tǒng)的系統(tǒng)總線來交換逐哈，而不是由執(zhí)行不同任務(wù)的PLC系統(tǒng)通過控制網(wǎng)絡(luò)來交換，速度更快也 更可靠裙闪。
傳統(tǒng)的主流PLC供應(yīng)商寧肯仍然把它稱為PLC蒙玩，而不愿將它們叫做PAC。因此俯够，現(xiàn)代PLC和PAC的主要差別應(yīng)該在于軟件绅刨，而不是在于功能或其他別的性能。
現(xiàn)代PLC秉承傳統(tǒng)PLC的專用硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特征桨拉，這是PLC工作穩(wěn)定凡盔、可靠的軟件保證。在此基礎(chǔ)上提高其工作性能和功能性涎捆。
PAC的軟件則分成兩類：
(1)以現(xiàn)有的PLC控制軟件為基礎(chǔ)幅瑞，增加其控制的功能性、可靠性和易用性灯葡；
(2)以PC控制的軟件為基本出發(fā)點(diǎn)蒙便。
基于PLC的控制軟件最顯著的特征是嚴(yán)格按掃描方式組織的控制程序狮屏。即使增加新的功能性(如以太網(wǎng)通信、運(yùn)動(dòng)控制和先進(jìn)控制算法)也是讓這些新功能插入現(xiàn)有的掃描結(jié)構(gòu)仓陆。傳統(tǒng)PLC只允許嚴(yán)格按掃描周期執(zhí)行輸入采樣瞎嬉、程序執(zhí)行和輸出設(shè)置；現(xiàn)代PLC則可以區(qū)別不同性質(zhì)的程序(如僅執(zhí)行一次的初始化程序厚柳、快速執(zhí)行的控制程序氧枣、慢速執(zhí)行的顯示程序等)設(shè)置不同的掃描時(shí)間，以提高整體的控制響應(yīng)别垮。這種程序執(zhí)行方式易于快速構(gòu)建控制系統(tǒng)便监，但也使使用者完全不了解PLC底層的運(yùn)行情況，從而造成它缺少靈活性碳想。
基于PC控制的控制軟件具有靈活的通用編程語言烧董，可對(duì)硬件的內(nèi)部運(yùn)行作深層地存取，并將可靠性胧奔、實(shí)現(xiàn)確定性和默認(rèn)的控制結(jié)構(gòu)加以組合集成逊移。雖然也可讓它按掃描方式運(yùn)行，但這并不是PC控制軟件所固有的龙填。這樣就保證了PC軟件的靈活性胳泉，使之更適合于高級(jí)結(jié)構(gòu)化的編程技巧的要求，或者更適合于系統(tǒng)級(jí)的控制應(yīng)用觅够。反過來說胶背，對(duì)于邏輯控制和順序控制，用這種方法編程卻會(huì)帶來不便尽由。還要指出的是爹蒋，基于PC控制的控制軟件如果要具備硬實(shí)時(shí)特性和控制的確定性，不能采用通用的野戏、只能實(shí)現(xiàn)軟實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)遵非，而是一定要采用具有硬實(shí)時(shí)特性的操作系統(tǒng)，如Windows CE(對(duì)小系統(tǒng))哺挺、Windows NTe(對(duì)大系統(tǒng))或其他硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)华媳，如QNX、VxWorks暴姓、Venturcom RTX娇紊、ThreadX、pSOS等湿儡。
PAC的控制軟件的組織結(jié)構(gòu)吸收了兩者的長(zhǎng)處触茎，同時(shí)具備兩者的特性和強(qiáng)項(xiàng)，因此更便于解決工業(yè)控制中傳統(tǒng)PLC不能對(duì)付的高端問題(≤20%的控制任務(wù))处榔。
從硬件上來講希俩，PAC也分為兩種不同的結(jié)構(gòu)吊宋，即以美國(guó)NI為代表的基于PC的結(jié)構(gòu)，其特征是其卡件采用了適合工業(yè)環(huán)境的PXI總線(即用于儀器的擴(kuò)展型PCI總線颜武，把PCI總線的電路特性和CompactPCI的堅(jiān)固的歐卡機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合)璃搜，NI、Chroma鳞上、LeCroy和JTAG等目前可提供1000多種卡件这吻，除了一般的I/O之外，運(yùn)動(dòng)控制因块、視覺檢測(cè)識(shí)別等特殊功能卡件是其重要特色橘原。另一種則是以GE-FANUC的PACSystem系統(tǒng)為代表的基于PLC背板結(jié)構(gòu)(VME64或PCI總線)的PAC，其控制引擎建立在標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式體系結(jié)構(gòu)之上涡上，其高端的RX7i所用的CPU為Intel Pentium III 300MHz(或700MHz)，其低端的RX3i采用Celeron 300MHzCPU拒名，選用商用的具有確定性的操作系統(tǒng)吩愧，支持通過標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng)、Profibus增显、DeviceNet和GE自己的Genius網(wǎng)絡(luò))的分布式I/O慎瓮。在這個(gè)意義上，PACSystem系統(tǒng)也是基于工業(yè)PC的系統(tǒng)伊丘。不過還要支持與GE原 來的PLC Series 90-70和Series 90-30的I/O兼容捧法。
四 PAC的價(jià)值所在
PAC的所有部件均按軟件和硬件集成最靈活、最方便异瞭、成本最低為出發(fā)點(diǎn)裹五，因此它是跨機(jī)械自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化睛宝、儀表自動(dòng)化捅县、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的。這些特點(diǎn)使最終用戶獲得以下收益：設(shè)備的生命周期成本較低酬楚，資產(chǎn)的投資回報(bào)率提高猪晰，資產(chǎn)所有者總成本下降。
與傳統(tǒng)的按專業(yè)劃分的體系結(jié)構(gòu)相比谜珠，PAC創(chuàng)造了另外一種商業(yè)機(jī)會(huì)状寨，公共的集成開發(fā)環(huán)境將降低項(xiàng)目開發(fā)成本和實(shí)現(xiàn)成本，促使項(xiàng)目的總費(fèi)用經(jīng)得起各方面的比較推敲士修，從而增加了占領(lǐng)更多市場(chǎng)的機(jī)會(huì)枷遂。
應(yīng)用PAC將會(huì)把著重點(diǎn)從以硬件為核心，持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)向以開放的通信標(biāo)準(zhǔn)和軟件集成為核心李命。PAC將引導(dǎo)用戶去關(guān)心如何更好去監(jiān)控和控制與硬件相連接的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程登淘，讓他們更多地去關(guān)注系統(tǒng)的整體性能箫老，而更少地關(guān)注硬件本身。反過來這又促使PAC的供應(yīng)商更多地去思考系統(tǒng)的優(yōu)化和性能黔州，而較少地去考慮硬件和元器件等級(jí)的差異耍鬓。PAC制造廠還可通過基于Web的監(jiān)控向運(yùn)行工廠提供維護(hù)服務(wù)，操作人員可訪問運(yùn)行廠的網(wǎng)頁流妻，維護(hù)技術(shù)人員可直接通過Web從工廠層獲得診斷信息牲蜀，并找出故障之所在。
五 PAC自動(dòng)化市場(chǎng)的影響及PLC穩(wěn)固的市場(chǎng)地位
在今天各類制造廠正在持續(xù)地將服務(wù)范圍從與用戶協(xié)商轉(zhuǎn)向交鑰匙工程全程承包绅这。用戶則把更多的精力集中在提高核心競(jìng)爭(zhēng)力涣达，而把自動(dòng)化和控制的功能委托給自動(dòng)化的供應(yīng)商。這就創(chuàng)造了對(duì)服務(wù)和支持的更大需求证薇，而PAC的多功能度苔、多專業(yè)的能力正是可利用和可依托的開發(fā)、實(shí)現(xiàn)和強(qiáng)化服務(wù)的工具和環(huán)境猬肖。
是不是PAC會(huì)取代PLC呢余窖？PAC是在PLC和PC控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而PC控制也是建立在PLC的基礎(chǔ)上的函以。所以可以說森片，PAC源于 PLC，在某些方面高于PLC轨畏，或者說是在高端向PLC發(fā)起挑戰(zhàn)毯炊。但它難以取PLC而代之，因?yàn)閱渭冞壿嫼晚樞蚩刂七€是有很大的市場(chǎng)瞄隶。PLC本 身一直在發(fā)展推進(jìn)态素，有許多近年來推出的PLC新系列就具有PAC的特征和多功能，但廠家仍把它叫做PLC而不稱之為PAC绵盔。由于PLC在自動(dòng)化 市場(chǎng)中歷經(jīng)考驗(yàn)而始終在穩(wěn)固發(fā)展壁万，它的特點(diǎn)和特色引起了其他一些控制系統(tǒng)裝置如DCS開發(fā)商的重視和借鑒。最近老牌DCS供應(yīng)商Invensys Foxboro推出了A2 T2550系列就是基于PLC的DCS系統(tǒng)璃璧，其強(qiáng)大的過程控制功能和PLC的低價(jià)的特點(diǎn)荔鸵，既可作為獨(dú)立的系統(tǒng)又有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)能 力，使它在DCS的解決方案中獨(dú)樹一幟踊跟。
綜上所述踩验，我們?nèi)匀豢上乱韵抡摂啵篜LC、PC控制和PAC會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都共處于自動(dòng)化市場(chǎng)商玫，PLC仍居主要地位箕憾。
以中國(guó)為首的亞洲發(fā)展中國(guó)家腻脏，在緩解基礎(chǔ)設(shè)施的壓力鸦泳、擴(kuò)展制造業(yè)的基礎(chǔ)和謀求工廠現(xiàn)代化等方面，是PLC市場(chǎng)發(fā)展的重要推動(dòng)力永品。在稍后一些時(shí)間做鹰，如2009年，在日本鼎姐、南美钾麸，PLC供應(yīng)商也有機(jī)會(huì)。此外炕桨，PLC市場(chǎng)的增長(zhǎng)還受到以下關(guān)鍵因素的推動(dòng)：節(jié)能饭尝、環(huán)境條件檢測(cè)、安全、協(xié)同制造和實(shí)時(shí)優(yōu)化策略等坏表。對(duì)于PLC供應(yīng)商來說缆月，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)策略應(yīng)是：在發(fā)達(dá)地區(qū)擴(kuò)大市場(chǎng)份額，在發(fā)展中地區(qū)迅速贏得市場(chǎng)幢堕，而對(duì)本土市場(chǎng)則要警惕外來供應(yīng)商的進(jìn)入践涧。
PLC技術(shù)及其產(chǎn)品之所以表現(xiàn)出如此旺盛的生命力，植根于它不斷能根據(jù)自身技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展需要闷邑，通過全面吸收數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)新發(fā)展的技術(shù)內(nèi)容弹梁，以及通過推廣應(yīng)用IEC 61131的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，追求編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化峦拥，將現(xiàn)代軟件的特征賦予PLC的傳統(tǒng)編程語言动院，從體系結(jié)構(gòu)、控制任務(wù)和控制要求的軟件描述等多方面對(duì)傳統(tǒng)PLC加以改造歧坚，從而形成了現(xiàn)代PLC芽堪。因此，即使多年來它經(jīng)常受到各種技術(shù)(例如基于 PC的控制沛药、近年出現(xiàn)的可編程自動(dòng)控制器PAC等)的挑戰(zhàn)苍煎，但是PLC作為自動(dòng)控制的核心地位依然不可動(dòng)搖。
工業(yè)控制方面的專家估計(jì)柬焕，對(duì)于離散制造業(yè)的控制要求來說审残，80%的PLC都是用于小型系統(tǒng)(I/O少于128點(diǎn))；78%的PLC其I/O都是數(shù)字量或者開關(guān)量斑举；80%的PLC應(yīng)用采用20來個(gè)梯形圖指令就可解決問題搅轿。有人把這些概括為“80-20”法則。它從應(yīng)用的觀點(diǎn)揭示了傳統(tǒng)PLC以其簡(jiǎn)單適用富玷、價(jià)格低廉璧坟、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)滿足了80%的工業(yè)控制要求。這也告訴人們赎懦，從實(shí)用的角度來看雀鹃，傳統(tǒng)的PLC至今仍不可能被擠出控制舞臺(tái)的基本原由。
余下20%的控制要求傳統(tǒng)的PLC難以滿足励两，需要由現(xiàn)代PLC或者PC控制或PAC來滿足黎茎。那么，該怎么選擇呢伐蒋？我們先看傳統(tǒng)PLC和基于PC的控制之間存在的區(qū)別工三。
一 傳統(tǒng)PLC和PC控制之間的區(qū)別及其存在的問題
傳統(tǒng)PLC是指按處理邏輯運(yùn)算和順序控制的要求設(shè)計(jì)、采用按經(jīng)典掃描方式運(yùn)行的專用硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)曲苛、具有確定性控制特征、以處理開 關(guān)量I/O為主模擬量I/O為輔的程序可編的控制器。按照IEC 61131-3的軟模型岖习，傳統(tǒng)的PLC模型包括一個(gè)資源谨敏，運(yùn)行一個(gè)任務(wù)，控制一個(gè)程序创撼，且運(yùn)行于一個(gè)封閉系統(tǒng)中(見圖1)考皂。除了編制控制程序外，使用者無法控制或干預(yù)輸入采樣曼中、輸出設(shè)置和PLC例行程序遗酷。
基于PC的控制是指采用PC機(jī)的基本硬件軟件，實(shí)現(xiàn)PLC的控制功能肯绅，又充分利用PC機(jī)在通信笛驴、存儲(chǔ)、編程等方面的靈活性和性價(jià)比較高的系統(tǒng)芽接，其I/O通道可利用各種PC總線插槽饵逐，也可利用現(xiàn)場(chǎng)總線接入。它僅具軟實(shí)時(shí)彪标、非確定性特征倍权。若要實(shí)現(xiàn)硬實(shí)時(shí)、確定性等特性捞烟，需將現(xiàn)行操作系統(tǒng)改造為具有硬實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)薄声。由此可見，基于PC的控制存在的主要問題是與生俱來的题画。
PC控制存在的主要問題是：
(1)穩(wěn)定性默辨。通用的操作系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，不能實(shí)現(xiàn)確定性控制婴程，且容易死機(jī)廓奕，以致不得不實(shí)施非計(jì)劃重啟；
(2)可靠性档叔。非工業(yè)用加固部件和旋轉(zhuǎn)式硬盤容易產(chǎn)生故障桌粉；
(3)陌生的編程環(huán)境。應(yīng)用開發(fā)和維護(hù)人員熟悉PLC的編程工具衙四，不熟悉PC系統(tǒng)的編程環(huán)境铃肯；
(4)沒有統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)，針對(duì)不同的控制任務(wù)(如I/O凹毛、通信或運(yùn)動(dòng)控制宦逃、先進(jìn)控制)，PC常常要求不同的開發(fā)環(huán)境鸳岩。
因此柄哀，目前往往采用PLC+PC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嘱董，PLC通過串口或以太網(wǎng)口與PC機(jī)通信，由PLC進(jìn)行控制把丹，PC則聯(lián)網(wǎng)图兑、作流程顯示、數(shù)據(jù)和文字處理躯法、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等功能蔫卦，讓它們各自發(fā)揮所長(zhǎng)。
二 傳統(tǒng)PLC和現(xiàn)代PLC的主要差別
IEC 61131-3的軟件模型(見圖2)是現(xiàn)代PLC的軟件基礎(chǔ)滚蚪，是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)性的理論工具桨座，幫助人們完整地理解除編程語言以外的全部?jī)?nèi)容，也為PLC硬件突破原有體系結(jié)構(gòu)(即在一個(gè)PLC系統(tǒng)中裝插多個(gè)CPU模塊)蛉幸，并進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)破讨，奠定了理論基礎(chǔ)。軟件模型將其最上層解決一個(gè)具體控制問題的完整軟件概括為一個(gè)“配置”巨缘。它專指在一種特定類型的控制系統(tǒng)添忘，包括硬件裝置、處理資源若锁、I/O通道的存儲(chǔ)地址和系統(tǒng)能力的環(huán)境下的控制軟件搁骑。它等同于一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。在一個(gè)“配置”中又可定義一個(gè)或多個(gè)“資源”又固≈倨鳎可把“資源”看作能執(zhí)行IEC程序的處理手段，它反映PLC的物理結(jié)構(gòu)仰冠，在程序和PLC的物理I/O通道之間提供了一個(gè)接口乏冀。這就是說每個(gè)資源都可擁有一個(gè)處理器。
傳統(tǒng)PLC與現(xiàn)代PLC的主要差別見表1洋只，其本質(zhì)差別在于它們的軟件模型的完全不同辆沦。由此形成了現(xiàn)代PLC的多CPU模塊的架構(gòu)。
三 現(xiàn)代PLC和PAC的主要差別
為了弄清現(xiàn)代PLC和PAC的區(qū)別(見表2)驮尘，有必要對(duì)PAC的定義有一清晰的認(rèn)識(shí)丛滋。2004年美國(guó)ARC咨詢集團(tuán)的C.Resnick通過對(duì)PAC五大特征的描述做出以下定義：
(1)PAC具備多個(gè)專業(yè)的功能性，在一個(gè)平臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)包括邏輯和順序控制温辉、運(yùn)動(dòng)控制技窝、驅(qū)動(dòng)控制和過程控制的功能；
(2)PAC具有單一卻又滿足多專業(yè)控制要求的開發(fā)平臺(tái)亡铺，采用共用的變量標(biāo)簽(tagging)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫叙冕；
(3)PAC的軟件開發(fā)可提供按流程或加工過程的設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)直接針對(duì)若干機(jī)器或處理單元厕猴，按狀態(tài)(步)鹉某、激活狀態(tài)(動(dòng)作塊)和轉(zhuǎn)移條件進(jìn)行主靡；
(4)PAC具有開放的、模塊化的體系結(jié)構(gòu)仲峡，適用于從工廠自動(dòng)化到流程工業(yè)的單元操作聂袱；
(5)PAC采用事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)接口溯内、編程語言酵逾、安全等各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使異型和異構(gòu)的系統(tǒng)之間能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換闷畸。
現(xiàn)代PLC的高端產(chǎn)品往往也具備這些特征尝盼。只不過這些高端PLC產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)這些功能性時(shí)采用了有別于PAC的技術(shù)路線。一般而言PAC只有一個(gè)CPU模塊佑菩，采用具有硬實(shí)時(shí)特征的商用操作系統(tǒng)盾沫；而現(xiàn)代PLC的高端產(chǎn)品卻在PLC的傳統(tǒng)背板結(jié)構(gòu)上，即在主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架上插裝多個(gè)CPU模塊的新型結(jié)構(gòu)殿漠。這些CPU模塊可分別選用專門用于邏輯控制赴精、順序控制的CPU模塊、運(yùn)動(dòng)控制用的CPU模塊绞幌、過程控制用的CPU睦儆矗 塊，甚至內(nèi)嵌Windows操作系統(tǒng)的CPU模塊莲蜘。在這種PLC系統(tǒng)中每個(gè)CPU模塊都執(zhí)行某一種控制任務(wù)谭确，控制與其所執(zhí)行任務(wù)相關(guān)的I/O模塊的 存取票渠；它們之間的聯(lián)鎖和協(xié)調(diào)信息通過同一PLC系統(tǒng)的系統(tǒng)總線來交換逐哈，而不是由執(zhí)行不同任務(wù)的PLC系統(tǒng)通過控制網(wǎng)絡(luò)來交換，速度更快也 更可靠裙闪。
傳統(tǒng)的主流PLC供應(yīng)商寧肯仍然把它稱為PLC蒙玩，而不愿將它們叫做PAC。因此俯够，現(xiàn)代PLC和PAC的主要差別應(yīng)該在于軟件绅刨，而不是在于功能或其他別的性能。
現(xiàn)代PLC秉承傳統(tǒng)PLC的專用硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特征桨拉，這是PLC工作穩(wěn)定凡盔、可靠的軟件保證。在此基礎(chǔ)上提高其工作性能和功能性涎捆。
PAC的軟件則分成兩類：
(1)以現(xiàn)有的PLC控制軟件為基礎(chǔ)幅瑞，增加其控制的功能性、可靠性和易用性灯葡；
(2)以PC控制的軟件為基本出發(fā)點(diǎn)蒙便。
基于PLC的控制軟件最顯著的特征是嚴(yán)格按掃描方式組織的控制程序狮屏。即使增加新的功能性(如以太網(wǎng)通信、運(yùn)動(dòng)控制和先進(jìn)控制算法)也是讓這些新功能插入現(xiàn)有的掃描結(jié)構(gòu)仓陆。傳統(tǒng)PLC只允許嚴(yán)格按掃描周期執(zhí)行輸入采樣瞎嬉、程序執(zhí)行和輸出設(shè)置；現(xiàn)代PLC則可以區(qū)別不同性質(zhì)的程序(如僅執(zhí)行一次的初始化程序厚柳、快速執(zhí)行的控制程序氧枣、慢速執(zhí)行的顯示程序等)設(shè)置不同的掃描時(shí)間，以提高整體的控制響應(yīng)别垮。這種程序執(zhí)行方式易于快速構(gòu)建控制系統(tǒng)便监，但也使使用者完全不了解PLC底層的運(yùn)行情況，從而造成它缺少靈活性碳想。
基于PC控制的控制軟件具有靈活的通用編程語言烧董，可對(duì)硬件的內(nèi)部運(yùn)行作深層地存取，并將可靠性胧奔、實(shí)現(xiàn)確定性和默認(rèn)的控制結(jié)構(gòu)加以組合集成逊移。雖然也可讓它按掃描方式運(yùn)行，但這并不是PC控制軟件所固有的龙填。這樣就保證了PC軟件的靈活性胳泉，使之更適合于高級(jí)結(jié)構(gòu)化的編程技巧的要求，或者更適合于系統(tǒng)級(jí)的控制應(yīng)用觅够。反過來說胶背，對(duì)于邏輯控制和順序控制，用這種方法編程卻會(huì)帶來不便尽由。還要指出的是爹蒋，基于PC控制的控制軟件如果要具備硬實(shí)時(shí)特性和控制的確定性，不能采用通用的野戏、只能實(shí)現(xiàn)軟實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)遵非，而是一定要采用具有硬實(shí)時(shí)特性的操作系統(tǒng)，如Windows CE(對(duì)小系統(tǒng))哺挺、Windows NTe(對(duì)大系統(tǒng))或其他硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)华媳，如QNX、VxWorks暴姓、Venturcom RTX娇紊、ThreadX、pSOS等湿儡。
PAC的控制軟件的組織結(jié)構(gòu)吸收了兩者的長(zhǎng)處触茎，同時(shí)具備兩者的特性和強(qiáng)項(xiàng)，因此更便于解決工業(yè)控制中傳統(tǒng)PLC不能對(duì)付的高端問題(≤20%的控制任務(wù))处榔。
從硬件上來講希俩，PAC也分為兩種不同的結(jié)構(gòu)吊宋，即以美國(guó)NI為代表的基于PC的結(jié)構(gòu)，其特征是其卡件采用了適合工業(yè)環(huán)境的PXI總線(即用于儀器的擴(kuò)展型PCI總線颜武，把PCI總線的電路特性和CompactPCI的堅(jiān)固的歐卡機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合)璃搜，NI、Chroma鳞上、LeCroy和JTAG等目前可提供1000多種卡件这吻，除了一般的I/O之外，運(yùn)動(dòng)控制因块、視覺檢測(cè)識(shí)別等特殊功能卡件是其重要特色橘原。另一種則是以GE-FANUC的PACSystem系統(tǒng)為代表的基于PLC背板結(jié)構(gòu)(VME64或PCI總線)的PAC，其控制引擎建立在標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式體系結(jié)構(gòu)之上涡上，其高端的RX7i所用的CPU為Intel Pentium III 300MHz(或700MHz)，其低端的RX3i采用Celeron 300MHzCPU拒名，選用商用的具有確定性的操作系統(tǒng)吩愧，支持通過標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng)、Profibus增显、DeviceNet和GE自己的Genius網(wǎng)絡(luò))的分布式I/O慎瓮。在這個(gè)意義上，PACSystem系統(tǒng)也是基于工業(yè)PC的系統(tǒng)伊丘。不過還要支持與GE原 來的PLC Series 90-70和Series 90-30的I/O兼容捧法。
四 PAC的價(jià)值所在
PAC的所有部件均按軟件和硬件集成最靈活、最方便异瞭、成本最低為出發(fā)點(diǎn)裹五，因此它是跨機(jī)械自動(dòng)化、電氣自動(dòng)化睛宝、儀表自動(dòng)化捅县、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的。這些特點(diǎn)使最終用戶獲得以下收益：設(shè)備的生命周期成本較低酬楚，資產(chǎn)的投資回報(bào)率提高猪晰，資產(chǎn)所有者總成本下降。
與傳統(tǒng)的按專業(yè)劃分的體系結(jié)構(gòu)相比谜珠，PAC創(chuàng)造了另外一種商業(yè)機(jī)會(huì)状寨，公共的集成開發(fā)環(huán)境將降低項(xiàng)目開發(fā)成本和實(shí)現(xiàn)成本，促使項(xiàng)目的總費(fèi)用經(jīng)得起各方面的比較推敲士修，從而增加了占領(lǐng)更多市場(chǎng)的機(jī)會(huì)枷遂。
應(yīng)用PAC將會(huì)把著重點(diǎn)從以硬件為核心，持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)向以開放的通信標(biāo)準(zhǔn)和軟件集成為核心李命。PAC將引導(dǎo)用戶去關(guān)心如何更好去監(jiān)控和控制與硬件相連接的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程登淘，讓他們更多地去關(guān)注系統(tǒng)的整體性能箫老，而更少地關(guān)注硬件本身。反過來這又促使PAC的供應(yīng)商更多地去思考系統(tǒng)的優(yōu)化和性能黔州，而較少地去考慮硬件和元器件等級(jí)的差異耍鬓。PAC制造廠還可通過基于Web的監(jiān)控向運(yùn)行工廠提供維護(hù)服務(wù)，操作人員可訪問運(yùn)行廠的網(wǎng)頁流妻，維護(hù)技術(shù)人員可直接通過Web從工廠層獲得診斷信息牲蜀，并找出故障之所在。
五 PAC自動(dòng)化市場(chǎng)的影響及PLC穩(wěn)固的市場(chǎng)地位
在今天各類制造廠正在持續(xù)地將服務(wù)范圍從與用戶協(xié)商轉(zhuǎn)向交鑰匙工程全程承包绅这。用戶則把更多的精力集中在提高核心競(jìng)爭(zhēng)力涣达，而把自動(dòng)化和控制的功能委托給自動(dòng)化的供應(yīng)商。這就創(chuàng)造了對(duì)服務(wù)和支持的更大需求证薇，而PAC的多功能度苔、多專業(yè)的能力正是可利用和可依托的開發(fā)、實(shí)現(xiàn)和強(qiáng)化服務(wù)的工具和環(huán)境猬肖。
是不是PAC會(huì)取代PLC呢余窖？PAC是在PLC和PC控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而PC控制也是建立在PLC的基礎(chǔ)上的函以。所以可以說森片，PAC源于 PLC，在某些方面高于PLC轨畏，或者說是在高端向PLC發(fā)起挑戰(zhàn)毯炊。但它難以取PLC而代之，因?yàn)閱渭冞壿嫼晚樞蚩刂七€是有很大的市場(chǎng)瞄隶。PLC本 身一直在發(fā)展推進(jìn)态素，有許多近年來推出的PLC新系列就具有PAC的特征和多功能，但廠家仍把它叫做PLC而不稱之為PAC绵盔。由于PLC在自動(dòng)化 市場(chǎng)中歷經(jīng)考驗(yàn)而始終在穩(wěn)固發(fā)展壁万，它的特點(diǎn)和特色引起了其他一些控制系統(tǒng)裝置如DCS開發(fā)商的重視和借鑒。最近老牌DCS供應(yīng)商Invensys Foxboro推出了A2 T2550系列就是基于PLC的DCS系統(tǒng)璃璧，其強(qiáng)大的過程控制功能和PLC的低價(jià)的特點(diǎn)荔鸵，既可作為獨(dú)立的系統(tǒng)又有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)能 力，使它在DCS的解決方案中獨(dú)樹一幟踊跟。
綜上所述踩验，我們?nèi)匀豢上乱韵抡摂啵篜LC、PC控制和PAC會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都共處于自動(dòng)化市場(chǎng)商玫，PLC仍居主要地位箕憾。
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