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PLC、PAC和IPC三足鼎立

作者:Krzysztof Pietrusewicz,PhD,Łukasz Urbański,MSc,West Pomeranian University of Technology2011.07.19阅读 19466

  基于控制器的应用在选择控制器的时候面临着抉择:简单并且具有鲁棒性www.cechina.cn,还是开放式并且具有多种功能?数学上,这叫不确定性,但是在自动化领域中,不论如何称呼逻辑器件,工程师都应该知道对于具体应用,控制器的哪种功能才是最合适的。


  在2001年,ARC咨询集团的分析师Craig Resnick提议使用一个新名词来命名这种新型的控制器(PAC,可编程自动化控制器),此缩写源自于市场观察。可编程控制器的功能被主要的自动化国际供应商进一步扩充。

上图:AutomationDirect公司的Click微型砖式PLC带有标准CPU单元,具有8组独立的输入和6组独立的输出,可选4种内嵌I/O类型。

  供应商使用缩写PAC来描述这一类具有类似硬件——软件结构的产品。由于功能特性十分广泛,所以明确地定义每一台控制器是PLC或者是PAC有点困难。即使一台小型PLC都可以通过使用Matlab/Simulink自动代码生成工具进行编程。归功于紧凑型闪存(CF)接口,同样的控制器可以具有8GB到32GB的数据存储空间,作为数据采集和分析工具,完成设备的预发性维护。归功于虚拟接口技术,同样的控制器可以作为整个过程的远程网关使用。
  PAC定义
  可编程自动化控制器(PAC)的如下特点,使其在功能特性上区别于典型的PLC:
  ·多领域功能性——逻辑、运动、连续控制系统可以在同样的硬件平台上实现。
  ·单一多学科开发平台——数据标签存储在通用数据库上。
  ·一种工具实现所有编程作业——一次可以为一台以上的设备进行控制逻辑、运动控制、HMI设计。
  · 开放、模块化的体系结构使工程师可以只选择所需设备。
  ·支持多种通讯标准(从异步通讯到确定性通讯)和多种编程语言(符合IEC61131-3标准的编程语言以及更高等级的编程语言)——工程师可以简单有效地设计多供应商系统。
  但是随着PLC技术的出现,一些公司审视了PLC和PAC技术上的差别,然后选择使用PAC缩写命名其产品,即使他们的产品并未具备上述所列的所有特性。
  自从2002年www.cechina.cn,可编程控制器发生了很多变化:
  ·PLC的功能特性包括开放式的通讯标准。

PLC硬件结构

PC硬件结构

PAC控制器结合了PC和PLC的硬件/软件体系结构,在一个有效的系统中提供灵活性和鲁棒性。

PC-RT硬件结构

National Instruments公司的PXI系列控制器提供双启动操作系统版本——实时操作系统和嵌入式操作系统,采用微软公司的Windows XP Professional操作系统和Microsoft Windows 7操作系统。这种设计区别于图示,仅可以以一种系统模式启动。

  ·很多符合IEC61131-3的工具,支持ANSI C甚至C++和C#,扩展了标准编程语言的种类(IL、LAD、ST、SFC、FBD)。
  ·小型控制器配备大容量数据存储器(8GB和更多)。
  ·以太网TCP/IP成为PLC上使用最多的编程接口。
  ·PLC的软件体系结构基于实时确定性多任务操作系统。
  各种功能特性的混合,使得定义一台控制器是PAC还是PLC有点困难。一种简单定义方法认为PAC将PC的灵活性和多功能与PLC的鲁棒性完美结合。
  PAC控制器结合了PC和PLC的硬件/软件体系结构,在一个有效的系统中提供灵活性和鲁棒性。
  双系统操作
  最近几年,用户搭建了一些双操作系统结构的应用。例如Beckhoff Automation公司基于微软公司Windows XP Professional 操作系统的TwinCAT PLC以及B&R公司基于微软公司Windows XP Professional 操作系统的AR010系统。
  National Instruments公司的PXI系列控制器提供双启动操作系统版本——实时操作系统和嵌入式操作系统,采用微软公司的Windows XP Professional操作系统和Microsoft Windows 7操作系统。这种设计有别于图中所示,仅可以以一种系统模式启动。
  功能、分类
  随着PLC的功能被扩展、新型控制技术逐步面世,自从2001年以来,控制器的定义范畴需要重新评估了。
  越来越多的现代化工程工具可以应用于微软公司的Win7 32位操作系统上。64位计算机的使用越来越少,但是这并不是问题。最先针对微软公司Win7操作系统升级的编程工具(用于控制应用的开发)于2010年中发布。
  可编程控制器的开发工具将持续升级直至2011年。其他公司也在致力于升级64位版本的工具,大多数升级将会于年底完成。

2001年的PAC:“自动化供应商持续提升PLC产品,以竞争商机,满足客户需求。更多的功能性造就了一种新型的系统。可编程自动化控制器提供开放式的工业标准、扩展的功能特性、通用开发平台和卓越的性能。ARC咨询集团使用了这个新的名词来帮助用户定义其应用需求,帮助制造商更明确地表述其产品的功能。”ARC咨询集团的Craig Resnick在2001年如是说道。

2011年的PAC:多亏了双系统功能(例如Beckhoff Automation公司的TwinCAT和B&R公司的AR010),个人计算机获得了与PAC同样的控制软件功能(具有更多低价的资源)。耐用性和硬件可靠性依旧保持几年前的水平。PLC的软件功能逐年提升。现代PLC能够提供一整套功能模块,可以满足所有应用需要。现场可编程门阵列(FPGA)的先进、灵活的工程工具,使用户甚至可以将可编程逻辑控制结构写入FPGA(加上可编程器件上的系统——内嵌于FPGA内部的基于软件的系统)。软件功能也是一样,但是典型的FPGA开发工具不包含CE认证www.cechina.cn,所以用户必须使用合适的专为此应用设计的外壳以确保耐用性。在所有的模块中控制工程网版权所有,有两种闻名已久:Altera公司的带有Nios II软件处理器(可以在Mathworks公司的Matlab/Simulink环境下找到了Altera公司的DSP设计工具箱,快速进行控制功能的原型搭建)的Cyclone/Stratix FPGA系列产品和带有Micro- Blaze软处理器(也具有被称为System Generator的Matlab/Simulink自动代码生成工具用于DSP设计)的Xilinx公司的Virtex和Spartan系列FPGA产品。带有FPGA的新型微控制器也已经上市(例如Actel公司的SmartFusion2)。

  自动代码生成
  符合IEC61131编程语言标准的编程工具的数量越来越多。用户在应用编程的时候可以跳开梯形图模式的束缚,有3种或者更多语言可选,包括结构文本。
  新型编程软件提供更好的机会,例如用于可编程控制器的自动代码生产功能。此功能允许熟悉MathWorks公司的Matlab/Simulink环境的用户为控制任务快速设计并安装控制算法。控制策略的研究和开发是新产品开发的重要一步,能够减少新产品开发“投放市场的时间”,这就是采用这种机电一体化方法或者称为基于模型的设计方法的原因。
  自动代码生产工具如下所列,以及这些工具所针对的控制器。


  未来控制系统
  控制系统会如何发展?自动化产品供应商正在其系统中加入安全技术。更多的供应商在编程工具中加入运动控制功能。

Siemens公司的Simatic S7-1200控制器和HMI基础可编程面板具有一个工程软件包。

Beckhoff Automation公司的CX5000嵌入式PC采用了Intel公司的Atom节能技术,提供1.6GHz的处理能力,耐用的镁外壳和抗电磁干扰能力。

NI cRIO-9025嵌入式实时控制器具有宽广的工作温度区间控制工程网版权所有,使用了FPGA(可擦写)和LabView图形编程软件。

Phoenix公司的Contact Nanoline PLC具有一个基站。nLC-055的4功能数学功能和集成模拟输入提升了灵活性。

Rockwell Automation公司的Allen-Bradley Control- Logix L73和L75可编程自动化控制器将过程、离散和运动控制功能集成在一起。

Opto 22 Snap-PAC-R1-W有线+无线可编程自动化控制器提供了IEEE 802.11a/b/g Wi-Fi无线网络和有线以太网网络。

人机接口可以与PC或者PLC集成,B&R公司的工业自动化面板PC725可以直接在设备应用。

  快速建模是最具创新的方法,未来应用也引入这些功能。在2020年,控制体系结构会保持极大的开放性,在不同供应商提供的控制方案和硬件模块之间的切换不再是问题,哪怕对于处理器和编程工具也是如此。这会加速当今正持续扩张的面向对象的编程工具的自然进化。工具的重要性将会降低,由于编程团队解决问题将会更加有效,这源于现代控制系统所提供的保证。

 

 

标签:IPC,PAC,PLC,对比,
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