紫金桥浅谈PAC发展

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。

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。

如今工控市场上PAC作为最新自动化技术显得异常炙手可热,在这里笔者先谈一点对PAC概念的理解和对PAC产品的看法。最后介绍一下国内组态软件紫金桥对PAC产品的支持。

一、PAC概念的提出

PAC是2001年由ARC咨询集团的高级研究员Craig Resnick提出的,定义如下:

1. 具有多重领域的功能,支持在单一平台里包含逻辑、运动、驱动和过程控制等至少两种以上的功能。2. 单一开发平台上整合多规程的软件功能如HMI及软逻辑, 使用通用标签和单一的数据库来访问所有的参数和功能。3. 软件工具所设计出的处理流程能跨越多台机器和过程控制处理单元, 实现包含运动控制及过程控制的处理程序。4. 开放式, 模块化构架, 能涵盖工业应用中从工厂的机器设备到过程控制的操作单元的需求。5. 采用公认的网络接口标准及语言,允许不同供应商之设备能在网络上交换资料。

二、PAC技术的发展趋势及其技术特点

PAC技术是一种新型的控制技术,与PLC相比,具有开放的体系结构和优秀的互操作性、灵活性;与PC相比,又具有更高的稳定性和更好的实时性,因此能更好地满足现代工业自动化的要求,是目前工业自动化领域研究的热点之一。

1、PAC控制技术产生的背景

自20世纪70年代,PLC取代了原有的继电器控制系统以来,被广泛地使用到各种控制系统中,成为自动化领域中极具竞争力的控制工具。其优势为:高可靠性和稳定性。但传统PLC的体系结构是封闭的,各PLC厂家的硬件体系互不兼容,编程语言及指令系统也各异,当用户选择了一种PLC产品后,必须选择与其相应的控制规程,并且学习特定的编程语言。尽管如此,PLC还是在很多工业应用中被使用。据来自ARC、联合开发公司(VDC)以及网上PLC培训资源PLC.net的专家估计,80%的PLC用于小型应用(1~128I/O);78%的PLC的I/O是数字的;80%的PLC应用问题可由20条梯形逻辑指令集来解决。但是,如果要在工程中开发剩余的20%的应用时,我们就不得不突破PLC的限制了。

20世纪90年代,随着计算机技术的不断提高与发展,人们开始考虑使用PC机来进行系统控制,以求通过PC来满足剩余的20%的应用,给用户带来更多的选择。在许多工程应用中,PC机已能实现原来PLC的控制功能。并且具有更强的数据处理能力、强大的网络通讯功能以及能够执行比较复杂的控制算法和其近乎无限制的存储容量等优势。但是基于PC的自动化控制也有其不足之处,其设备的可靠性、实时性和稳定性都较差,而这3个方面正是在工业现场经常需要克服的问题。

2、PAC控制技术的特点及其优势

由于PC和PLC都有其各自的优缺点,因此,人们开发出了新的控制器来解决20%的应用,并把PLC和PC的特性最佳地结合在一起。市场调查公司ARC咨询机构首次采用了PAC或可编程自动化控制器这一术语,它定义了一种新类型的控制器,该控制器是由一个轻便的控制引擎作为支持,并且提供了多种功能的开发工具。这种控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势,以及PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性。在ARC的“可编程逻辑控制器世界概览”研究中,ARC提出了PAC的5个重要特点。分别为:①多功能性,在一个平台上至少有两个逻辑、运动、PID控制、驱动和处理功能;②单一的多功能开发平台使用通用的标记和单个数据库来访问所有的参数和功能;③通过结合IEC61131—3,用户向导和数据管理,软件工具能设计出在跨越多个机器和处理单元的处理流程;④开放的,模块化结构能解决从工厂机器布置到加工车间中单元操作的工业应用;⑤采用既定的网络协议和程序语言标准来保障用户的网络数据交换,如TCP/IP,OPC.XML和SQL查询语言。

三、简要介绍国内外市场上出现的PAC产品

PAC概念提出后得到GE Fanuc公司的积极响应,并陆续发布了其PACSystems系列产品RX3i与RX7i。北美PLC主导厂商Rockwell Automation也于2003年11月宣布其ControlLogix和CompactLogix PLC事实上就是PAC。另外,NI、台湾泓格等公司也都相继推出各自的PAC系统。

1、GE Fanuc的PAC

PAC操作系统采用通用实时操作系统,如GE Fanuc的PACSystems系列产品即采用通用、成熟的 WindRiver公司VxWorks嵌入式实时多任务操作系统,AC系统硬件结构采用标准、通用嵌入式系统结构设计,这样其处理器可使用最新的高性能CPU,如PACSystems系列产品的CPU即采用Pentium III 300/700MHz处理器。

PAC系统通常采用标准、开放的背板总线,如PACSystems系列RX7i采用VME64总线;RX3i采用cPCI总线,这两种总线是目前嵌入式控制领域中流行的总线标准,均可支持多CPU并行处理功能,且由于采用标准开放背板总线,使得PACSystems系列产品可支持大量第三方模块集成到PACSystems产品中,如CPU模板、通信模板、I/O模板等,体现了系统的开放性、优越性。一个典型例子是PACSystems系列可支持2.1G通信速率,使用光纤映射内存技术。

中国市场对于PAC系统表现了很强的接受能力。仅在2004年第一季度,GE Fanuc就宣布其PAC系统在中国的定单超过200套。其PACSystems系列产品在GE Fanuc产品结构中占据了很重要的位置,它的市场份额逐年扩大。

2、NI公司的PAC-Compact FieldPoint和Compact RIO和Compact Vision System, 前两者特別强调的是搭配Labview软件的, 目前NI公司在测量自动化领域具有相当高的地位, NI的视觉系统则是说明了PAC系统在单一平台上可以运行视觉/运动控制/人机界面等等能力。

3、研华公司ADAM-5000, ADAM-6000等PAC产品。研华公司的PAC, 主要是ADAM-5000和UNO系列, 使用80188/80186 CPU,ADAM-5510KW采用的是RTOS搭配KW-software公司的ProConOS软逻辑运行引擎, UNO系统采用Windows CE.net实时操作系统, 也可搭载ProConOS, 软逻辑编程工具MulitiPROG有别于传统PLC编程工具, 它在这种平台上特別针对实时多任务提供给用户可选的多任务优先级别设置, 多看门狗以确保系统的实时性, 這些都是一些有别于PLC/IPC系统的突破, 当然一些想用高级语言编程的传统IPC用户, 则可以选用微软公司的Visual Studio.net(EVC++/VB.net/C#.net)自行开发。

4、泓格科技产品WinCON-8000基于32位RISC处理器与实时操作系统(RTOS)。泓格的PAC系统以WinCon(Windows CE.net)/LinCon(Embedded Linux)/KinCon(含KW-software)具代表性,为了保证系统的稳定性,  BIOS在RISC系统里称作BootLoader, 与Windows CE.net的映像文件(image file)是被放置于32MB的Flash ROM里面, 至于其他的驱动程序/应用软件/存储数据等等则置放于CF Card內, 这种设计有别于IPC, 操作系统是可以保证不受病毒感染的, 此外在通讯方面, 此系统可以支持一个以上的乙太网口, 目前非常多的系统里要求远程监控, 这类PAC要连接GPRS modem可以说是轻而易举, 但是要达到双向传输, 可就不是一件容易的事, 由于WinCon-8000采用的是开放式的架构, 可以內置一些原來IT业界很好的软件, 为了突破GPRS在电信运营商在通讯上网关动态IP的限制, 內置了一套iPush信息传递引擎, 透过iPush Server, 可以容易的让用户透过GPRS modem从远端下载程序到控制器上, 也可以透过Web service很容易的同时监看到所有远端设备的实时状态。

四、紫金桥组态软件对PAC的支持

紫金桥组态软件支持绝大部分通用的PAC,如完全支持GE Fanuc公司的PACSystems系列产品RX3i与RX7i,包括SNP串行通讯和以太网两种方式;紫金桥组态软件对Rockwell Automation公司ControlLogix等支持也比较好。

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