實施一個現(xiàn)代化的工業(yè)應(yīng)用會引出一系列問題，有時甚至是艱巨的復(fù)雜要求。比如，眾所周知，典型的控制系統(tǒng)必須接收傳感器和激勵發(fā)出的信號，但對于許多現(xiàn)代應(yīng)用，這僅僅是一個開始。先進的控制功能、網(wǎng)絡(luò)連通性、設(shè)備的互操作性及企業(yè)數(shù)據(jù)整合都是工業(yè)應(yīng)用中所越來越強調(diào)的。

    這些現(xiàn)代化的要求大大超出了傳統(tǒng)基于離散邏輯的可編程邏輯控制器（PLC）對I/O信號的控制。大多數(shù)PLC使用梯形邏輯編程，它起源于用來描述控制系統(tǒng)內(nèi)布局和連接的離散物理繼電器及定時器的接線圖。

對于這一模式的偏離或需要擴展的應(yīng)用，梯形邏輯編程有些力不從心。例如，數(shù)學(xué)上的復(fù)雜應(yīng)用，如PID回路控制應(yīng)用于溫度控制包括浮點算法等。為了執(zhí)行這些計算， PLC往往須增加獨立和單獨編程的硬件卡。

    使用PLC來滿足應(yīng)用中的網(wǎng)絡(luò)連通、設(shè)備互操作、企業(yè)數(shù)據(jù)整合等要求時可能會遇到問題。這些類型的任務(wù)往往更適合PC來處理。

    為了在PLC的應(yīng)用中提供這些功能，需要在獨立PC中運行更多的處理器、網(wǎng)關(guān)或轉(zhuǎn)換器、“中間件”軟件，且企業(yè)系統(tǒng)中的特殊軟件必須經(jīng)常與系統(tǒng)進行整合。

另一方面，一臺用于工業(yè)環(huán)境下的PC能提供大量的現(xiàn)代應(yīng)用功能，尤其是那些需要聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)通訊功能的。如同將PLC擴容至完成PC的任務(wù)，但是，工業(yè)用PC需要執(zhí)行類似PLC的任務(wù)如機器或過程控制，同樣需要擴展。

    例如，一臺PC所使用的操作系統(tǒng)大多并不是高性能、確定性工業(yè)應(yīng)用的最佳選擇。附加I/O擴展卡或特殊擴展可能需要融入PC的操作系統(tǒng)中以提供高性能、確定性或類確定性操作。

進入PAC

    隨著現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用需求范圍擴大，自動化生產(chǎn)商已經(jīng)做出積極回應(yīng)，一項融合PLC類似確定性機器的工業(yè)控制設(shè)備或擁有靈活配置的過程控制，使企業(yè)能基于PC系統(tǒng)進行優(yōu)勢整合的設(shè)備誕生。這個設(shè)備即被定義為可編程自動化控制器，或者叫PAC。

    來自ARC咨詢公司的工業(yè)分析家Craig Resnick在2002年首創(chuàng)了“PAC”的定義。ARC創(chuàng)造這一新名詞基于2個原因：幫助自動化硬件用戶更好地確定他們的應(yīng)用需求；給予自動化硬件商一個更明確的概念用于幫助他們闡述產(chǎn)品功能。

    合并PLC和PC技術(shù)用于工業(yè)控制的想法之前已出現(xiàn)過，但是只有通過如前述的“添加”的方法來實現(xiàn)，其中附加的中間件、處理器與一個或多個PLC協(xié)同工作。一個PAC，擁有先進的功能，需要納入設(shè)計中。

    例如，執(zhí)行功能包括計數(shù)、閉鎖、PID回路控制、數(shù)據(jù)采集及傳輸，一個典型的PLC控制系統(tǒng)需要更多的、價格較昂貴的過程硬件。一個PAC則內(nèi)置了以上所有功能。

PAC的矚目之處在于模塊化的設(shè)計和架構(gòu)，同樣使用開放式的架構(gòu)提供擴展性和設(shè)備及商用系統(tǒng)的互聯(lián)性。特別的是，PAC冠以高效處理及I/O掃描的特點，并以多種方式使其能夠融入企業(yè)的商用系統(tǒng)。根據(jù)ARC，可編程自動化控制器必須符合下列要求：

l         在多領(lǐng)域中的單一平臺上操作包括邏輯、運動、驅(qū)動和過程控制

l         采用一個單一的開發(fā)平臺，使用通用的標簽和一個單一的數(shù)據(jù)庫用于不同門類的任務(wù)開發(fā)

l         無縫集成控制器硬件和軟件

l         使用軟件工具進行編程能設(shè)計控制程序以支持跨越多個機器或設(shè)備的“流程”

l         在開放、模塊化的架構(gòu)中進行操作反映了工業(yè)應(yīng)用中從設(shè)備布局到過程中的單元操作

l         采用事實上的標準網(wǎng)絡(luò)接口，語言和協(xié)議，使數(shù)據(jù)交換成為網(wǎng)絡(luò)化的多供應(yīng)商系統(tǒng)的一部分

l         提供高效的處理和I/O掃描

優(yōu)勢所在

    定義一個PAC的典型同時也描述了在工業(yè)應(yīng)用中使用PAC的主要優(yōu)勢。這些特點包括獨立滿足復(fù)雜的要求而PLC需要額外的組件來完成，因為硬件和軟件的無縫集成，改善了控制系統(tǒng)的性能。

    集成硬件和軟件在編程時也是一個優(yōu)勢：集成開發(fā)環(huán)境（IDE）用于對PAC編程包括所有開發(fā)工具均能識別的通用標記名數(shù)據(jù)庫。PAC使用一個軟件包而不是來自不同廠商的多個軟件包來解決現(xiàn)有及將來可能的自動化需求。

       PAC的另一個優(yōu)勢是控制系統(tǒng)的升級非常簡單。模塊化的處理器硬件輕松替換，無需拔下傳感器和激勵的接線。由于其小巧的尺寸，一個PAC能為機柜節(jié)省寶貴的空間。

      PAC擁有現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)和通信能力，還能實時的獲取信息。這反過來使得數(shù)據(jù)收集更準確和及時，因此更有商業(yè)使用的價值。

至于價格上，PAC能夠提供多種經(jīng)濟方面的優(yōu)勢：

1.由于硬件的費用較低，開發(fā)和集成所花時間更少，所以控制系統(tǒng)的總成本降低。購買PAC的價格往往比在PLC上增加類似的功能更為經(jīng)濟。

2. 由于自動化系統(tǒng)的應(yīng)用范圍（也稱為其專業(yè)知識）的延伸，PAC在資產(chǎn)收益率，降低生命周期成本，降低總擁有成本（ TCO ）等方面都有提高。

3. 現(xiàn)金流動得到改善：添加I / O作為單獨的模塊意味著在初始的開發(fā)階段只需要最少數(shù)量的模塊，剩下的模塊到項目結(jié)束前再添加。

RTU和PAC

    遠程終端設(shè)備(RTU)類似控制器設(shè)備，安裝在遠程位置以收集傳感器和其他數(shù)據(jù)。流行了幾十年后，RTU通常被用來作為監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（ SCADA系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)，RTU向SCADA發(fā)送數(shù)據(jù)。RTU從SCADA主控接收信息而操控遠程位置上的現(xiàn)場設(shè)備上。

       RTU主要在遙遠的地理區(qū)域部署，以監(jiān)測，采集和控制遠程分散設(shè)備，如管道、井、起重機、或電信設(shè)施等。傳統(tǒng)的PLC在這些類型的應(yīng)用中不具備天然的通訊功能。另外， PLC一般不提供承受惡劣的野外環(huán)境條件，也沒有多數(shù)RTU應(yīng)用中所需的靈活I/O配置。

總的說來，RTU更強調(diào)其通訊功能的開發(fā)，適用于嚴酷環(huán)境，擁有靈活的I/O配置。

    然而，傳統(tǒng)的RTU通信能力通常是過時的，因為它們是在私營無線電或租用專線通訊網(wǎng)時期發(fā)展起來的。如今開放的，基于IP的有線和無線本地和廣域的網(wǎng)絡(luò)則更加靈活，而且價格更便宜。由于這一原因，改造現(xiàn)有的RTU或執(zhí)行新的應(yīng)用程序時，使用過時的RTU技術(shù)在商業(yè)或技術(shù)上是沒有太大意義的。

    相反地，PAC能提供卓越的通信能力，通用I / O選項，寬溫和振動規(guī)格，并使用當今領(lǐng)先的通信標準。這些特點使得PAC適合替代傳統(tǒng)戶外RTU，尤其是舊網(wǎng)絡(luò)，專有網(wǎng)絡(luò)等由于維修費用增加或過時廢棄的網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)采集

    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）基于PC設(shè)備，提供快速的信號采集、基本信號調(diào)試、數(shù)據(jù)保存功能和有限的聯(lián)網(wǎng)能力。多數(shù)DAQ系統(tǒng)是基于PC，在物理環(huán)境或遠程位置上的使用有一定限制。大多數(shù)DAQ系統(tǒng)更喜歡呆在實驗室里而非戶外的環(huán)境。

       PAC提供通用且靈活的信號偵測、調(diào)試及多線路。其擁有強大的處理器和大量的內(nèi)存，獲得的原始數(shù)據(jù)可以在傳送至數(shù)據(jù)庫用于其他應(yīng)用之前進行累加、校對或其他處理（例如，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程單位）。

    另外，數(shù)據(jù)可以保存在本地。由于PAC不是PC ，故不像PC需要較高的成本，它可以在現(xiàn)場應(yīng)用中隨意部署。所以PAC是個不錯的選擇。

    各種工業(yè)自動化供應(yīng)商現(xiàn)在提供PAC或類似PAC產(chǎn)品。在某些情況下，這些產(chǎn)品更像PLC，，而在其他情況下則更象是工業(yè)用PC 。如前所述，PAC與這些設(shè)備集成，從而使側(cè)重PLC或PC功能的設(shè)備可能會并不適用于你的應(yīng)用需求。

    在評估PAC或類似PAC自動化控制器時，只需考慮這一經(jīng)驗方法：為了滿足您的要求，你是否需要添加附加的處理器，網(wǎng)絡(luò)接口或中間件使得控制器擁有PLC或PC類似的特點？

如果是，查看一下控制器是否更符合如前所述的PAC特點？

對于任何產(chǎn)品，一些廠商可能從業(yè)已久。許多供應(yīng)商最近引入了新PAC或PAC類似產(chǎn)品，有幾個候選公司，包括OPTO 22，在PAC進入主流的前幾年就已經(jīng)用出色的銷售業(yè)績證明了其強大功能。

    在1990年，在PAC概念誕生前的11年，Opto 22引進了PAC雛形—以電腦為形式的硬件設(shè)備—mistic控制器?，F(xiàn)在Opto 22 SNAP PAC系統(tǒng)以mistic為基礎(chǔ)，其他PAC設(shè)備應(yīng)用包括半導(dǎo)體處理、原料加工、水和水處理、管道監(jiān)測等。

總之，PAC提供了一個擁有先進控制功能的緊湊型控制器，網(wǎng)絡(luò)連接，設(shè)備互操作，以及企業(yè)數(shù)據(jù)集成功能，都能在PLC或基于PC的控制器中找到。有了這些功能，PAC在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中已經(jīng)成為滿足各種工業(yè)需求不可獲缺的部分。

PAC蓄勢待發(fā)

仔細看看如何使PAC適用于現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用

    如下圖所示的單一的PAC正在多域內(nèi)進行操作以監(jiān)測管理生產(chǎn)線，包括化學(xué)工藝、測試臺、物流等。為了完成以上任務(wù)，PAC必須同時管理模擬值如溫度、壓力；數(shù)字量閥門的開/關(guān)狀態(tài)，開關(guān)及儀表；庫存跟蹤和測試設(shè)備中的串行數(shù)據(jù)等。

        PAC與OLE交換數(shù)據(jù)用于過程控制服務(wù)器（OPC）、操作界面及SQL(結(jié)構(gòu)式查詢語言)數(shù)據(jù)庫等。且PAC能同時處理這些任務(wù)，無需附加任何處理器、網(wǎng)關(guān)或中間件等。

       PAC、操作員、工作臺、測試設(shè)備、生產(chǎn)線、過程傳感器、激勵及條形碼識別等一起連接在遍布設(shè)備區(qū)的標準10/100 Mbps以太網(wǎng)上。在一些實例中，一些無內(nèi)置以太網(wǎng)連接功能的設(shè)備如溫度傳感器等是通過一個中繼以太網(wǎng)激活I/O單元從而連接在I/O模塊上，再依次與PAC通訊。

    使用以太網(wǎng)，使PAC與遠程I/O模塊通訊，對模擬、數(shù)字和串口信號進行讀、寫操作。以太網(wǎng)同時把PAC和OPC服務(wù)器連接起來，故PAC也可以和類似升降機、臨時工作臺等移動設(shè)備通訊。

        PAC能控制、監(jiān)測，并與各種設(shè)備和系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，源于PAC與它們使用相同標準的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議，包括有線和無線以太網(wǎng)、IP網(wǎng)絡(luò)傳輸、OPC及SQL等。

    在另一種控制情況中，需要應(yīng)用到基于的應(yīng)用層的協(xié)議如Modbus、SNMP（簡單的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）及通過調(diào)制解調(diào)器的PPP(點對點協(xié)議)。而PAC能夠滿足這些不同的通訊要求。

在一些工廠實例中，PAC與企業(yè)SQL數(shù)據(jù)庫交換制造、生產(chǎn)及清單數(shù)據(jù)。這樣依次與幾個關(guān)鍵商務(wù)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，包括企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、總體設(shè)備效率（OEE）系統(tǒng)及供應(yīng)鏈管理（SCM）系統(tǒng)等。因為從工廠車間來的數(shù)據(jù)不斷由PAC更新，所以整個商務(wù)系統(tǒng)的信息是實時、有價值的。