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簡單說明PAC開發及其性能的優勢

電子設計 ? 作者:工程師之余 ? 2018-09-26 16:27 ? 次閱讀

從PAC的定義可以看出PAC具各的特性,可以完成復雜的功能,并且系統的硬件和軟件無縫集成,提高了控制系統的性能。而要完成這些功能,PLC需要額外的擴展卡才能完成。

編程時,集成的硬件和軟件也是一個優勢,用于PAC編程的集成開發環境(IDE)包括一個所有開發工具共享的標簽名數據庫。PAC使用同一個軟件包來滿足現有的和未來的自動化要求,麗不是使用來自不同供應商的多個軟件包。

PAC結合了PC的處理器、內存及軟件,并且擁有PLC的穩定性、堅固性和分布式本質,PAC采取開放式結構,使用COTS(Commercial of the shelt),也就是它是選用市面上已經成熟可用的產品組合成PAC平臺,如此一來有幾個好處:第一,產品彼此兼容性高,整合性強;第二,這些已經上市的產品技術都已相當成熟,無論是用戶或組裝者都容易上手;第三,市面上已經成熟的產品在價格上都已相當低廉,在成本控制方面效果十分明顯;第四,使用這些市面上已有的產品,將來升級時也較容易;第五,市場已有的現成產品,各種規格、標準都相當齊全,用戶可視本身需求,快速開發出產品。

PAC的人機接口。PAC系統可以使用LO所用的同一個控制器,因此不需要額外的內嵌控制器,即可在HMI中顯示圖形,與大部分控制系統(尤其是在混合和過程控制業界)需要連接至控制系統的人機界面(HMI)相比,更具競爭優勢。

PAC提供更佳的控制運算。在控制方面,PAC提供了較傳統PLC更佳的控制運算,PLC使用的PID控制算法在某些程序下并未最佳化。高級控制算法不但需要強大的浮點運算處理器,也需要大量的內存,PAC平臺可以同時提供這兩項資源。自從全球經濟快速起飛,原料需求大增,價格不斷上升,因此工程師必須將其控制算法最佳化,使它不只是簡單的PID控制,以使浪費的情形降到最低。這些復雜的運算法往往運用控制設計技術(例如離散邏輯或神經網絡),將過程的穩定時間(settling time)減到最短,在這方面PAC提供了很大的幫助。

PAC也具有實時分析能力,在機器監視應用中,來自模擬和數字LO線路的數據必須實時進行擷取和分析,以便有效地偵測到錯誤情況。復雜的例程用來有效地監督機器的狀況,PAC提供了高效率平臺,讓此類應用環境可進行實時分析。

安全性更勝一籌。PAC目前鎖定的最大應用領域仍是工控,而來自工廠的實時數據可以令管理階層擁有更豐富的信息資源,以便借此進行決策,但是要安裝能夠提供工廠數據的系統可能相當困難。企業系統通常會通過0DBC、ADO及XML等標準輸人來自自動化系統的數據。PLO的做法是通過OPC之類的標準提供通信能力,也就是說,必須加入PC才能使用

OPC來取得數據,并且使用ODBC、ADO和XML之類的標準將數據反饋給企業。而PAC可以有效地將工廠數據整合至ERP系統中,讓控制系統能夠直接和外部數據庫通信。而當控制系統連接至數據庫及網站時,安全性的問題開始出現。為了獲得最高的安全性,許多廠商選擇不要將自動化系統與企業連接◇但是大致上來說,連接的優點遠超過安全問題,雖然PLO可以保護它不被工廠的人侵者偷竊,但是PLC難以對抗以以太網絡連接端口未受保護封包為目標的黑客。PAC可以在利用網絡傳輸數據之際進行編碼,因此而保護資料。雖然這在今天可能不是關注的焦點,但是在將來,它可能會是影響PAC進駐工廠的主要因素。

一機多用節省成本。就成本配置來看,在小型的數字控制應用中,控制器的價格可能比LO模塊的價格更高。對這些應用環境而言,一個僅控制數字LO線路的微型PLO可能是理想的解決方案。但是,如果系統需要視覺或儀器控制,就必須為這些功能另外購置獨立的控制器。PLO控制器并非為了儀器控制所需的高速模擬I/O或視覺應用所需的高速數據傳輸速度而設計,因此PLO沒有視覺或儀器控制模塊,必須為這些應用配置獨立的控制器,從而提高成本。而以PAC的狀況來看,一部控制器和機架就可以處理數字及模擬LO、動作、視覺及儀器,因此節省多部控制器的費用,每當控制系統需要多重功能時,PAC相比之下成本最低。

在工廠中,震動常常是造成PC死機的原因,這也是PLC的長項,大部分的PLC是采用NEMA封裝。在這種環境中,具備額外冷卻設計、堅固外殼、加強震動及沖撞規格的PXI平臺可以提供近似于PLO的可靠性,不過此類的PXI平臺上面無法配置硬盤,而用內存來取代,以避免震動所帶來的不穩定。目前,甚至有廠商將軟件刻錄在FPGA上來取代硬盤,如此一來可完全將機械運作排除于PAC之外,增強穩定性。

目前自動化控制在設各的升級或變動的彈性方面也相當受重視,當廠商改用具變通性的自動化功能來滿足不斷變動的客戶需求時,希望能夠推出模塊化、具有彈性而且可擴展性的控制系統。雖然在LO用途上限制于數字及操作,PLC系統也具各擴展性,但是即使想要加入視覺、儀器管制或高速模擬功能,PAC系統仍然具有擴展性。多部PC可以通過以太網絡連接,并依需求向上下擴展。而在換機時,工廠的工程師必須將關機時間限制在最低程度。當控制系統必須升級,或是要替換I/0模塊時,必須能夠在最短的時間內更換或加人模塊。PLO的模塊化本質能夠達到這個目的。

儲存能力與數字模擬能力。儲存能力也是PAC相對于PLO的優勢之一,傳統PLO僅有控制器的功能,并無內建硬盤或Πash,而PAC被視為PC的延伸,因此Storage的配置早已被視為標準規格之一,因此使用PAC時,可以決定何時、如何記錄數據,以及采用何種格式對于數據進行采集、匯總、整理甚至分析。對于需要使用海量存儲器的高速應用(例如機器狀況監視)而言,擁有高速處理器及海量存儲器是很重要的。因為PAC系統使用的是市面上現有的硬仵,因此PAC控制器可以采用Pentium 4處理器配備1GB內存。

在數字與模擬的處理方面,傳統的PLC是惟一能夠以正確的電壓及電流為工業傳感器及致動器提供數字I/O的平臺。但是新的模塊提供24V數字LO,最高可達500mA電流驅動及光學隔絕,同時也提供各種功能,諸如看門狗(watchdog)定時器,可程序化的運轉狀態及輸人過濾器,以提高安全性和穩定性,其價格可低到每個通道5美元。傳統上,模擬I/O一直是PC平臺的強項,主要是由于POI總線的速度。現在有些PLC提供模擬LO模塊,但是在設置時相當麻煩,而且沒有高分辨率及數據流通能力,PAC提供的模擬輸入速度高達每秒2億個樣本,分辨率可高達24位。

實時運算快速聯網。在應用部分,高數據傳輸速率一直是在PLO平臺上加入視覺功能的絆腳石。今天,模擬、數字及FireWire攝影機的影像捕捉器已經可以供PXI平臺上的視覺應用程序使用,無論是要查看汽車零件或驗證藥品的包裝都可。形態匹配、光學字符辨識、色彩匹配、測量及色彩偵測是可以整合至控制程序中許多算法的一部分。儀器控制也是PAC鎖定的重點發展對象,最近燃料處理公司開始將測試功能整合至自動化系統中,為客戶提供一個完整的測試及自動化方案。需要LO的儀器包括數字器、數據與任意波形產生器等等,這些I/O類型需要大量的數據流通量,只有PAC平臺才能提供。

簡單說明PAC開發及其性能的優勢

具各網絡功能的PLO在這幾年被炒起來,PLC目前多采用各式工業總線,如Fotndation、Fieldbus、DeviceNet、CAN、Modbus、Ethernet、Profibus及串行端口等來提供連接。而PAC不但作為分布式I/O模塊的中心,也可以扮演受控制者,成為現有系統的一部分,在以太網絡的連接方面,PAC也比PLO要容易。

RT Linux、Pharlap ETS、QNX以及VxWorks都是PAC上常見的實時操作系統,實時系統一向難以用程序設置,目前市面仍以Linux、Windows CE. net、VxWorks為主,其中WindowsCE. net因為最為用戶所熟悉,所以也最為普及,不過穩定性仍是一大障礙。Linux目前也開始有多家廠商開始采用,至于VxWorks市面上則相當少見。實時控制系統開發工具雖然傳統的梯式邏輯程序設計適合用于設計數字I/0,但是在處理模擬LO、動作或視覺時可能略嫌笨拙。PAC可采用C與C++來作為程序語言,值得注意的是NI的Lab VIEW Real-Time一類的軟件已經改變了工程師對于實時控制系統開發的看法。

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