可編程自動(dòng)化控制器PAC
發(fā)布日期:2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽:2840
多年來,可編程邏輯控制器(PLC)為OEM廠商和最終用戶提供了高可靠性控制系統(tǒng)。然而,為實(shí)現(xiàn)越來越多的功能和不斷提高網(wǎng)絡(luò)通信性能,PLC工程師們不得不考慮進(jìn)行系統(tǒng)硬/軟件的更新?lián)Q代,不斷進(jìn)行硬/軟件的重新設(shè)計(jì),F(xiàn)在,一種全新概念的控制系統(tǒng),可編程自動(dòng)化控制器(PAC)的出現(xiàn),提高了控制系統(tǒng)的靈活性、開放性和整體性能。PAC可使客戶無需重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng),就可不斷獲得遞升的系統(tǒng)性能。在PAC操作系統(tǒng)上設(shè)計(jì)了一個(gè)通用、適合于多平臺(tái)(包括硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)平臺(tái))、便于移植用戶應(yīng)用程序、輕便的控制引擎, 這樣保證使用PAC系統(tǒng)的用戶可使其編制的應(yīng)用程序獲得較大應(yīng)用收益,且還能不斷優(yōu)化其自動(dòng)化平臺(tái)。
GE Fanuc公司PACSystemsTM系列,是定位于工業(yè)領(lǐng)域的PAC產(chǎn)品。對(duì)于不同硬件平臺(tái),PAC系統(tǒng)提供了一個(gè)同樣的控制引擎和通用的編程軟件,使用戶選擇硬件系統(tǒng)有一定靈活性。
對(duì)PAC的需求
使用PLC作為控制系統(tǒng)已有20多年的歷史,PLC為工業(yè)控制應(yīng)用提供了快速可靠的解決方案,其設(shè)計(jì)滿足了工廠對(duì)于使用環(huán)境和可靠性的要求。然而,PLC建立在各廠家專有架構(gòu)基礎(chǔ)上,其編程和程序執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)是對(duì)于特定應(yīng)用設(shè)計(jì)。因此,為實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)中各層次的數(shù)據(jù)通信需求—設(shè)備層、控制層和管理層—整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)常需整體升級(jí)。
然而,在最近幾年,很多組織已開始尋找完全不同的工廠底層設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),而且把它們連接到操作和企業(yè)級(jí)的系統(tǒng)和流程。這種集成化程度預(yù)示了更多商業(yè)利益,包括:(1)更優(yōu)越的操作性能有助于公司生產(chǎn)更高級(jí)產(chǎn)品、獲得利潤和擴(kuò)展業(yè)務(wù);(2)賦予制造業(yè)更多靈活性來減少浪費(fèi)和對(duì)多變的市場做出迅速回應(yīng);(3)加強(qiáng)和提高核心競爭力來更加清晰地定義市場和業(yè)務(wù);(4)在任何地點(diǎn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)來擴(kuò)展產(chǎn)品流程的全球化;(5)采用通用和標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)來降低成本;(6)使資產(chǎn)保值。
傳統(tǒng)控制解決方案通常較難提供所需開放性和靈活性的好處,因?yàn)榇罅科脚_(tái)和系統(tǒng)須部署為整個(gè)企業(yè)的自動(dòng)化。如在某些設(shè)備不提供這些開放性和靈活性,在這些設(shè)備和系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)信息交換非常困難。
因此,對(duì)于目前工業(yè)自動(dòng)化的需求,傳統(tǒng)控制系統(tǒng)有一定局限性:(1)由于使用不同供應(yīng)商的多種平臺(tái),控制系統(tǒng)實(shí)施并不是一件輕松和迅速的事;對(duì)于邏輯控制、過程控制和運(yùn)動(dòng)控制都需不同編程;(2)當(dāng)考察實(shí)施價(jià)值和新自動(dòng)化控制技術(shù)時(shí),用戶可能對(duì)采用這些技術(shù)和產(chǎn)品較猶豫,因?yàn)樗麄兒ε录夹g(shù)會(huì)很快變得過時(shí);(3)升級(jí)系統(tǒng)性能所帶來的好處可能并不能補(bǔ)償對(duì)一個(gè)已存在系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間和開支;(4)現(xiàn)行自動(dòng)化系統(tǒng)在容納不斷增長的數(shù)據(jù)量方面經(jīng)常顯得力不從心;(5)開發(fā)數(shù)量、用戶和設(shè)計(jì)的工具和平臺(tái)會(huì)導(dǎo)致在定義和實(shí)施自動(dòng)化平臺(tái)時(shí)大規(guī)模無可逆轉(zhuǎn)的延遲;(6)一旦實(shí)施完畢和運(yùn)行,一個(gè)專門控制系統(tǒng)可能在一種應(yīng)用中表現(xiàn)良好,但是想把它成功地遷移到其他應(yīng)用中卻被證明是非常困難的。
考慮到這些局限性,PLC的功能在最近幾年中已經(jīng)擴(kuò)展了不少,它提供了更多應(yīng)用靈活性和互操作性。然而,大多數(shù)PLC制造商直到現(xiàn)在并不能成功地定義和改變其控制器來適應(yīng)這種革命性的變化,或試圖擴(kuò)展這些工業(yè)應(yīng)用基石的功能來滿足變革巨大的多種解決方案的需要。
PAC定義
由一個(gè)輕便的控制引擎支持,且對(duì)多種應(yīng)用使用同一種開發(fā)工具,PAC系統(tǒng)保證了控制系統(tǒng)功能的統(tǒng)一集成,而不僅僅是一個(gè)完全無關(guān)的部件拼湊的集成。
PAC定義了幾種特征和性能:(1)多領(lǐng)域的功能,包括邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制和人機(jī)界面,為統(tǒng)一平臺(tái);(2)一個(gè)滿足多領(lǐng)域自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成的通用開發(fā)平臺(tái);(3)允許OEM廠商和最終用戶在統(tǒng)一平臺(tái)上部署多個(gè)控制應(yīng)用;(4)有利于開放、模塊化控制架構(gòu)來適應(yīng)高度分布性自動(dòng)化工廠環(huán)境;(5)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、語言等,使用既定事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)來保證多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。
PAC與PLC的區(qū)別
雖然PAC形式與傳統(tǒng)PLC很相似,但性能卻廣泛全面得多。PAC是一種多功能控制器平臺(tái),它包含多種用戶可按照自己意愿組合、搭配和實(shí)施的技術(shù)和產(chǎn)品。與其相反,PLC是一種基于專有架構(gòu)的產(chǎn)品,僅僅具備了制造商認(rèn)為必要的性能。
PAC與PLC最根本的不同在于它們的基礎(chǔ)不同。PLC性能依賴于專用硬件,應(yīng)用程序的執(zhí)行是依靠專用硬件芯片實(shí)現(xiàn),因硬件的非通用性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到限制,由于是專用操作系統(tǒng),其實(shí)時(shí)可靠性與功能都無法與通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相比,這樣導(dǎo)致了PLC整體性能的專用性和封閉性。
PAC的性能是基于其輕便控制引擎,標(biāo)準(zhǔn)、通用、開放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及背板總線。
PLC的用戶應(yīng)用程序執(zhí)行是通過硬件實(shí)現(xiàn)的,而PAC設(shè)計(jì)了一個(gè)通用、軟件形式的控制引擎用于應(yīng)用程序的執(zhí)行,控制引擎位于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間,這個(gè)控制引擎與硬件平臺(tái)無關(guān),可在不同平臺(tái)的PAC系統(tǒng)間移植,如圖1所示。因此對(duì)于用戶來說,同樣的應(yīng)用程序不需修改即可下載到不同PAC硬件系統(tǒng)中,用戶只需根據(jù)系統(tǒng)功能需求和投資預(yù)算選擇不同性能PAC平臺(tái)。這樣,根據(jù)用戶需求的迅速擴(kuò)展和變化,用戶系統(tǒng)和程序無需變化,即可無縫移植。
圖1 PAC的控制引擎位于操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間,與硬件無關(guān),可以方便地移植
PAC操作系統(tǒng)采用通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),如GE Fanuc的PACSystems系列產(chǎn)品即采用通用、成熟的 WindRiver公司VxWorksㄊ凳輩僮饗低常?AC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)、通用嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這樣其處理器可使用最新的高性能CPU,如PACSystems系列產(chǎn)品的CPU即采用Pentium III 300/700MHz處理器。
PAC系統(tǒng)通常采用標(biāo)準(zhǔn)、開放的背板總線,如PACSystems系列RX7i采用VME64總線;RX3i采用cPCI總線,這兩種總線是目前嵌入式控制領(lǐng)域中流行的總線標(biāo)準(zhǔn),均可支持多CPU并行處理功能,且由于采用標(biāo)準(zhǔn)開放背板總線,使得PACSystems系列產(chǎn)品可支持大量第三方模塊集成到PACSystems產(chǎn)品中,如CPU模板、通信模板、I/O模板等,體現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性、優(yōu)越性。一個(gè)典型例子是PACSystems系列可支持2.1G通信速率,使用光纖映射內(nèi)存技術(shù),結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 影像內(nèi)存技術(shù)CMX網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到2.1G通信速率
PAC系統(tǒng)編程軟件為統(tǒng)一平臺(tái),集成了多領(lǐng)域功能,如Cimplicity Machine Edition軟件,對(duì)于數(shù)據(jù)點(diǎn)Tags使用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫,且在一個(gè)工程中支持多個(gè)PAC目標(biāo)編程,既適合過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用,也適合工廠生產(chǎn)線多設(shè)備統(tǒng)一編程。
PLC基于專有技術(shù)建立,而PAC的軟件和硬件由于采用標(biāo)準(zhǔn)通用部件,可使用COTS(商品現(xiàn)貨供應(yīng))產(chǎn)品和技術(shù),這樣:(1)有助于確保系統(tǒng)的可靠性和可用性,因?yàn)榭杀WC硬/軟件迅速、方便的維護(hù);(2)降低了系統(tǒng)價(jià)格、減少了停機(jī)時(shí)間,因?yàn)殡S時(shí)可得到現(xiàn)貨;(3)提高了開放性、靈活性、可擴(kuò)展性。
PAC與PC Control的區(qū)別
同樣,作為可利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)高性能控制系統(tǒng),PAC與PC Control也有著本質(zhì)區(qū)別。
PAC使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),所有系統(tǒng)硬/軟件功能控制由控制引擎和應(yīng)用程序負(fù)責(zé),是實(shí)時(shí)、確定性控制系統(tǒng)。
PC Control使用普通商業(yè)操作系統(tǒng),系統(tǒng)控制功能屬于操作系統(tǒng)任務(wù)的一部分,所有系統(tǒng)硬/軟件功能控制屬于操作系統(tǒng)的一部分,屬于非實(shí)時(shí)、非確定性控制系統(tǒng)。
PAC的優(yōu)點(diǎn)
PAC控制解決方案,如PACSystems可實(shí)現(xiàn)工廠和OEM廠商都需要的優(yōu)點(diǎn):
(1)提高生產(chǎn)率和操作效率:一個(gè)通用輕便控制引擎和綜合工程開發(fā)平臺(tái)允許快速地開發(fā)、實(shí)施和遷移;且由于它的開放性和靈活性,確保了控制、操作、企業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的無縫集成,優(yōu)化了工廠流程。
(2)降低操作成本:使用通用、標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò),降低了操作成本,讓工程師們能為一個(gè)體現(xiàn)成本效益、使用現(xiàn)貨供應(yīng)的平臺(tái)選擇不同系統(tǒng)部件,而不是專有產(chǎn)品和技術(shù);只要求用戶在一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境上培訓(xùn),而不是幾種;且為用戶提供了一個(gè)無縫遷移路徑,保護(hù)在I/O和應(yīng)用開發(fā)方面的投資。
(3)使用戶對(duì)其控制系統(tǒng)擁有更多控制力:使用戶擁有更多靈活性來選擇適合每種特殊應(yīng)用的硬件和編程語言,以他們自己的時(shí)間表來規(guī)劃升級(jí),并且可在任何地方設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)品。
PACSystems解決方案
GE Fanuc公司PACSystems產(chǎn)品系列,作為世界上第一代PAC產(chǎn)品,其性能和結(jié)構(gòu)贏得了多項(xiàng)大獎(jiǎng)。PACSystems以一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)嵌入式商品化運(yùn)行系統(tǒng)架構(gòu)的控制引擎為特征,使引擎對(duì)多種平臺(tái)都十分輕便靈活,并使用戶可選擇適合特殊應(yīng)用的硬件和編程語言。系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)通信機(jī)制如以太網(wǎng)、Profibus、DeviceNet和智能網(wǎng)支持分布式I/O。
PACSystems編程開發(fā)使用Cimplicity Machine Edition軟件。這個(gè)開發(fā)軟件為開發(fā)、配置和診斷提供了通用工程開發(fā)環(huán)境。用戶可通過基于Windows的軟件開發(fā)控制軟件,并把它應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。標(biāo)記式開發(fā)語言、可重用代碼庫和用于改善在線故障分析的測試編輯環(huán)境。
圖3 CIMPLICITY Machine Edition軟件
為機(jī)器級(jí)的編程、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集和故障
分析提供了一個(gè)統(tǒng)一、集成的開發(fā)環(huán)境
PACSystems產(chǎn)品線組成:
(1)基于VME64的RX7i,提供所有標(biāo)準(zhǔn)VME模塊,包括90TM-70系列I/O和VMIC模塊;
(2)RX3i,提供高速PCI總線數(shù)據(jù)傳輸速率和更廣泛的擴(kuò)展功能支持90-30系列I/O模塊;
(3)工業(yè)PC,一個(gè)全集成的顯示屏面和完全的工業(yè)PC;
(4)PCI總線和VME總線的可插拔卡為多種設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口。
RX7i和RX3i
PACSystems系列產(chǎn)品目前有RX7i和RX3i兩個(gè)系列。
高性能RX7i(見圖4),2003年4月面世。它擁有4倍于已有PLC底板的速度和10MB的可用來編程和文件存儲(chǔ)的內(nèi)存,RX7i基于VME64,支持各種標(biāo)準(zhǔn)VME模塊(包括90TM-70系列I/O和多CPU結(jié)構(gòu),可進(jìn)行并行運(yùn)算處理),包含嵌入式系統(tǒng)技術(shù),使用Pentium III 300或700MHz CPU,內(nèi)置PMC子板的10/100MHz以太網(wǎng)卡,并通過光纖影像內(nèi)存技術(shù)支持冗余系統(tǒng)。
圖4 PACSystem RX7i提供4倍于已有PLC底板的速度
RX3i(見圖5)于2004年面世,使用PCI總線底板支持高速PCI數(shù)據(jù)傳輸速率。支持標(biāo)準(zhǔn)底板使第三方可方便地開發(fā)I/O、通信、動(dòng)作控制、可視和其他模塊。第三方可購買一個(gè)開發(fā)工具箱來修改配合RX3i使用的標(biāo)準(zhǔn)PCI總線卡。RX3i底板也可匹配90TM-30系列I/O模塊。目前,RX3i模塊使用Pentium III處理器。
圖5 PACSystem RX3i產(chǎn)品應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PCI總線標(biāo)準(zhǔn),真正支持熱插拔
遠(yuǎn)景展望
在可預(yù)見的未來幾年內(nèi),開放型、標(biāo)準(zhǔn)化、可移植性等特征對(duì)于用戶越來越重要,且由于對(duì)最新嵌入式系統(tǒng)和軟件技術(shù)的快速融合,PAC會(huì)逐步取代PLC成為控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品,在廣泛領(lǐng)域內(nèi)給用戶提供領(lǐng)先技術(shù)。
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