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研华PAC在工业自动化中的应用分析与展望

供稿:工控网 2013/6/6 16:55:18

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一、前言

  近两年来,具有PLC和PC双重特性的一种新的控制器:PAC(Programmable Automation Controller)由一些大型工控厂家相继推出,在工控领域掀起一股浪潮,各相关媒体和论坛也争相报道和发起各种评论,但大多数的最终用户还是没真正明白PAC和PLC的主要区别,以及PAC的特点和其可以应用的领域,本文主要就研华PAC的特点及其在工业自动化中的应用做切合实际的应用分析探讨。

二、依市场之需求,PAC应运而生

  随着工业自动化的发展和需求,高端工业应用平台针对复杂的控制能力、高速的模拟量采集、多任务同时运行并各自有不同的执行周期、开放式的通讯能力以及网络接口等等方面提出更高的要求。
  
  显然,传统的PLC已经力不从心,而新一代PLC控制器发展到今天已经具备了网络、运动,甚至视频等功能。但是,PLC性能依赖于专用硬件,应用程序的执行是依靠专用硬件芯片实现,因硬件的非通用性会导致系统的功能前景和开放性受到限制,由于是专用操作系统,其实时可靠性与功能都无法与通用实时操作系统相比,这样导致了PLC整体性能的专用性和封闭性。所以,现代PLC仍然具有系统封闭性、不易进行系统集成、部分功能实现复杂、响应速度慢,尤其是实现成本过高等问题始终困扰着工程师们。
  
  目前,开放和集成已经是自动化产品和系统发展中不可阻挡的趋势。现在用户的生产系统变得日益庞杂,集成无疑已经成为整合生产体系、提高效率及工厂信息化的重要途径。当前的自动化产品和系统,不但应该具有良好的内部集成能力,更应该具有良好的向第三方开放的集成能力,只有这样的体系结构才能帮助最终用户的设备运行至更高的水平。
  
  面对市场对于复杂控制和开放集成的需求,工程师们迫切希望一种控制器能够具有处理速度快、集成多种功能、具有开放性、易于集成的控制器能够应用于实际工程中。同时基于嵌入式技术的发展以及软逻辑控制器在工业控制领域的成熟应用,采用这些新技术的新一代控制器 PAC(Programmable Automation Controller)也就应运而生。
  
  PAC结合了嵌入式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,集成了多领域功能、共用的开发平台、开放式接口以及分布式模块架构,可以满足用户单一平台多功能的需求。同时,采用软逻辑技术,软逻辑内核运行于后台,可以和其它的应用程序如HMI软件、数据库软件等同时在PAC系统中并存,实现实时控制、HMI组态软件、数据库等等功能同时运行于一台控制器中,真正实现了PAC的单一平台多功能的特点,在系统整合性、稳定性、低成本等等方面为现有的采用PC+PLC的客户提供了一个全新的系统方案。

三、嵌入式和软逻辑技术之成熟应用,PAC获得发展之机遇

  道理很显然,虽然有市场之迫切需求,但如果没有技术之先期准备和成熟应用,也就没有PAC之产生。PAC的产生受益于近年来在嵌入式系统领域的技术发展及成熟应用。在硬件方面,有重意义的包括:嵌入式硬件系统设计,其中具有代表意义的是CPU技术的发展;现场总线技术的发展;工业以太网的广泛应用。在软件方面则包括:嵌入式实时操作系统;软逻辑编程技术;嵌入式组态软件的发展等。

高可靠的嵌入式技术
  
  目前嵌入式的高性能CPU在获得更高的处理能力的同时,其体积更小、功耗更低,处理能力、稳定性和可靠性方面有较大的提升,使X86设计单位可以选择通用的标准的嵌入式系统结构进行设计,从而摆脱传统PLC因采用专有的硬件结构体系带来的局限,使系统具备更为丰富的功能前景和开放性。在现有面世的PAC系统中,被广泛采用的是低功耗、高性能的SOC (System On Chip) 核心处理器。这里面既有采用CISC架构的CPU,如Mobile Pentium系列CPU,也有采用RISC架构的CPU,如ARM系列、SHx系列等,当然也有使用MIPS CPU的。综合比较而言,由于RISC CPU在应用于工业控制系统时所具备的综合优势,采用RISC CPU的系统占据了目前市场所供应的控制系统的多数。

可靠的元器件
  
  PC的风扇和硬盘是最常需要维护的元件,而PAC采用无风扇结构以及采用工业级的存储介质能够提供一个可靠性的平台系统。

实时、稳定的操作系统
  
  通用的嵌入式实时操作系统获得了长足的发展,并获得了广泛的应用。传统的美国风河公司的VxWorks、PSOS操作系统在高端领域还是有很高的占有率;另一引人注目的趋势是微软公司的Windows CE在推出.net版本以后,有效解决了硬实时的问题,并以其低廉的价格和广泛的客户群获得了用户的青睐;Embedded XP则是Windows XP的组件版本。采用合适的操作系统,即使在系统蓝屏时依然可以保证底层控制系统的可靠运行。通过采用Embedded XP的SP2的EWF功能,可以有效避免由于系统不确定性重起而带来的影响。作为开放源码的代表,Linux操作系统也推出了其嵌入式版本,并以其在成本、开放性、安全性上面的优势,获得一些特殊应用客户及中小制造商的欢迎。

标准化的编程语言
  
  更为重要的是符合IEC-61131-3标准的软逻辑编程语言的发展,有效的整合了传统PLC在编程技术上的积累,使广大的机电工程师可以在基于PC的系统上使用其熟悉的编程方式实现其控制逻辑。另一方面在PAC系统上,工程师也可以使用高阶语言实现复杂的算法或通讯编程,例如VB.net、EVC、VC#、JAVA等。

开放性的自动化架构
  
  通用的国际标准Ethernet、TCP/IP等协议,使工业以太网越来越多的应用于工业现场,其高速、低成本的网络方案最容易被广大的用户、集成商、OEM及制造商接受和欢迎,而这些技术极容易在PAC实现。而采用标准的Modbus/TCP协议和OPC协议,可以方便地实现书记传递和系统集成。
  
  由于其采用开放式架构,很容易实现系统级整合,并方便进行本地和远程扩展。

嵌入式的组态软件
  
  在人机界面的部分,嵌入式组态软件获得了长足的发展,使用户方便实现在PAC上进行组态的编程,减少开发时间,如研华公司力推的WebAccess、亚控公司的嵌入版KingView等。
  
  总之,PAC既继承了传统 IPC 的开放性、多功能特点,又汲取了PLC的实时性、可靠性优点。在外形上,不再是机箱加显示器,而是紧凑的嵌入式结构;在性能上,它融合了 IPC 和 PLC 的优点,可以完成多功能控制应用。

四、研华开放式PAC之特点

  研华科技提供多样的PAC系统平台,特点是:多样的系统平台,单一的开发工具。

  包括:开放型PAC(ADAM-5550KW)、紧凑型PAC(UNO-2170KW)、分布型PAC(AMAX-2050MKW)等。

  研华的PAC解决方案均内嵌ProConOS内核控制引擎,均可采用同一个编程开发工具KW- Multiprog编程软件进行程序设计。强大的 Multiprog KW 软件开发工具支持 IEC-61131-3 国际编程标准,而稳定的软逻辑内核引擎ProCon OS支持多样的系统平台。
  
  在不同的系统平台中,只需采用KW-Multiprog就可以完成所有现场数据和参数的访问,包含软逻辑PLC编程、远程输入/输出接口访问,运动控制功能,PID算法控制以及数据处理等; 而通过该编程开发工具设计的程序可以跨越多种平台使用和运行,仅通过修改硬件接口配置部分就可以方便地将程序移植到不同的硬件平台和操作系统中。
  
  通过一次程序设计、而硬件平台多样,为工程设计需要而选择不同的系统平台时在程序移植上解除后顾之忧。
  
  由于篇幅有限,在这里仅以开放型 PAC: ADAM-5550KW为主展开讨论。

ADAM-5550KW特性

  ADAM-5550KW 既具有工业 PC 强大的运算性能,又具有 PLC的实时性和可靠性,在单一平台中可以实现多种功能,涵盖采集、控制、HMI软件实现、运动控制、过程控制、数据库、工业网络连接等功能,它所采用的高集成度编程协议和可选 HMI 软件为各种应用提供了灵活、简单的软件解决方案;并且支持Modbus TCP和Modbus RTU协议,方便和不同的第三方Modbus设备交换数据。

  ADAM-5550KW可直接接显示器,适合于复杂的控制领域、增强的网络处理能力,以及单一平台多种功能的场合。 


更多信息请您登录研华eStore官网:http://buy.advantech.com.cn 或致电研华免费服务热线: 800-810-0345/800-810-8389  还可以发送邮件至:sales@advantech.com.cn  

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