通常，我們對于“差異”的定義為：趨向不同或者沿著不同的方向發(fā)展；很多公司經(jīng)常以一種細微的方式，努力實現(xiàn)差異化，以便贏得競爭，這是一種非常普遍的現(xiàn)象。

而對于對工業(yè)控制器來講，“趨同”是描述市場狀態(tài)和現(xiàn)有特性的最佳詞匯?！摆呁北欢x為：越來越接近，尤其是在特性或者理念上。這更適合于定義目前工業(yè)自動化市場上，可編程邏輯控制器（PLC）、可編程自動控制器（PAC）和工業(yè)PC（IPC）之間的關(guān)系。讓我們近距離觀察一下，不同類型的工業(yè)控制器之間的趨同是如何實現(xiàn)的。

控制器的發(fā)展歷史

首先，Dick Morley發(fā)明了PLC。PLC的發(fā)明和Modicon的創(chuàng)建，充分展示了什么是真正的創(chuàng)業(yè)天才，它永久的改變了設(shè)備控制的方式。在過去45年間，這種繼電器的替代品變換了無數(shù)種方式，已經(jīng)從單純的邏輯計算，轉(zhuǎn)換為很多自動化系統(tǒng)所采用的真正的多任務(wù)處理核心。

PAC，該名稱最早于2001年，由ARC咨詢集團公司最先提出，它在市場上提供了一些有別于PLC的特性。一方面，市場仍然存在很多傳統(tǒng)控制器，另一方面，在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)，一大批新技術(shù)正被應(yīng)用到控制中。

圖1：automationDirect P2000將PAC的強大功能和PLC的模塊化外形和可靠性結(jié)合起來，就是基于PLC的PAC系統(tǒng)的典型例子。圖片源：AutomationDirect。

和PAC相關(guān)的大多數(shù)創(chuàng)新，都源于PC技術(shù)以及其它商用技術(shù)的發(fā)展，比如1990年代中期移動電話技術(shù)的發(fā)展。這些技術(shù)的飛速發(fā)展為工業(yè)新產(chǎn)品的革新帶來了契機。由消費驅(qū)動的市場，突然開始生產(chǎn)同時適應(yīng)于工業(yè)控制的、體積更小、價格更低、速度更快的元器件。最初，很多部件被認為并不具備工業(yè)品質(zhì)，但是這種情況很快就發(fā)生了變化。

實際上，IPC的出現(xiàn)要早于PAC，至少在1980年代中期就出現(xiàn)了。第一代IPC體積龐大、價格昂貴，比如IBM的IPC，其體積和50馬力的電機產(chǎn)不多，價格約為10,000美元。但是隨著時間的發(fā)展，IPC的體積和價格逐步接近、甚至要優(yōu)于PLC 或 PAC。

由于微軟公司的臺式機操作系統(tǒng)，對于實時控制系統(tǒng)而言，缺乏足夠的魯棒性或確定性，因此IPC存在的一個問題就是開放系統(tǒng)。解決方法就是創(chuàng)建實時操作系統(tǒng)主機，這樣就將IPC硬件轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于工業(yè)應(yīng)用的高性能控制設(shè)備。

在這些不同的平臺之間，有某些獨特的特性；但是正如過去幾年我們所見到的一樣，彼此之間的界線正在加速模糊、逐步消失。

表1：通用PLC、PAC與IPC的比較

最新技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)使得PLC的功能越來越強大，遠遠超過了45年前所設(shè)計的最原始的繼電器替代產(chǎn)品。表1所列出的內(nèi)容，不能代表每種控制器類型的特性，但是可以從通用角度，提供一種評估不同類型控制器的參考方法。

最基礎(chǔ)的PLC

以最基本形式出現(xiàn)的PLC，是很多工業(yè)控制應(yīng)用的主力軍，通?？梢赃\行10年甚至更長的時間，而僅需要很少的維護。經(jīng)常與專用門陣列處理器和專有通訊協(xié)議配套使用，這些控制器在設(shè)備控制和簡單的過程控制應(yīng)用，比如水/污水泵站中，比較受歡迎。它們的梯形圖邏輯編程，非常適合于控制簡單和復(fù)雜的自動化順序控制，但是在控制邏輯變量和數(shù)據(jù)處理方面則有所欠缺。

由于安裝空間或模塊化的外形較小，因此PLC在空間受限的情況下，非常受歡迎。盡管其擴展能力相對受限，但是由于硬件和編程軟件的成本較低，因此PLC在原始設(shè)備制造商（OEM）和其它應(yīng)用場合大受歡迎。

盡管程序僅能配置低到中等大小的內(nèi)存，但是PLC可以和運動以及視覺系統(tǒng)集成，以便提供更復(fù)雜的控制。

向基于PLC的PAC演化

盡管PLC誕生于1960年代，但是由于現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，為新一代控制器（見圖1）的發(fā)展提供了很好的氛圍。部件更小、速度更快、價格更低、而且比以往任何時候都更可靠。這就使PLC具有以下能力：增加PLC的功能而不會導(dǎo)致價格更高，或者降低典型高端控制系統(tǒng)的價格而不會以犧牲性能作為代價，這樣就誕生了以PLC為基礎(chǔ)的PAC系統(tǒng)。

由于PAC發(fā)源于PLC，繼承了PLC的很多最佳特性，比如可靠性、緊湊的外形等，使得PAC可以被稱為基于PLC的PAC。這可以被看作工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)趨同的絕佳案例之一。這些控制器可以滿足從簡單、低成本的設(shè)備控制到具有很多輸入/輸出(I/O)點的大型系統(tǒng)等應(yīng)用場合的復(fù)雜控制。

最新的技術(shù)發(fā)展，促成了基于PLC的PAC的出現(xiàn)。這些技術(shù)，使供應(yīng)商能夠以比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)更低的價格，提供性能更好的控制器。這些控制器中所使用的技術(shù)，也變得更緊湊，使其可以適用于諸多設(shè)備控制和其它OEM應(yīng)用。

在競爭激烈的市場，為了滿足OEM廠商設(shè)定的設(shè)計規(guī)格，很多設(shè)備都需要具有較快的掃描速率。過去，設(shè)備制造商經(jīng)常面臨著這樣一種窘?jīng)r：需要使用PLC系統(tǒng)，以便滿足I/O、外形等的需求，但是在性能方面則不得不妥協(xié)。

一般需要采用高端PAC或IPC的替代方案，以便滿足設(shè)計工程師設(shè)定的目標(biāo)。在很多情況下，由于這些大型控制器需要更大的外殼，更高的軟、硬件成本，容易導(dǎo)致整個系統(tǒng)的設(shè)計成本急劇上升。但是，現(xiàn)在已經(jīng)有了解決方案：基于PLC的PAC系統(tǒng)，它可以以緊湊的外形和具有競爭力的價格，提供用戶所需的性能。

PAC的快速發(fā)展

除了完成設(shè)備控制，基于PLC的PAC系統(tǒng)，還可以很好的適應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜的應(yīng)用場合。比如，現(xiàn)代PAC能夠掃描成百上千的模擬量通道，并將數(shù)據(jù)點存儲到集成內(nèi)存端口上的文件中，然后通過內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器來獲取這些數(shù)據(jù)（見圖2）。

圖2：PAC控制器提供了強大的功能，適用于從簡單到復(fù)雜的設(shè)備和過程控制應(yīng)用。

這些功能更強大的PAC控制器，一般包含一個通用的處理器。還會提供各種標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，使其可以與不同的設(shè)備連接。它們還配置了IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)中所定義的多種編程語言，這樣就具有大量的控制功能。這些具有中到大型規(guī)模的外形，采用機架安裝的系統(tǒng)，可以為I/O點數(shù)和內(nèi)存提供更高的擴展能力。
雖然這些功能使其硬件和編程軟件價格要高于PLC，但是基于PLC的PAC卻可以為某些特定應(yīng)用提供更高水平的性能。

例如，大內(nèi)存能力，使其非常適用于創(chuàng)建一維或二維矩陣，以便在某些詳細的應(yīng)用場合追蹤產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，如質(zhì)量特性、運輸數(shù)據(jù)、客戶信息等等。基于PLC的PAC具有標(biāo)簽名功能，使其與人機界面/監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(HMI/SCADA)、OPC服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫ERP軟件，以及運動和視覺應(yīng)用之間的接口變得更容易。

功能強大的IPC

對于某些更專業(yè)化的自動化和集成領(lǐng)域，IPC可以帶來特殊效益（見圖3）。先進的運動控制和視覺系統(tǒng)，是兩個非常好的例子，因為受益于IPC內(nèi)置的運動控制功能，可以實現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)控制。如果需要利用編程環(huán)境來設(shè)計視覺應(yīng)用系統(tǒng)，那這些優(yōu)點就可以發(fā)揮作用了。

圖3：通常，只有最大型和最復(fù)雜的應(yīng)用才需要IPC功能。

IPC處理器，一般是基于PC、多核處理器，其通訊選項從本質(zhì)上講是開放的，僅有的限制就是通訊協(xié)議需要專門的硬件。到目前為止，以太網(wǎng)是最常使用的連接方式，支持的通訊協(xié)議也非常廣泛，比如EtherNet/IP、ModbusTCP和 Profinet等。

IPC的編程功能，是所有控制器中最強大的。不僅提供IEC61131-3編程語言，還包括基于PC的編程語言，比如C++、微軟的.NET框架。正是由于其PC基因，基于PC的HMI可以配置在同樣的機架上，并在多核系統(tǒng)中運行其專用處理器。

IPC一般通過總線連接器和I/O點連接，這樣就實現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。它們的設(shè)計還使其成為市場上最具擴展性的控制器，通常只會受到總線規(guī)格的限制。

伴隨著這些廣泛的控制功能和高性能而來的是高價格，無論是硬件還是編程軟件，價格都比較高。而回報則是IPC提供了更高的編程內(nèi)存，而且可以按需擴展，從而可以提供最好的集成運動和視覺功能。

盡管很多應(yīng)用，都跨越了不同分類之間的界線，但是總有一些特殊的需求，更適用于某一個平臺。PLC和PAC具有更多的共同點，最新的硬件技術(shù)只是加強了兩者之間的重疊，從而產(chǎn)生了基于PLC的PAC、以及IPC這一現(xiàn)狀。

盡管很多應(yīng)用，都跨越了不同分類之間的界線，但是總有一些特殊的需求，更適用于某一個平臺。PLC和PAC具有更多的共同點，最新的硬件技術(shù)只是加強了兩者之間的重疊，從而產(chǎn)生了基于PLC的PAC、以及IPC這一現(xiàn)狀。

選擇PAC而不是PLC的20條理由

在建立控制系統(tǒng)時， 系統(tǒng)集成商毫無例外地總是希望能使用比較少的設(shè)備來實現(xiàn)更多的功能。他們需要控制系統(tǒng)不僅能處理數(shù)字I/O和運動，而且還可以集成用于自動化監(jiān)控和測試的視覺功能和模塊化儀器。此外，控制系統(tǒng)還必須能實時地處理控制算法和分析任務(wù)并把數(shù)據(jù)傳送回企業(yè)。您是否能同時擁有PC的功能和PLC（可編程控制器）的可靠性嗎？ 可編程自動控制器（PAC）就是這樣的平臺，它能最佳結(jié)合地PC和PLC兩者的優(yōu)勢，并正逐漸占領(lǐng)工業(yè)自動化領(lǐng)域。

市場調(diào)查公司ARC咨詢機構(gòu)首次采用PAC這一術(shù)語，它定義了一種新類型的控制器，該控制器結(jié)合了PC的處理器、RAM和軟件的優(yōu)勢，以及PLC固有的可靠性、堅固性和分布特性。PAC采用COTS（現(xiàn)有的商業(yè)化）技術(shù)，非常適合于工業(yè)化環(huán)境，它具有可伸縮性，易于維護和較低的發(fā)生故障時間等特性。PXI（用于儀器的擴展型PCI）已成為快速增長的PAC平臺；如NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供應(yīng)商現(xiàn)在可提供1,000多種獨特的I/O模塊，包括模擬I/O，數(shù)字I/O，視覺，運動和高精度數(shù)據(jù)采集。PXI結(jié)合了PCI總線的電路特性和CompactPCI堅固的歐卡機械結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)已在工業(yè)環(huán)境中成功使用了許多年。

十年前當(dāng)Internet還處于雛形時，機器視覺非常昂貴，而且基于PC的儀器還沒有出現(xiàn)，那時PLC統(tǒng)治了整個自動化領(lǐng)域。即使是今天，那些使用數(shù)字I/O進行簡單控制的工程師依然感到PLC是他們最好的選擇。然而，如果考慮到要為您的PLC增加視覺，運動，儀器和分析功能，那么您就會明白為什么PAC正逐漸占領(lǐng)自動化領(lǐng)域。本文中我們將在成本，高級功能，外形結(jié)構(gòu)，控制器，I/O和軟件這六個方面，詳細介紹在未來自動化應(yīng)用中PAC優(yōu)于PLC的20條原因。

成本
1.采用單一的控制器節(jié)省了成本 現(xiàn)在您可以考慮使用PAC，它具有單一的控制器和機箱，可用于處理數(shù)字和模擬I/O，具有運動，視覺功能和模塊化儀器，因此不需要花錢購買多個控制器。如果您需要控制系統(tǒng)具有多種功能，如視覺或模塊化儀器，那么采用PAC將是最為經(jīng)濟的。

高級功能
2.高級控制

在能源或材料的成本很高的情況下，工程師需要優(yōu)化他們簡單的PID控制算法來以最大程度地減少浪費。這些復(fù)雜的算法常常采用如模糊邏輯或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制設(shè)計技術(shù)，從而可以最大限度地降低過程控制的穩(wěn)定時間。傳統(tǒng)上，PLC所能實現(xiàn)的PID控制算法并沒有為特定的過程進行優(yōu)化。高級的控制算法不僅需要強大的浮點處理器，而且還要占用大量的內(nèi)存，使用PAC平臺則可以滿足這些條件。

3. 實時分析

在機器監(jiān)控應(yīng)用中，需要實時采集地來自模擬或數(shù)字I/O通道的數(shù)據(jù)，從而能有效地檢測故障狀態(tài)。您可能要進行如階次跟蹤和振動分析這些復(fù)雜工作來有效地檢測機器的狀況。對于這些應(yīng)用，您可以使用PAC的高效平臺來進行實時地分析工作。

4.數(shù)據(jù)庫/網(wǎng)絡(luò)連接

利用來自廠房內(nèi)的實時數(shù)據(jù)，操作人員可以在控制室內(nèi)根據(jù)所得的信息制定決策。然而，要使控制系統(tǒng)具有輸出現(xiàn)場數(shù)據(jù)的功能是很困難的。企業(yè)系統(tǒng)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的ODBC，ADO和XML以獲得來自自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。PLC只能通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC進行通信，這意味著需要增加一臺PC來采用OPC獲取數(shù)據(jù)并使用如ODBC、ADO和XML這樣的標(biāo)準(zhǔn)把數(shù)據(jù)傳送給企業(yè)。為了能有效地把現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送到ERP系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)必須能直接和外部數(shù)據(jù)庫通信——您可以使用PAC來完成這些工作。 5.安全性 在把控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)連接時，您需要考慮安全問題。出于安全的利益，許多廠商選擇不把自動化系統(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫相連，但是對于大多數(shù)廠商而言，連接所帶來的好處要遠大于安全方面的顧慮。

盡管可以對PLC加鎖來防止他人入侵工廠的網(wǎng)絡(luò)，但是由于PLC通過以太網(wǎng)發(fā)送非加密包，所以它并不適合用于防止黑客入侵。PAC在通過網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)時，可以對數(shù)據(jù)加密。盡管目前這還不是需要考慮的第一因素，但是在將來它將是廠房內(nèi)分布式系統(tǒng)采用PAC的主要原因。

6.多種速度的確定性應(yīng)用

PLC只能以固定的速度運行，而且它不是為以不同循環(huán)速率獨立進行處理而設(shè)計的。如今，復(fù)雜的控制系統(tǒng)中常需要多種速率的確定性應(yīng)用，它需要有多個循環(huán)，每個循環(huán)以不同的速率運行。這就要求能進行并行處理，而只有在PAC上運行的操作系統(tǒng)才具有這樣的特性。

外形結(jié)構(gòu)
7.適合于工廠環(huán)境

工程師選擇PLC的一個常見原因是它能在工廠的環(huán)境下正常工作。然而，絕大部分PLC是安裝在NEMA內(nèi)。在這樣的環(huán)境里，PXI平臺附加的冷卻裝置，堅固的外表面和增強的抗沖擊和振動指標(biāo)都使系統(tǒng)具有和PLC相同的可靠性。

8.伸縮性和靈活性

由于廠商傾向于使用 柔性的自動化系統(tǒng)來滿足客戶不斷更新的要求，所以他們需要控制系統(tǒng)具有模塊化、靈活性和伸縮性。PLC系統(tǒng)由于受到了I/O的限制，只能在數(shù)字和運動方面具有伸縮性，而PAC不僅具有PLC的伸縮性，而且您還可以在系統(tǒng)上增加視覺，模塊化儀器或高速模擬I/O。您也可以通過以太網(wǎng)來使用多個PC并根據(jù)需要增加或減少PC的數(shù)目。

9.易于替換

對于現(xiàn)場工程師而言，最大限度地減小的故障時間是非常重要的。在對控制系統(tǒng)進行更新或更換I/O模塊時，您需要能最大程度地減少更換或增加模塊的工作量。PAC的模塊化特性滿足這方面的要求。
控制器

10.計算機電源

對于如機器狀態(tài)監(jiān)控這樣高速，需要大量內(nèi)存的應(yīng)用，具備高速的處理器和大容量的內(nèi)存就非常重要。由于您采用了現(xiàn)有的硬件來構(gòu)建基于PAC的系統(tǒng)，所以您的PAC控制器可使用Pentium 4處理器并具備上G的RAM。

11.存儲功能

如果無法保存和查看歷史信息，那么信息還有什么用呢？ PLC傳統(tǒng)上就缺乏數(shù)據(jù)記錄的功能。而PAC則可以根據(jù)您指定的時間、方式和數(shù)據(jù)格式來記錄數(shù)據(jù)。

12.數(shù)字I/O

傳統(tǒng)上，PLC平臺的數(shù)字I/O只能為工業(yè)傳感器和激勵器提供標(biāo)準(zhǔn)的電壓驅(qū)動電流。然而，新的如NI 651x系列模塊的數(shù)字I/O 則可以提供24V的電壓，高達500 mA的驅(qū)動電流和光學(xué)隔離，并且它還具有看門狗定時器，可編程電源啟動狀態(tài)，用于提高安全性和可靠性的輸入濾波器等特性，而成本只有每通道5美元。

13.模擬I/O

主要由于PCI總線速度快的原因，傳統(tǒng)上采用基于PC平臺來提供模擬I/O。目前某些PLC也具有模擬I/O模塊，但是它們的編程十分復(fù)雜而且不適合用于高分辨率和大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用。PAC所提供的模擬輸入速率可高達每秒200M并具有24位的分辨率。

14.運動控制

在各種平臺中，特別是當(dāng)您需要高于兩軸運動方式時，軟件起著主要的作用。在PXI平臺上的運動控制器可以提供高達8軸的運動方式，而且可以使用NI 運動助手對系統(tǒng)進行輕松地配置。

15.機器視覺

數(shù)據(jù)傳輸速率是在PLC平臺上提供視覺功能的最大障礙。目前，無論您是要自動監(jiān)測零件還是檢驗藥品的包裝，您都可以在PXI平臺上使用用于視覺應(yīng)用的模擬、數(shù)字和FireWire攝像機。您可以在控制程序中集成多種視覺算法，如模式匹配，光學(xué)字符識別，顏色匹配，規(guī)格和顏色檢測。

16.儀器

近來，材料處理公司已經(jīng)開始在他們的自動化系統(tǒng)中集成測試功能，從而可以為客戶提供全面的測試和自動化方案。I/O所需要的模塊化儀器包括數(shù)字化儀，信號源，任意波形發(fā)生器和其它儀器。這些類型的I/O 需要具備在PAC平臺上才有的高速數(shù)據(jù)傳輸速率。

17.網(wǎng)絡(luò)

和PLC類似，PAC可以通過各種工業(yè)化的現(xiàn)場總線提供互聯(lián)，如FOUNDATION Fieldbus，DeviceNet，CAN，Modbus，Ethernet，Profibus，串口等。PAC不僅能作為分布式I/O模塊的主控設(shè)備，而且也可以作為從屬設(shè)備添加到已有系統(tǒng)中。

軟件
18.實時操作系統(tǒng)

在PAC平臺上您可以使用如RT Linux，Pharlap ETS，QNX和VxWorks這些實時的操作系統(tǒng)（RTOS）。一般來講，實時系統(tǒng)的編程很困難，但是使用如LabVIEW RT這樣的軟件可以改變工程師開發(fā)實時系統(tǒng)的方式?，F(xiàn)在工程師可以把Windows上開發(fā)的程序下載到實時運載平臺上，如PXI控制器。

19.人機界面

特別是在混雜和過程控制工業(yè)中，大多數(shù)控制系統(tǒng)需要一個能連接控制系統(tǒng)的人機界面。一個HMI由一個觸摸屏組成,它可以包含一個嵌入式控制器也可以沒有。由于基于PAC的系統(tǒng)考慮到了用于I/O的相同控制器的使用，所以您也就不需要添加額外的嵌入式控制器來實現(xiàn)HMI的圖像顯示。

20.簡單易用的開發(fā)環(huán)境

雖然傳統(tǒng)的梯形邏輯編程非常適合于數(shù)字I/O的編程，然而對于處理模擬I/O，運動或視覺這種編程方式則十分麻煩。PAC可以用通用的語言編寫控制程序，為您提供了很大的靈活性，這些通用語言包括C，C++，Visual Basic，LabVIEW甚至是傳統(tǒng)的梯形邏輯。

很顯然，現(xiàn)如今的工程師除了PLC控制還可以有另外的選擇。PAC能為您增加所需的PC功能以用于高級控制，實時分析或連接企業(yè)數(shù)據(jù)庫，而且同時保持了PLC的可靠性。如果您需要集成不只數(shù)字I/O和運動控制或者需要更快的計算機處理能力的話，PAC可能是非常好的選擇。