系统整合商一直设法以更少的成本完成更多的工作，在控制系统方面也不例外。系统商希望一部控制系统不但要能够处理数位I/O及动作，也能够整合视觉和仪器控制，以便进行自动化检测及测试。控制系统也必须能够即时处理先进的控制运算法及分析常式，并且将资料传回企业。问题是，能否同时拥有PC的功能及PLC（可程式逻辑控制器）的可靠性？可程式自动化控制器（PAC）是一个平台，结合两个领域中最优秀的技术，而且正迅速进入企业自动化的领域中。

市场研究机构ARC Advisory Group最先使用PAC这个用语来形容一种新形态的控制器，它结合PC最佳的功能（包括处理器、记忆体及软体）以及PLC的稳定性、坚固性和分散式本质。 PAC使用适合工业环境使用的COTS（立即可用之商业化产品）技术，确保扩充性、维护简单以及极少的停机时间。PXI（PCI eXtensions for instrumentation）是一个快速成长的PAC平台；National Instruments、Chroma、LeCroy以及JTAG等厂商提供一千多种独特的I/O模组，包括类比I/O、数位I/O、视觉、动作及高精确度资料撷取等等。 PXI结合PCI电子汇流排功能与CompactPCI的模组化Eurocard坚固机械包装，而后者应用于工业环境中已经有多年的时间。

十年前，当网际网路刚刚发展时，机器视觉是一种奢侈品，而且采用PC的仪器根本不存在，PLC则主宰了自动化世界。即使在今天，想要使用数位I/O来完成简单控制的工程师仍然发现PLC是最好的选择。但是只要想想在PLC中加入视觉、动作、仪器管理和分析功能的种种问题，就会知道为什么PAC会进入这个领域。在本文中将讨论二十个为何在未来的自动化应用中PAC可能优于PLC的原因；其中考虑六个领域中的因素──价格、高级功能、体积、控制器、I/O以及软体。

价格

使用单一控制器所节省的成本

在大部份情况下，选择工业自动化系统时，价格是决定性因素。在小型的数位控制应用中，控制器的价格可能比I/O模组的价格更高。对这些应用环境而言，一个仅控制数位I/O线路（也许还控制一些动作）的微型PLC可能是理想的解决方案。但是，如果系统需要视觉或仪器控制，就必须为这些功能另外购置独立的控制器。 PLC控制器并非为了仪器控制所需的高速类比I/O或视觉应用所需之高速资料传输速度而设计，因此PLC没有视觉或仪器控制模组。必须为这些应用购置独立的控制器，因此而提高成本。

现在考虑PAC的状况。一部控制器和机架就可以处理数位及类比I/O、动作、视觉及仪器，因此节省多部控制器的费用。每当控制系统需要多重功能（例如视觉或仪器控制）时，PAC是最节省成本的。

高级功能

高级控制

当能源或物料费用很高时，工程师会试着将其控制运算法最佳化，使它不只是简单的PID控制，以使浪费的情形降到最低。这些复杂的运算法往往运用控制设计技术（例如离散逻辑或神经网路），将过程的稳定时间（settling time）减到最少。传统的情况是，PLC使用的PID控制运算法在某些程序下并未最佳化。高级控制运算法不但需要强大的浮点运算处理器，也需要大量的记忆体，PAC平台可以同时提供这两项资源。

即时分析

在机器监视应用中，来自类比和数位I/O线路的资料必须即时进行撷取及分析，以便有效率地侦测到错误状况。复杂的常式（例如次序追踪及震动分析）用来有效率地监督机器的状况。 PAC提供一个高效率平台，供此类应用环境进行即时分析。

资料库/网站连结性

来自工厂的即时资料可以令管理阶层进行资料充裕的决策。但是要安装能够提供工厂资料的系统可能相当困难。企业系统通常会透过ODBC、ADO及XML等标准，输入来自自动化系统的资料。 PLC透过OPC之类的标准提供通讯能力，也就是说必须加入PC，才能使用OPC来取得资料，并且使用ODBC、ADO和XML之类的标准将资料公布到企业。若要有效率地将工厂资料整合至ERP系统，控制系统必须能够直接和外部资料库通讯──PAC可以达到这个目的。

安全性

当控制系统连接至资料库及网站时，安全性的考量开始浮现。为了获得最高的安全性，许多厂商选择不要将自动化系统与企业连接，但是大致上来说，连接性的优点远超过安全性的考量。

虽然PLC的锁可以保护它不被工厂的入侵者偷窃，但是PLC比较不容易受到保护，对抗以乙太网路连接埠未受保护封包为目标的骇客。 PAC可以在利用网路传输资料之际进行编码，因此而保护资枓。虽然这在今天可能不是关切的重点，但是在未来，它可能会是影响PAC进驻工厂的主要因素。

多频率决定式应用程式（Multi-rate Deterministic Application）

因为PLC以固定的扫瞄率执行，因此它们并非为了用不同的回圈速率执行独立程序而设计的。多频率决定式应用程式（有一种以上的控制回圈存在，而且各自必须用不同的速率来执行）常见于现在的复杂控制系统。但是它所需要的平行处理能力只有在PAC上执行的作业系统中才能达成。

体积

工厂环境的适用性

工程师选择PCL的一个常见原因，是因为它们能够在工厂环境中正常运作。但是大部份的PLC是采用NEMA封装。在这种环境中，具备额外冷却设计、坚固外壳、加强震动及冲撞规格的PXI平台可以提供近似PLC的可靠性。

扩充性及变动性

当厂商改用具变通性的自动化功能来满足不断变动的客户需求时，希望能够推出模组化、具弹性而且可扩充的控制系统。虽然在I/O用途上限制在数位及动作之时，PLC系统也具备扩充性，但是即使想要加入视觉、仪器管制或高速类比功能，PAC系统仍然具有扩充性。多部PC可以透过乙太网路连接，并依需求向上下扩充。

容易更换

工厂的工程师必须将关机时间限制在最低程度。当控制系统必须升级，或是要替换I/O模组时，必须能够在最短的时间内更换或加入模组。 PLC的模组化本质能够达到这个目的。

控制器

运算能力

对于需要使用大量记忆体的高速应用（例如机器状况监视）而言，拥有高速处理器及大量记忆体是很重要的。因为PAC系统使用的是市面现有的硬体，因此PAC控制器可以采用Pentium 4处理器配备1G记忆体。

储存能力

如果资讯不能储存，那么查看过去的资料，又有什么用处？传统上PLC缺少资料记录的能力。使用PAC时，可以决定何时、如何记录资料，以及采用何种格式。

数位I/O

传统的PLC是惟一能够以正确的电压及电流为工业感测器及致动器提供数位I/O的平台。但是新的模组（例如N1651x系列）提供24V数位I/O，最高可达500mA电流驱动及光学隔绝，同时也提供各种功能，诸如监视犬（watchdog）计时器，可程式化的运转状态及输入过滤器，以提升安全性及稳定性。其价格可低到每个通道5美元。

类比

传统上，类比I/O一直是PC平台的强项，主要是由于PCI汇流排的速度。现在有些PLC提供类比I/O模组，但是在设定时相当笨拙，而且没有提供高解析度及资料流通能力。 PAC提供的类比输入速度高达每秒2亿个样本，解析度可高达24位元。

动作

在决定不同的动作平台时，软体扮演着重要的角色，尤其是当需要执行两个轴以上的动作时。动作控制器（例如PXI平台上的动作控制器）最高可以提供八轴的动作，可以使用NI Motion Assistant之类的软体轻易进行设定。

视觉

高资料传输速率一直是在PCL平台上加入视觉功能的绊脚石。今天，类比、数位及FireWire摄影机的影像捕捉器已经可以供PXI平台上的视觉应用程式使用，无论是要检视汽车零件或验证药品的包装皆可。型态匹配、光学字元辨识、色彩匹配、测量及色彩侦测是可以整合至控制程式中许多运算法的一部份。

仪器控制

最近物料处理公司开始将测试功能整合至其自动化系统中，为客户提供一个完整的测试及自动化方案。需要I/O的仪器包括数位器、资料来源与任意波型产生器等等。这些I/O类型需要大量的资料流通量，且只有PAC平台才能提供。

网路作业

就和PLC一样，PAC透过多种工业汇流排（例如FOUNDATION Fieldbus、DeviceNet、CAN、Modbus、Ethernet、Profibus及序列埠等等）来提供连接能力。 PAC不但做为分散式I/O模组的中心，也可以扮演受控制者，成为现有系统的一部份。

软体

即时作业系统

即时作业系统（RTOS，例如RT Linux、Pharlap ETS、QNX以及VxWorks）都是PAC上常见的RTOS。即时系统一向难以用程式设定，但是Lab VIEW Real-Time一类的软体已经改变了工程师对于即时控制系统开发的看法。现在工程师可以将他们在Windows中开发的应用程式转移到即时平台上，例如PXI控制器。

人机介面

大部份控制系统（尤其是在混合和程序控制业界）需要连接至控制系统的人机界面（HMI）。 HMI包括一个触控面板（不一定具备内嵌之控制器）。由于PAC系统可以使用I/O所用的同一个控制器，因此不需要额外的内嵌控制器，即可在HMI中显示图形。

简易的开发环境

虽然传统的梯式逻辑程式设计适合用于设计数位I/O，但是在处理类比I/O、动作或视觉时可能略嫌笨拙。 PAC提供弹性的选择，可以使用很受欢迎的程式语言（例如C、C++、Visual Basic、LabVIEW）来设计控制程式，甚至也可以使用传统的梯式逻辑。

结语

很明显的，现在的工程师不再只能选择PLC控制。 PAC提供高级控制所需要的PC功能、即时分析或企业连接能力，同时保有PLC的可靠性。如果需要整合的功能不只是数位I/O及动作，或是需要更快的运算能力，PAC会是个不错的选择。 （作者为NI美商国家仪器工业资料撷取及控制产品经理）

延 伸 阅 读

模组化仪器使繁复的量测化繁为简，并提高了弹性、降低了成本。本专栏提供了PXI测试平台的详细说明、与工业电脑的优劣评比，以及模组化仪器的基本概念介绍；此外，NI的SMC技术如何满足业界越来越普遍的混合讯号量测需求，您也可以在本专栏获得详细解说。相关介绍请见「模组化仪器」一文。 工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。你可在「我国工业控制自动化技术现状与趋势」一文中得到进一步的介绍。 面对越来越高的扫描速度、越来越短的触发时间，及日益严苛的作业环境等挑战，NI如何提升DAQ产品准确率、稳定度和取样频率，并透过Measurement Ready技术提高量测品质，以及DAQ产品的技术演进和如何挑选LabVIEW Real-Time布署平台，均可在本专栏获得详细答案。在「PC-based资料撷取软、硬体」一文为你做了相关的评析。

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