系統整合商一直設法以更少的成本完成更多的工作，在控制系統方面也不例外。系統商希望一部控制系統不但要能夠處理數位I/O及動作，也能夠整合視覺和儀器控制，以便進行自動化檢測及測試。控制系統也必須能夠即時處理先進的控制運算法及分析常式，並且將資料傳回企業。問題是，能否同時擁有PC的功能及PLC（可程式邏輯控制器）的可靠性？可程式自動化控制器（PAC）是一個平台，結合兩個領域中最優秀的技術，而且正迅速進入企業自動化的領域中。

市場研究機構ARC Advisory Group最先使用PAC這個用語來形容一種新形態的控制器，它結合PC最佳的功能（包括處理器、記憶體及軟體）以及PLC的穩定性、堅固性和分散式本質。PAC使用適合工業環境使用的COTS（立即可用之商業化產品）技術，確保擴充性、維護簡單以及極少的停機時間。PXI（PCI eXtensions for instrumentation）是一個快速成長的PAC平台；National Instruments、Chroma、LeCroy以及JTAG等廠商提供一千多種獨特的I/O模組，包括類比I/O、數位I/O、視覺、動作及高精確度資料擷取等等。PXI結合PCI電子匯流排功能與CompactPCI的模組化Eurocard堅固機械包裝，而後者應用於工業環境中已經有多年的時間。

十年前，當網際網路剛剛發展時，機器視覺是一種奢侈品，而且採用PC的儀器根本不存在，PLC則主宰了自動化世界。即使在今天，想要使用數位I/O來完成簡單控制的工程師仍然發現PLC是最好的選擇。但是只要想想在PLC中加入視覺、動作、儀器管理和分析功能的種種問題，就會知道為什麼PAC會進入這個領域。在本文中將討論二十個為何在未來的自動化應用中PAC可能優於PLC的原因；其中考慮六個領域中的因素──價格、高級功能、體積、控制器、I/O以及軟體。

價格

使用單一控制器所節省的成本

在大部份情況下，選擇工業自動化系統時，價格是決定性因素。在小型的數位控制應用中，控制器的價格可能比I/O模組的價格更高。對這些應用環境而言，一個僅控制數位I/O線路（也許還控制一些動作）的微型PLC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。PLC控制器並非為了儀器控制所需的高速類比I/O或視覺應用所需之高速資料傳輸速度而設計，因此PLC沒有視覺或儀器控制模組。必須為這些應用購置獨立的控制器，因此而提高成本。

現在考慮PAC的狀況。一部控制器和機架就可以處理數位及類比I/O、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（例如視覺或儀器控制）時，PAC是最節省成本的。

高級功能

高級控制

當能源或物料費用很高時，工程師會試著將其控制運算法最佳化，使它不只是簡單的PID控制，以使浪費的情形降到最低。這些複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路），將過程的穩定時間（settling time）減到最少。傳統的情況是，PLC使用的PID控制運算法在某些程序下並未最佳化。高級控制運算法不但需要強大的浮點運算處理器，也需要大量的記憶體，PAC平台可以同時提供這兩項資源。

即時分析

在機器監視應用中，來自類比和數位I/O線路的資料必須即時進行擷取及分析，以便有效率地偵測到錯誤狀況。複雜的常式（例如次序追蹤及震動分析）用來有效率地監督機器的狀況。PAC提供一個高效率平台，供此類應用環境進行即時分析。

資料庫/網站連結性

來自工廠的即時資料可以令管理階層進行資料充裕的決策。但是要安裝能夠提供工廠資料的系統可能相當困難。企業系統通常會透過ODBC、ADO及XML等標準，輸入來自自動化系統的資料。PLC透過OPC之類的標準提供通訊能力，也就是說必須加入PC，才能使用OPC來取得資料，並且使用ODBC、ADO和XML之類的標準將資料公佈到企業。若要有效率地將工廠資料整合至ERP系統，控制系統必須能夠直接和外部資料庫通訊──PAC可以達到這個目的。

安全性

當控制系統連接至資料庫及網站時，安全性的考量開始浮現。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，連接性的優點遠超過安全性的考量。

雖然PLC的鎖可以保護它不被工廠的入侵者偷竊，但是PLC比較不容易受到保護，對抗以乙太網路連接埠未受保護封包為目標的駭客。PAC可以在利用網路傳輸資料之際進行編碼，因此而保護資枓。雖然這在今天可能不是關切的重點，但是在未來，它可能會是影響PAC進駐工廠的主要因素。

多頻率決定式應用程式（Multi-rate Deterministic Application）

因為PLC以固定的掃瞄率執行，因此它們並非為了用不同的迴圈速率執行獨立程序而設計的。多頻率決定式應用程式（有一種以上的控制迴圈存在，而且各自必須用不同的速率來執行）常見於現在的複雜控制系統。但是它所需要的平行處理能力只有在PAC上執行的作業系統中才能達成。

體積

工廠環境的適用性

工程師選擇PCL的一個常見原因，是因為它們能夠在工廠環境中正常運作。但是大部份的PLC是採用NEMA封裝。在這種環境中，具備額外冷卻設計、堅固外殼、加強震動及衝撞規格的PXI平台可以提供近似PLC的可靠性。

擴充性及變動性

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，希望能夠推出模組化、具彈性而且可擴充的控制系統。雖然在I/O用途上限制在數位及動作之時，PLC系統也具備擴充性，但是即使想要加入視覺、儀器管制或高速類比功能，PAC系統仍然具有擴充性。多部PC可以透過乙太網路連接，並依需求向上下擴充。

容易更換

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/O模組時，必須能夠在最短的時間內更換或加入模組。PLC的模組化本質能夠達到這個目的。

控制器

運算能力

對於需要使用大量記憶體的高速應用（例如機器狀況監視）而言，擁有高速處理器及大量記憶體是很重要的。因為PAC系統使用的是市面現有的硬體，因此PAC控制器可以採用Pentium 4處理器配備1G記憶體。

儲存能力

如果資訊不能儲存，那麼查看過去的資料，又有什麼用處？傳統上PLC缺少資料記錄的能力。使用PAC時，可以決定何時、如何記錄資料，以及採用何種格式。

數位I/O

傳統的PLC是惟一能夠以正確的電壓及電流為工業感測器及致動器提供數位I/O的平台。但是新的模組（例如N1651x系列）提供24V數位I/O，最高可達500mA電流驅動及光學隔絕，同時也提供各種功能，諸如監視犬（watchdog）計時器，可程式化的運轉狀態及輸入過濾器，以提升安全性及穩定性。其價格可低到每個通道5美元。

類比

傳統上，類比I/O一直是PC平台的強項，主要是由於PCI匯流排的速度。現在有些PLC提供類比I/O模組，但是在設定時相當笨拙，而且沒有提供高解析度及資料流通能力。PAC提供的類比輸入速度高達每秒2億個樣本，解析度可高達24位元。

動作

在決定不同的動作平台時，軟體扮演著重要的角色，尤其是當需要執行兩個軸以上的動作時。動作控制器（例如PXI平台上的動作控制器）最高可以提供八軸的動作，可以使用NI Motion Assistant之類的軟體輕易進行設定。

視覺

高資料傳輸速率一直是在PCL平台上加入視覺功能的絆腳石。今天，類比、數位及FireWire攝影機的影像捕捉器已經可以供PXI平台上的視覺應用程式使用，無論是要檢視汽車零件或驗証藥品的包裝皆可。型態匹配、光學字元辨識、色彩匹配、測量及色彩偵測是可以整合至控制程式中許多運算法的一部份。

儀器控制

最近物料處理公司開始將測試功能整合至其自動化系統中，為客戶提供一個完整的測試及自動化方案。需要I/O的儀器包括數位器、資料來源與任意波型產生器等等。這些I/O類型需要大量的資料流通量，且只有PAC平台才能提供。

網路作業

就和PLC一樣，PAC透過多種工業匯流排（例如FOUNDATION Fieldbus、DeviceNet、CAN、Modbus、Ethernet、Profibus及序列埠等等）來提供連接能力。PAC不但做為分散式I/O模組的中心，也可以扮演受控制者，成為現有系統的一部份。

軟體

即時作業系統

即時作業系統（RTOS，例如RT Linux、Pharlap ETS、QNX以及VxWorks）都是PAC上常見的RTOS。即時系統一向難以用程式設定，但是Lab VIEW Real-Time一類的軟體已經改變了工程師對於即時控制系統開發的看法。現在工程師可以將他們在Windows中開發的應用程式轉移到即時平台上，例如PXI控制器。

人機界面

大部份控制系統（尤其是在混合和程序控制業界）需要連接至控制系統的人機界面（HMI）。HMI包括一個觸控面板（不一定具備內嵌之控制器）。由於PAC系統可以使用I/O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。

簡易的開發環境

雖然傳統的梯式邏輯程式設計適合用於設計數位I/O，但是在處理類比I/O、動作或視覺時可能略嫌笨拙。PAC提供彈性的選擇，可以使用很受歡迎的程式語言（例如C、C++、Visual Basic、LabVIEW）來設計控制程式，甚至也可以使用傳統的梯式邏輯。

結語

很明顯的，現在的工程師不再只能選擇PLC控制。PAC提供高級控制所需要的PC功能、即時分析或企業連接能力，同時保有PLC的可靠性。如果需要整合的功能不只是數位I/O及動作，或是需要更快的運算能力，PAC會是個不錯的選擇。（作者為NI美商國家儀器工業資料擷取及控制產品經理）

延 伸 閱 讀

模組化儀器使繁複的量測化繁為簡，並提高了彈性、降低了成本。本專欄提供了PXI測試平台的詳細說明、與工業電腦的優劣評比，以及模組化儀器的基本概念介紹；此外，NI的SMC技術如何滿足業界越來越普遍的混合訊號量測需求，您也可以在本專欄獲得詳細解說。相關介紹請見「模組化儀器」一文。 工業控制自動化技術作為20世紀現代製造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。雖然自動化系統本身並不直接創造效益，但它對企業生產過程有明顯的提升作用。你可在「我國工業控制自動化技術現狀與趨勢」一文中得到進一步的介紹。 面對越來越高的掃描速度、越來越短的觸發時間，及日益嚴苛的作業環境等挑戰，NI如何提昇DAQ產品準確率、穩定度和取樣頻率，並透過Measurement Ready技術提高量測品質，以及DAQ產品的技術演進和如何挑選LabVIEW Real-Time佈署平台，均可在本專欄獲得詳細答案。在「PC-based資料擷取軟、硬體」一文為你做了相關的評析。

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