封面故事:平衡plc, pac, ipc

基于控制器的应用程序在选择控制器时面临分歧:简单和坚固，还是开放和功能?在数学中，这被称为不确定性，但在自动化中，工程师应该知道什么控制器特征集最适合应用程序，不管你怎么称呼逻辑设备。

2001年，ARC咨询集团分析师克雷格·雷斯尼克(Craig Resnick)提出了新一类控制器(PAC，可编程自动化控制器)的新术语，这个首字母缩写词是根据市场观察创造的。全球主要自动化供应商扩展了可编程控制器的功能。

供应商使用PAC首字母缩写词来描述一类在设计和市场定位上符合类似硬件-软件体系结构哲学的产品。由于有各种各样的功能集，很难将每个控制器确定为PLC或PAC。即使是小型PLC也可以使用Matlab/Simulink的自动代码生成工具进行编程。同样的控制器，有8 GB到32 GB的数据内存，由于紧凑的flash (CF)接口，可以作为数据采集和分析工具，用于机器的预测性维护。通过虚拟接口技术，同一个控制器可以在整个过程中变为远程网关。

PAC的定义

可编程自动化控制器(pac)以以下主要功能而闻名，在功能上与典型的pac不同

公司:

• 多域功能——逻辑、运动、连续控制系统可以在同一个硬件平台上设计。

• 单个多学科开发平台数据标记存储在公共数据库中。

• 一个工具可以用于每一个编程任务控制逻辑，运动控制，一个过程中多台机器的HMI设计。

• 开放的模块化架构让工程师只使用他需要的设备。

• 使用多种通信标准(从异步标准到确定性标准)和多种编程语言(与IEC 61131-3以及更高级别的编程语言一致)，工程师可以简单有效地设计一个多供应商系统。

但随着PLC技术的出现，一些公司看到了PLC和PAC的区别，并选择为其产品使用PAC首字母缩写，甚至不提供上述所有功能。

自2002年以来，可编程控制器发生了许多变化:

• 通信标准的开放性是PLC功能的典型特征。

• 更多的工具符合IEC 61131-3标准，扩展了编程语言(IL, LAD, ST, SFC, FBD)的标准列表，包括ANSI C甚至c++和c#。

• 小型控制器具有较大的数据内存(8gb以上)。

• 以太网TCP/IP已成为plc最流行的编程接口。

• plc的软件体系结构是基于实时确定性多任务操作系统的。

考虑到这些特性的混合，很难定义哪些控制器是pac，哪些是plc。最简单的定义是PAC将PC的弹性和功能与PLC的坚固性结合在一起。

PAC控制器结合了PC和PLC硬件/软件架构，在一个高效的系统中提供灵活性和坚固性。

两个系统操作

近年来，用户在两种操作系统体系结构中构建了应用程序。例子包括倍福自动化(Twin- CAT PLC在微软Windows XP专业)和Bernecker & Rainer (AR010系统在微软Windows XP专业)，等等。

美国国家仪器公司PXI系列控制器可提供两种操作系统版本-实时和嵌入式，微软Windows XP专业版和微软Windows 7。此设计只能在一种系统模式下启动，与图中所示不同。

功能、分类

随着plc功能的扩展和新的控制技术的引入，自2001年以来控制器定义的范围需要重新评估。

越来越多的工程工具现代化，以符合微软Windows 7 32位操作系统。64位计算机的使用较少，但这不是问题。微软Windows 7系统的编程工具(用于开发控制应用程序)的第一个更新于2010年年中发布。

可编程控制器的开发工具将在2011年继续更新。其他公司也在开发64位版本的工具，大多数升级预计将在年底前完成。

自动代码生成

与IEC 61131编程语言一致的编程工具的数量不断增加。用户不仅可以使用梯形图计算模型编写应用程序，通常还可以使用三种或三种以上的语言，包括结构化文本。

新的编程软件提供了新的机会，例如可编程控制器的自动代码生成。该功能允许熟悉MathWorks Matlab/ Simulink环境的用户在控制任务中快速设计和实现控制算法。控制策略的研究和开发是新产品的主要机会领域之一。缩短新产品开发的“上市时间”是采用机电一体化方法的原因，也称为基于模型的设计。

列出了用于自动代码生成的工具，以及为其设计的控制器列表。

控制系统的未来

控制系统将如何发展?自动化供应商正在他们的系统中加入安全技术。更多的公司在可用的编程工具中集成了运动控制功能。快速原型是最具创新性的进化方法，应用程序也将适应这种功能。2020年，控制体系结构将变得如此开放，以至于在不同供应商的控制解决方案和硬件模块之间进行互换将没有问题，甚至可能在处理器和编程工具的层面上进行互换。这可能会加速当今面向对象编程工具不断扩展的自然演变。工具的重要性将随着程序员团队更有效地解决问题而降低，这是现代控制系统的承诺。

- Krzysztof Pietrusewicz，博士，波兰什切津西波美拉尼亚理工大学电气工程学院控制工程和机器人教授助理教授，波兰控制工程贡献者。Łukasz urbazynski，理学硕士，西波美拉尼亚理工大学电气工程学院博士生

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