隨著許多廠商已生產出能結合PC功能和PLC可靠性的可編程" title="可編程">可編程自動化控制器（PAC）,，目前控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)已逐漸開始采用PAC,。本白皮書介紹PAC的起源以及它與PLC和PC的區(qū)別,，并指出了使用PAC的工業(yè)控制未來發(fā)展方向,。
PAC將成為未來的工業(yè)控制方式
和基于PC控制系統(tǒng)相比，有關PLC（可編程邏輯控制器）優(yōu)勢和劣勢的激烈爭論已經持續(xù)了十年,。由于PC和PLC在技術上的差別越來越小,，并且隨著PLC采用了商業(yè)化（COTS）硬件以及PC能采用實時操作系統(tǒng)，從而出現了一種新類型的控制器——PAC,。PAC的概念是由自動化研究機構 (ARC) 提出的,，它表示可編程自動化控制器，用于描述結合了PLC和PC功能的新一代工業(yè)控制器,。傳統(tǒng)的PLC廠商使用PAC的概念來描述他們的高端系統(tǒng),，而PC控制廠商則用來描述他們的工業(yè)化控制平臺。
“80-20” 法則
在PLC被開發(fā)出來的三十年里,，它經過不斷地發(fā)展,，已經能結合模擬I/O" title="I/O">I/O，網絡通信以及采用新的編程標準如IEC 61131-3,。然而,，工程師們只需利用數字I/O和少量的模擬I/O數以及簡單的編程技巧就可開發(fā)出80%的工業(yè)應用" title="工業(yè)應用">工業(yè)應用 。來自ARC,、聯(lián)合開發(fā)公司（VDC）以及網上PLC培訓資源PLC.net的專家估計：
由于采用傳統(tǒng)的工具可以解決80%的工業(yè)應用,，這樣就強烈地需要有低成本簡單的PLC；從而促進了低成本微型PLC的增長,，它帶有用梯形邏輯編程的數字I/O,。然而，這也在控制技術上造成了不連續(xù)性,，一方面80%的應用需要使用簡單的低成本控制器,，而另一方面其它的20%應用則超出了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所能提供的功能。工程師在開發(fā)這些20%的應用需要有更高的循環(huán)速率,，高級控制算法" title="控制算法">控制算法,，更多模擬功能以及能更好地和企業(yè)網絡集成。
在八十和九十年代,，那些要開發(fā)“20%應用”的工程師們已考慮在工業(yè)控制中使用PC,。PC所提供的軟件功能可以執(zhí)行高級任務，提供豐富的圖形化編程和用戶環(huán)境,，并且PC的COTS部件使控制工程師能把不斷發(fā)展的技術用于其它應用,。這些技術包括浮點處理器；高速I/O總線,，如PCI和以太網,；固定數據存儲器；圖形化軟件開發(fā)工具,。而且PC還能提供無比的靈活性,，高效的軟件以及高級的低成本硬件,。
然而，PC還不是非常適合用于控制應用,。盡管許多工程師在集成高級功能時使用PC,，這些功能包括模擬控制和仿真、連接數據庫,、網絡功能以及和第三方設備通信,，但是PLC仍然在控制領域中處于統(tǒng)治地位?；赑C控制的主要問題是標準PC并不是為嚴格的工業(yè)環(huán)境而設計的,。
因此那些要開發(fā)“20%應用”的工程師們要么使用一個PLC無法輕松實現系統(tǒng)所需的功能,，要么采用既包含PLC又包含PC的混合系統(tǒng),，他們利用PLC來執(zhí)行代碼的控制部分，用PC來實現更高級的功能,。因而現在許多工廠車間使用PLC和PC相結合的系統(tǒng),，利用系統(tǒng)中的PC進行數據記錄，連接條碼掃描儀,，在數據庫中插入信息以及把數據發(fā)布到網上,。采用這種方式建立系統(tǒng)的主要問題是該系統(tǒng)常常難以構建，排除故障和維護,。系統(tǒng)工程師常常被要結合來自多個廠商軟硬件的工作所困擾,，這是因為這些設備并不是為了能協(xié)同工作而設計的,。
構建更好的控制器
由于沒有適合的PC或PLC解決方案，那些需要開發(fā)復雜應用的工程師就和控制廠商密切合作開發(fā)新的產品,。他們需要新產品能結合PC的高級軟件功能和PLC的可靠性,。這些重要用戶為PLC和基于PC控制的公司提供了產品開發(fā)指導。
實現軟件的功能不僅需要有高級的軟件,，而且控制器的硬件功能也需要有所提高,。由于世界范圍內對PC部件的需求在下降，所以許多半導體廠商開始為工業(yè)應用重新設計他們的產品,。目前控制領域的廠商已開始在工業(yè)控制產品中使用工業(yè)化浮點處理器,、DRAM、固態(tài)存儲器如CompactFlash以及快速Ethernet芯片,。這使得廠商能利用基于PC控制系統(tǒng)的靈活性和可用性來開發(fā)更為強大的軟件,，而且該PC控制系統(tǒng)還可運行實時操作系統(tǒng)以保證可靠性。
這種新的控制器是為解決“20%”的應用問題而設計的,，它結合了PLC和PC兩者的優(yōu)點,。ARC的工業(yè)分析家把這種設備稱為可編程自動化控制器，即PAC,。在ARC的“可編程邏輯控制器世界概覽”研究中,，他們給出了PAC的五個主要特性。這些控制器特性是通過定義軟件的能力來實現其功能的,。
兩種不同的軟件解決方案
一方面軟件是PAC和PLC主要的區(qū)別，而另一方面廠商在提供高級軟件的方式上也有所不同,。通常他們以目前已有的控制軟件作為起點,，不斷增加PAC編程所需的功能、可靠性和易用性,。一般說來,，有兩種提供PAC軟件的方式：基于PLC控制的軟件和基于PC控制的軟件
基于PLC概念的軟件方案
傳統(tǒng)的PLC軟件廠商以可靠且易用的掃描式架構軟件為起點，并逐漸增加新的功能,。PLC軟件根據通用模型而建立：輸入掃描,，控制代碼運行，輸入更新,，以及常規(guī)功能執(zhí)行,。由于輸入循環(huán)，輸出循環(huán)和常規(guī)循環(huán)都是隱藏的,，所以控制工程師只需關注控制代碼的設計,。由于廠商已完成了大部分工作,，這種嚴格的控制架構使得建立控制系統(tǒng)更為容易和快速。這些系統(tǒng)的嚴格性也能讓控制工程師在開發(fā)可靠的程序時無需深入了解PLC的底層操作,。然而,，作為PLC主要優(yōu)勢的這種嚴格的掃描式構架也導致其靈活性的欠缺。絕大多數PLC廠商通過在已有的掃描式架構中增加新的功能來建立PAC軟件,，這些新功能包括以太網通信,，運動控制和高級算法。然而,，通常他們會保留PLC熟悉的編程方式以及其在邏輯和控制方面固有的特點,。因此這種PAC軟件通常是為了適合特殊類型應用而設計的，如邏輯,，運動和PID,，但是對于定制的應用則缺乏靈活性，如通信,、數據記錄或定制的控制算法,。
基于PC概念的軟件方案
傳統(tǒng)PC軟件廠商以非常靈活的通用編程語言為起點，能提供對硬件的深層次訪問,。該種軟件也具有可靠性,、確定性以及預設的控制架構。盡管工程師能為PLC編程人員建立起掃描式構架,，但是它并不是基于PC的軟件所固有的,。這些使得PC軟件極為靈活，非常適合那些需要高級的架構,、編程技巧或者系統(tǒng)級控制的復雜應用,，但卻使本應簡單的應用復雜化。
這些廠商首先要能提供通用操作系統(tǒng)如Windows所不具備的可靠性和確定性,。它們可以通過采用實時操作系統(tǒng)（RTOS）如來自Ardence的Phar Lap或Wind River的VxWorks來實現,。這些RTOS能控制系統(tǒng)的各個層面，從I/O讀寫速率到控制器上各個線程的優(yōu)先級,。然后為了使工程師能更為容易地開發(fā)出可靠的控制程序,，廠商增加了抽象層和I/O讀寫架構。因而這種靈活軟件非常適合于定制控制,，數據記錄和通信,，但舍棄PLC編程架構的代價是使程序的開發(fā)難度增加。
NI已開發(fā)出能運行LabVIEW程序的一系列PAC運載平臺,。LabVIEW已成為測試和測量軟件的事實標準,。它具有直觀的類似于流程圖的圖形化編程方式，并通過易用的界面來提供高級編程語言所具備的所有功能。利用LabVIEW RT和LabVIEW FPGA,，我們能結合LabVIEW和實時操作系統(tǒng)并直接下載到FPGA（現場可編程門陣列）平臺來提供可靠性和確定性,。
基于PAC的視覺和測量應用
NI具有測量的行業(yè)背景，它通過引入高速測量和機器視覺使PAC超越了簡單的I/O,。在許多工業(yè)應用中需要高速采集測量結果以用于振動或功率品質分析,。采集到的數據用來監(jiān)測旋轉機械的狀態(tài)，確定維護時間表,，識別電機的磨損程度以及調整控制算法,。工程師們通常使用專門的數據采集系統(tǒng)或獨立儀器來采集這些數據并利用通信總線把數據輸入到控制系統(tǒng)。而NI的PAC正可以以每秒百萬個采樣點的速率直接進行高精度的測量,，并把數據直接傳送到控制系統(tǒng)來立即處理,。
工程師們也可以在他們的控制系統(tǒng)中使用視覺功能。過去十年中視覺在自動化領域已得到了迅猛地發(fā)展,。在生產環(huán)境中,，有許多產品缺陷或錯誤使用傳統(tǒng)的測量方法是很難識別出來的，而通過視覺方式則能檢測,。常見的應用包括用于生產或裝配檢驗的零件檢測,，如檢查電路板上器件的位置是否正確，識別光學字符（OCR）來檢查日期條碼或對產品進行分類,，以及進行光學測量來找出產品的瑕疵或對產品按質量等級進行分類,。目前許多工廠采用獨立的智能攝像頭，它要和生產處理控制器進行通信,。NI的PAC引入帶有邏輯和運動控制的視覺或是高速測量功能,，從而使得工程師們無需集成其他的硬件和軟件平臺。
PAC免除了對于專門硬件的需要
PAC代表著可編程控制器的最新技術,，它未來發(fā)展的關鍵取決于嵌入式技術的引入,。比如要能通過軟件來定義硬件。電子廠商常使用現場可編程門陣列（FPGA）這樣的電子器件來開發(fā)定制的芯片,，它可以讓新設備智能化,。這些設備包含有能執(zhí)行多種功能的可配置邏輯塊，連接這些功能塊的可編程交聯(lián)點以及為芯片輸入輸出數據的I/O塊,。通過定義這些可配置邏輯塊的功能，其彼此連接以及相應的I/O,，電子設計人員即可以開發(fā)出定制的芯片,，而不需要花錢來生產專門的ASIC。FPGA如同有一個計算機,，其內部電路能被重新連接來運行特定的應用程序,。
以前只有那些熟悉底層編程語言如VHDL的硬件設計人員才能利用FPGA技術。然而，現在工程師們已可以用LabVIEW FPGA來開發(fā)出定制的控制算法并把它下載到FPGA芯片上,。通過該特性工程師們可以使硬件具備實時的功能,，如限度和接近傳感器檢測和傳感器狀態(tài)監(jiān)控。由于控制代碼直接在芯片上運行,，所以工程師們能快速開發(fā)采用定制的通信協(xié)議或高速循環(huán)的程序：數字控制循環(huán)速度可高達1 MHz,，模擬控制循環(huán)的速度可為200kHz。
LabVIEW用于自動化控制
由于LabVIEW (ni.com/china/labview)具有強大的功能和圖形化編程的易用性,，基于LabVIEW的PAC 非常適合有如下要求的應用：
NI PAC系統(tǒng)
NI提供五種基于LabVIEW的PAC平臺,。
PXI是由多個廠商制定的基于CompactPCI架構的工業(yè)標準化PAC硬件平臺，它能提供模塊化,、緊湊而堅固的工業(yè)化系統(tǒng),。PXI系統(tǒng)的嵌入式控制器內置上GHz的高性能處理器。您可以選用來自NI或第三方廠商的PXI和CompactPCI模塊,。PXI能提供最為廣泛的I/O,，包括有1000 V的隔離式模擬輸入，高容量數字I/O,，用于機器視覺的模擬/數字幀抓取器,，聯(lián)合多軸運動模塊,。PXI模塊的前端都配置有方便電纜連接的接口。PXI平臺提供全面的測量模塊,，以及包括CAN,，DeviceNET，RS-232,，RS-485,，Modbus和Foundation Fieldbus的廣泛連接性。
Compact FieldPoint產品系列包括有可熱抽換的模擬和數字I/O模塊和控制器,，并帶有以太網和串行總線接口,。其中I/O模塊能直接連接熱電偶、RTD,、應力計,、4-20 mA傳感器、5-30 V的直流信號以及0-250 V的交流信號,。Compact FieldPoint網絡通信接口能自動通過以太網絡傳送數據,。您也可以以讀寫本地I/O的方式來讀寫經由網絡傳輸的幾英里之外的I/O。由于軟件的接口非常簡單,，您可以快速地建立和編寫Compact FieldPoint應用程序,，但又不失復雜控制，數據記錄和通信的強大功能,。
Compact Vision System整合了高性能Intel處理器,、FPGA，數字I/O和三個1394端口,。這種PAC天生就可以通過FireWire（IEEE1394）技術在控制應用中使用視覺功能,，并兼容80多種工業(yè)攝像頭。利用CVS上的可重復配置FPGA和數字I/O通路,，您也可以進行低通道數的數字和步進電機控制,。當使用LabVIEW編程時，您還能配置該系統(tǒng)以得到高性能的視覺以及高速的數字控制和步進電機控制,。
CompactRIO是基于FPGA的可重復配置控制和采集系統(tǒng),，它是為需要高度定制和高速控制的應用而設計的。該架構采用實時嵌入式處理器,，并結合可重復配置I/O（RIO）的FPGA內核來實現復雜的算法和定制的計算,。CompactRIO平臺可使用多達八個模擬或數字I/O模塊。這些模塊可由NI或其它廠商提供,。CompactRIO平臺非常適合如機器控制這樣的復雜和高速應用,，并且，對于那些通常需要開發(fā)專門的硬件的應用,，結合了FPGA的這種系統(tǒng)也是非常好的選擇,。
標準的工業(yè)計算機也可以使用NI所提供的廣泛的PCI模塊。這些插入式板卡包含有為模擬和數字I/O,，運動控制和機器視覺而設計的硬件,。要得到確定性、實時的性能,，可結合PCI硬件和運行于基于PC的實時操作系統(tǒng)上的LabVIEW來實現,。LabVIEW RT可被加載到絕大多數標準的工業(yè)PC上，從而能提供用于工業(yè)測量和控制的低成本平臺,。
由于NI能提供廣泛的測量和控制平臺,，這使得PAC可用于幾乎所有的應用。您可以使用網上的評估版進行編程以了解有關LabVIEW的更多信息,，或致電 (800) 820-3622或021-65557838向NI工程師了解更多有關PAC產品與技術信息,。
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PAC將成為未來的工業(yè)控制方式
和基于PC控制系統(tǒng)相比，有關PLC（可編程邏輯控制器）優(yōu)勢和劣勢的激烈爭論已經持續(xù)了十年,。由于PC和PLC在技術上的差別越來越小,，并且隨著PLC采用了商業(yè)化（COTS）硬件以及PC能采用實時操作系統(tǒng)，從而出現了一種新類型的控制器——PAC,。PAC的概念是由自動化研究機構 (ARC) 提出的,，它表示可編程自動化控制器，用于描述結合了PLC和PC功能的新一代工業(yè)控制器,。傳統(tǒng)的PLC廠商使用PAC的概念來描述他們的高端系統(tǒng),，而PC控制廠商則用來描述他們的工業(yè)化控制平臺。
“80-20” 法則
在PLC被開發(fā)出來的三十年里,，它經過不斷地發(fā)展,，已經能結合模擬I/O" title="I/O">I/O，網絡通信以及采用新的編程標準如IEC 61131-3,。然而,，工程師們只需利用數字I/O和少量的模擬I/O數以及簡單的編程技巧就可開發(fā)出80%的工業(yè)應用" title="工業(yè)應用">工業(yè)應用 。來自ARC,、聯(lián)合開發(fā)公司（VDC）以及網上PLC培訓資源PLC.net的專家估計：
- 77%的PLC被用于小型應用（低于128 I/O）
- 72%的PLC I/O是數字的
- 80%的PLC應用可利用20條的梯形邏輯指令集來解決
由于采用傳統(tǒng)的工具可以解決80%的工業(yè)應用,，這樣就強烈地需要有低成本簡單的PLC；從而促進了低成本微型PLC的增長,，它帶有用梯形邏輯編程的數字I/O,。然而，這也在控制技術上造成了不連續(xù)性,，一方面80%的應用需要使用簡單的低成本控制器,，而另一方面其它的20%應用則超出了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所能提供的功能。工程師在開發(fā)這些20%的應用需要有更高的循環(huán)速率,，高級控制算法" title="控制算法">控制算法,，更多模擬功能以及能更好地和企業(yè)網絡集成。
在八十和九十年代,，那些要開發(fā)“20%應用”的工程師們已考慮在工業(yè)控制中使用PC,。PC所提供的軟件功能可以執(zhí)行高級任務，提供豐富的圖形化編程和用戶環(huán)境,，并且PC的COTS部件使控制工程師能把不斷發(fā)展的技術用于其它應用,。這些技術包括浮點處理器；高速I/O總線,，如PCI和以太網,；固定數據存儲器；圖形化軟件開發(fā)工具,。而且PC還能提供無比的靈活性,，高效的軟件以及高級的低成本硬件,。
然而，PC還不是非常適合用于控制應用,。盡管許多工程師在集成高級功能時使用PC,，這些功能包括模擬控制和仿真、連接數據庫,、網絡功能以及和第三方設備通信,，但是PLC仍然在控制領域中處于統(tǒng)治地位?；赑C控制的主要問題是標準PC并不是為嚴格的工業(yè)環(huán)境而設計的,。
PC主要面臨三大問題：
- 穩(wěn)定性：通常PC的通用操作系統(tǒng)不能提供用于控制足夠的穩(wěn)定性。安裝基于PC控制的設備會迫使處理系統(tǒng)崩潰和未預料到的重啟,。
- 可靠性：由于PC帶有旋轉的磁性硬盤和非工業(yè)性牢固的部件,，如電源，這使得它更容易出現故障,。
- 不熟悉的編程環(huán)境：工廠操作人員需要具備在維護和排除故障時恢復系統(tǒng)的能力,。使用梯形邏輯,，他們可以手動迫使線圈恢復到理想狀態(tài),，并能快速修補受影響的代碼以快速恢復系統(tǒng)。然而,，PC系統(tǒng)需要操作人員學習新的更高級的工具,。
因此那些要開發(fā)“20%應用”的工程師們要么使用一個PLC無法輕松實現系統(tǒng)所需的功能,，要么采用既包含PLC又包含PC的混合系統(tǒng),，他們利用PLC來執(zhí)行代碼的控制部分，用PC來實現更高級的功能,。因而現在許多工廠車間使用PLC和PC相結合的系統(tǒng),，利用系統(tǒng)中的PC進行數據記錄，連接條碼掃描儀,，在數據庫中插入信息以及把數據發(fā)布到網上,。采用這種方式建立系統(tǒng)的主要問題是該系統(tǒng)常常難以構建，排除故障和維護,。系統(tǒng)工程師常常被要結合來自多個廠商軟硬件的工作所困擾,，這是因為這些設備并不是為了能協(xié)同工作而設計的,。
構建更好的控制器
由于沒有適合的PC或PLC解決方案，那些需要開發(fā)復雜應用的工程師就和控制廠商密切合作開發(fā)新的產品,。他們需要新產品能結合PC的高級軟件功能和PLC的可靠性,。這些重要用戶為PLC和基于PC控制的公司提供了產品開發(fā)指導。
實現軟件的功能不僅需要有高級的軟件,，而且控制器的硬件功能也需要有所提高,。由于世界范圍內對PC部件的需求在下降，所以許多半導體廠商開始為工業(yè)應用重新設計他們的產品,。目前控制領域的廠商已開始在工業(yè)控制產品中使用工業(yè)化浮點處理器,、DRAM、固態(tài)存儲器如CompactFlash以及快速Ethernet芯片,。這使得廠商能利用基于PC控制系統(tǒng)的靈活性和可用性來開發(fā)更為強大的軟件,，而且該PC控制系統(tǒng)還可運行實時操作系統(tǒng)以保證可靠性。
這種新的控制器是為解決“20%”的應用問題而設計的,，它結合了PLC和PC兩者的優(yōu)點,。ARC的工業(yè)分析家把這種設備稱為可編程自動化控制器，即PAC,。在ARC的“可編程邏輯控制器世界概覽”研究中,，他們給出了PAC的五個主要特性。這些控制器特性是通過定義軟件的能力來實現其功能的,。
- “多功能性,，在一個平臺上有邏輯、運動,、PID控制,、驅動和處理中的至少兩種以上功能?！背藶榱藢崿F特殊的協(xié)議如SERCOS要對I/O做一些改進,；而且軟件還能提供邏輯、運動,、處理和PID的功能,。例如，運動控制作為軟件控制循環(huán),，它能從正交編碼器上讀取數字輸入,，執(zhí)行模擬控制循環(huán)并輸出控制設備的模擬信號。
- “單一的多規(guī)程開發(fā)平臺使用通用標簽和單一的數據庫來訪問所有的參數和功能,?！庇捎赑AC是為更為高級的應用如多功能而設計的，他們需要更為高級的軟件。為了能高效地設計系統(tǒng),，軟件必須是單一的集成化軟件包,，而不是多種分離的軟件工具，這些軟件工具在工程上不能無縫地協(xié)同工作,。
- “通過結合IEC61131-3,，用戶向導和數據管理，軟件工具能設計出在跨越多個機器和處理單元的處理流程,?！焙喕到y(tǒng)設計的另一方面是具有高級的圖形化開發(fā)工具，利用該工具可以使工程師很輕松地把處理的概念轉變?yōu)槟軐嶋H控制機器的代碼,。
- “開放的模塊化構架能解決的工業(yè)應用可從控制分布于工廠機器到加工車間的操作單元,。”由于所有的工業(yè)應用都需要有高度的定制特性,，所以硬件必須是模塊化的以便工程師們可以選擇合適的部件,。而且，軟件也必須能讓工程師增加和拆除模塊以設計出所需的系統(tǒng),。
- “采用已有的網絡接口標準,，語言等，如TCPIP,，OPC&XML和SQL查詢語言,。”能和企業(yè)的網絡通信對于現代化控制系統(tǒng)是非常關鍵的,。盡管PAC包含有以太網接口,，但是為了要把設備和工廠其它系統(tǒng)無問題地集成在一起，通信軟件是至關重要的,。
兩種不同的軟件解決方案
一方面軟件是PAC和PLC主要的區(qū)別，而另一方面廠商在提供高級軟件的方式上也有所不同,。通常他們以目前已有的控制軟件作為起點,，不斷增加PAC編程所需的功能、可靠性和易用性,。一般說來,，有兩種提供PAC軟件的方式：基于PLC控制的軟件和基于PC控制的軟件
基于PLC概念的軟件方案
傳統(tǒng)的PLC軟件廠商以可靠且易用的掃描式架構軟件為起點，并逐漸增加新的功能,。PLC軟件根據通用模型而建立：輸入掃描,，控制代碼運行，輸入更新,，以及常規(guī)功能執(zhí)行,。由于輸入循環(huán)，輸出循環(huán)和常規(guī)循環(huán)都是隱藏的,，所以控制工程師只需關注控制代碼的設計,。由于廠商已完成了大部分工作,，這種嚴格的控制架構使得建立控制系統(tǒng)更為容易和快速。這些系統(tǒng)的嚴格性也能讓控制工程師在開發(fā)可靠的程序時無需深入了解PLC的底層操作,。然而,，作為PLC主要優(yōu)勢的這種嚴格的掃描式構架也導致其靈活性的欠缺。絕大多數PLC廠商通過在已有的掃描式架構中增加新的功能來建立PAC軟件,，這些新功能包括以太網通信,，運動控制和高級算法。然而,，通常他們會保留PLC熟悉的編程方式以及其在邏輯和控制方面固有的特點,。因此這種PAC軟件通常是為了適合特殊類型應用而設計的，如邏輯,，運動和PID,，但是對于定制的應用則缺乏靈活性，如通信,、數據記錄或定制的控制算法,。
基于PC概念的軟件方案
傳統(tǒng)PC軟件廠商以非常靈活的通用編程語言為起點，能提供對硬件的深層次訪問,。該種軟件也具有可靠性,、確定性以及預設的控制架構。盡管工程師能為PLC編程人員建立起掃描式構架,，但是它并不是基于PC的軟件所固有的,。這些使得PC軟件極為靈活，非常適合那些需要高級的架構,、編程技巧或者系統(tǒng)級控制的復雜應用,，但卻使本應簡單的應用復雜化。
這些廠商首先要能提供通用操作系統(tǒng)如Windows所不具備的可靠性和確定性,。它們可以通過采用實時操作系統(tǒng)（RTOS）如來自Ardence的Phar Lap或Wind River的VxWorks來實現,。這些RTOS能控制系統(tǒng)的各個層面，從I/O讀寫速率到控制器上各個線程的優(yōu)先級,。然后為了使工程師能更為容易地開發(fā)出可靠的控制程序,，廠商增加了抽象層和I/O讀寫架構。因而這種靈活軟件非常適合于定制控制,，數據記錄和通信,，但舍棄PLC編程架構的代價是使程序的開發(fā)難度增加。
NI已開發(fā)出能運行LabVIEW程序的一系列PAC運載平臺,。LabVIEW已成為測試和測量軟件的事實標準,。它具有直觀的類似于流程圖的圖形化編程方式，并通過易用的界面來提供高級編程語言所具備的所有功能。利用LabVIEW RT和LabVIEW FPGA,，我們能結合LabVIEW和實時操作系統(tǒng)并直接下載到FPGA（現場可編程門陣列）平臺來提供可靠性和確定性,。
基于PAC的視覺和測量應用
NI具有測量的行業(yè)背景，它通過引入高速測量和機器視覺使PAC超越了簡單的I/O,。在許多工業(yè)應用中需要高速采集測量結果以用于振動或功率品質分析,。采集到的數據用來監(jiān)測旋轉機械的狀態(tài)，確定維護時間表,，識別電機的磨損程度以及調整控制算法,。工程師們通常使用專門的數據采集系統(tǒng)或獨立儀器來采集這些數據并利用通信總線把數據輸入到控制系統(tǒng)。而NI的PAC正可以以每秒百萬個采樣點的速率直接進行高精度的測量,，并把數據直接傳送到控制系統(tǒng)來立即處理,。
工程師們也可以在他們的控制系統(tǒng)中使用視覺功能。過去十年中視覺在自動化領域已得到了迅猛地發(fā)展,。在生產環(huán)境中,，有許多產品缺陷或錯誤使用傳統(tǒng)的測量方法是很難識別出來的，而通過視覺方式則能檢測,。常見的應用包括用于生產或裝配檢驗的零件檢測,，如檢查電路板上器件的位置是否正確，識別光學字符（OCR）來檢查日期條碼或對產品進行分類,，以及進行光學測量來找出產品的瑕疵或對產品按質量等級進行分類,。目前許多工廠采用獨立的智能攝像頭，它要和生產處理控制器進行通信,。NI的PAC引入帶有邏輯和運動控制的視覺或是高速測量功能,，從而使得工程師們無需集成其他的硬件和軟件平臺。
PAC免除了對于專門硬件的需要
PAC代表著可編程控制器的最新技術,，它未來發(fā)展的關鍵取決于嵌入式技術的引入,。比如要能通過軟件來定義硬件。電子廠商常使用現場可編程門陣列（FPGA）這樣的電子器件來開發(fā)定制的芯片,，它可以讓新設備智能化,。這些設備包含有能執(zhí)行多種功能的可配置邏輯塊，連接這些功能塊的可編程交聯(lián)點以及為芯片輸入輸出數據的I/O塊,。通過定義這些可配置邏輯塊的功能，其彼此連接以及相應的I/O,，電子設計人員即可以開發(fā)出定制的芯片,，而不需要花錢來生產專門的ASIC。FPGA如同有一個計算機,，其內部電路能被重新連接來運行特定的應用程序,。
以前只有那些熟悉底層編程語言如VHDL的硬件設計人員才能利用FPGA技術。然而，現在工程師們已可以用LabVIEW FPGA來開發(fā)出定制的控制算法并把它下載到FPGA芯片上,。通過該特性工程師們可以使硬件具備實時的功能,，如限度和接近傳感器檢測和傳感器狀態(tài)監(jiān)控。由于控制代碼直接在芯片上運行,，所以工程師們能快速開發(fā)采用定制的通信協(xié)議或高速循環(huán)的程序：數字控制循環(huán)速度可高達1 MHz,，模擬控制循環(huán)的速度可為200kHz。
LabVIEW用于自動化控制
由于LabVIEW (ni.com/china/labview)具有強大的功能和圖形化編程的易用性,，基于LabVIEW的PAC 非常適合有如下要求的應用：
- 圖形化 由于LabVIEW 編程天生引入圖形用戶界面,，您可以為控制系統(tǒng)提供圖形化人機界面。
- 測量（高速數據采集,，視覺和運動）,。NI在包括視覺采集的高速I/O方面有著長期經驗，因此您可以在您的標準控制系統(tǒng)中使用振動或機器視覺等功能,。
- 處理能力： 在某些應用中,，您需要有專門的控制算法、高級的信號處理或數據記錄,。使用LabVIEW,，您可以用NI或第三方的工具來建立定制的控制代碼，實現如JTFA的信號處理,，或本地及遠程記錄數據,。
- 平臺： 利用 LabVIEW，您能開發(fā)出用于各種平臺的代碼,，這些平臺包括PC,，嵌入式控制器，FPGA芯片或手持式PDA,。
- 通信 ：利用LabVIEW的數據庫連接,，OPC和基于網絡瀏覽器的操作界面，您能很容易地把數據傳送到企業(yè)數據庫中,。
NI PAC系統(tǒng)
NI提供五種基于LabVIEW的PAC平臺,。
PXI是由多個廠商制定的基于CompactPCI架構的工業(yè)標準化PAC硬件平臺，它能提供模塊化,、緊湊而堅固的工業(yè)化系統(tǒng),。PXI系統(tǒng)的嵌入式控制器內置上GHz的高性能處理器。您可以選用來自NI或第三方廠商的PXI和CompactPCI模塊,。PXI能提供最為廣泛的I/O,，包括有1000 V的隔離式模擬輸入，高容量數字I/O,，用于機器視覺的模擬/數字幀抓取器,，聯(lián)合多軸運動模塊,。PXI模塊的前端都配置有方便電纜連接的接口。PXI平臺提供全面的測量模塊,，以及包括CAN,，DeviceNET，RS-232,，RS-485,，Modbus和Foundation Fieldbus的廣泛連接性。
Compact FieldPoint產品系列包括有可熱抽換的模擬和數字I/O模塊和控制器,，并帶有以太網和串行總線接口,。其中I/O模塊能直接連接熱電偶、RTD,、應力計,、4-20 mA傳感器、5-30 V的直流信號以及0-250 V的交流信號,。Compact FieldPoint網絡通信接口能自動通過以太網絡傳送數據,。您也可以以讀寫本地I/O的方式來讀寫經由網絡傳輸的幾英里之外的I/O。由于軟件的接口非常簡單,，您可以快速地建立和編寫Compact FieldPoint應用程序,，但又不失復雜控制，數據記錄和通信的強大功能,。
Compact Vision System整合了高性能Intel處理器,、FPGA，數字I/O和三個1394端口,。這種PAC天生就可以通過FireWire（IEEE1394）技術在控制應用中使用視覺功能,，并兼容80多種工業(yè)攝像頭。利用CVS上的可重復配置FPGA和數字I/O通路,，您也可以進行低通道數的數字和步進電機控制,。當使用LabVIEW編程時，您還能配置該系統(tǒng)以得到高性能的視覺以及高速的數字控制和步進電機控制,。
CompactRIO是基于FPGA的可重復配置控制和采集系統(tǒng),，它是為需要高度定制和高速控制的應用而設計的。該架構采用實時嵌入式處理器,，并結合可重復配置I/O（RIO）的FPGA內核來實現復雜的算法和定制的計算,。CompactRIO平臺可使用多達八個模擬或數字I/O模塊。這些模塊可由NI或其它廠商提供,。CompactRIO平臺非常適合如機器控制這樣的復雜和高速應用,，并且，對于那些通常需要開發(fā)專門的硬件的應用,，結合了FPGA的這種系統(tǒng)也是非常好的選擇,。
標準的工業(yè)計算機也可以使用NI所提供的廣泛的PCI模塊。這些插入式板卡包含有為模擬和數字I/O,，運動控制和機器視覺而設計的硬件,。要得到確定性、實時的性能,，可結合PCI硬件和運行于基于PC的實時操作系統(tǒng)上的LabVIEW來實現,。LabVIEW RT可被加載到絕大多數標準的工業(yè)PC上，從而能提供用于工業(yè)測量和控制的低成本平臺,。
由于NI能提供廣泛的測量和控制平臺,，這使得PAC可用于幾乎所有的應用。您可以使用網上的評估版進行編程以了解有關LabVIEW的更多信息,，或致電 (800) 820-3622或021-65557838向NI工程師了解更多有關PAC產品與技術信息,。
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