和基于PC控制系统相比,有关PLC(可编程逻辑控制器)优势和劣势的激烈争论已经持续了十年。由于PC和PLC在技术上的差别越来越小,并且随着PLC采用了商业化(COTS)硬件以及PC能采用实时操作系统,从而出现了一种新类型的控制器——PAC。PAC的概念是由自动化研究机构 (ARC) 提出的,它表示可编程自动化控制器,用于描述结合了PLC和PC功能的新一代工业控制器。传统的PLC厂商使用PAC的概念来描述他们的高端系统,而PC控制厂商则用来描述他们的工业化控制平台。
“80-20” 法则
在PLC被开发出来的三十年里,它经过不断地发展,已经能结合模拟I/O,网络通信以及采用新的编程标准如IEC 61131-3。然而,工程师们只需利用数字I/O和少量的模拟I/O数以及简单的编程技巧就可开发出80%的工业应用 。来自ARC、联合开发公司(VDC)以及网上PLC培训资源PLC.net的专家估计:
77%的PLC被用于小型应用(低于128 I/O)
72%的PLC I/O是数字的
80%的PLC应用可利用20条的梯形逻辑指令集来解决
由于采用传统的工具可以解决80%的工业应用,这样就强烈地需要有低成本简单的PLC;从而促进了低成本微型PLC的增长,它带有用梯形逻辑编程的数字I/O。然而,这也在控制技术上造成了不连续性,一方面80%的应用需要使用简单的低成本控制器,而另一方面其它的20%应用则超出了传统控制系统所能提供的功能。工程师在开发这些20%的应用需要有更高的循环速率,高级控制算法,更多模拟功能以及能更好地和企业网络集成。
在八十和九十年代,那些要开发“20%应用”的工程师们已考虑在工业控制中使用PC。PC所提供的软件功能可以执行高级任务,提供丰富的图形化编程和用户环境,并且PC的COTS部件使控制工程师能把不断发展的技术用于其它应用。这些技术包括浮点处理器;高速I/O总线,如PCI和以太网;固定数据存储器;图形化软件开发工具。而且PC还能提供无比的灵活性,高效的软件以及高级的低成本硬件。
然而,PC还不是非常适合用于控制应用。尽管许多工程师在集成高级功能时使用PC,这些功能包括模拟控制和仿真、连接数据库、网络功能以及和第三方设备通信,但是PLC仍然在控制领域中处于统治地位。基于PC控制的主要问题是标准PC并不是为严格的工业环境而设计的。
PC主要面临三大问题:
稳定性:通常PC的通用操作系统不能提供用于控制足够的稳定性。安装基于PC控制的设备会迫使处理系统崩溃和未预料到的重启。
可靠性:由于PC带有旋转的磁性硬盘和非工业性牢固的部件,如电源,这使得它更容易出现故障。
不熟悉的编程环境:工厂操作人员需要具备在维护和排除故障时恢复系统的能力。使用梯形逻辑,他们可以手动迫使线圈恢复到理想状态,并能快速修补受影响的代码以快速恢复系统。然而,PC系统需要操作人员学习新的更高级的工具。
尽管某些工程师采用具有坚固硬件和专门操作系统的专用工业计算机,但是由于PC可靠性方面的问题绝大多数工程师还是避免在控制中使用PC。此外,在PC中的用于各种自动化任务的设备,如I/O、通信、或运动可能需要不同的开发环境。
因此那些要开发“20%应用”的工程师们要么使用一个PLC无法轻松实现系统所需的功能,要么采用既包含PLC又包含PC的混合系统,他们利用PLC来执行代码的控制部分,用PC来实现更高级的功能。因而现在许多工厂车间使用PLC和PC相结合的系统,利用系统中的PC进行数据记录,连接条码扫描仪,在数据库中插入信息以及把数据发布到网上。采用这种方式建立系统的主要问题是该系统常常难以构建,排除故障和维护。系统工程师常常被要结合来自多个厂商软硬件的工作所困扰,这是因为这些设备并不是为了能协同工作而设计的。