1 背景介紹

說(shuō)起工業(yè)自動(dòng)化的系統(tǒng)層產(chǎn)品，我們一定不會(huì)繞開(kāi)可編程序控制器(Programmable Logical Controller)，也就是常說(shuō)的PLC。確實(shí)如此，PLC一直是我們?cè)谶^(guò)去數(shù)十年里，最為常用的系統(tǒng)控制器，它的發(fā)展長(zhǎng)盛不衰，從最簡(jiǎn)單的邏輯控制，發(fā)展到離散型過(guò)程控制以及高精密加工的運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。

工業(yè)PC最早于20世紀(jì)80年代中期推出，其相比PLC大大提高靈活性，使用戶可以自由地使用預(yù)先構(gòu)建的API編寫自己的溝通驅(qū)動(dòng)程序，并且內(nèi)置HMI于控制應(yīng)用程序，減少了對(duì)可視化的附加設(shè)備的需求。工業(yè)PC的出現(xiàn)，使得基于運(yùn)動(dòng)控制的智能控制器得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，API架構(gòu)的特色使得二次開(kāi)發(fā)得到進(jìn)一步的發(fā)揮，使用者并不需要全面掌握復(fù)雜的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，而是基于預(yù)先設(shè)定的API體系來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩伍_(kāi)發(fā)，充分利用已有的數(shù)據(jù)文件包。

PAC(Programmable Automation Controller)可編程自動(dòng)化控制器概念被提出，是在20世紀(jì)末和21世紀(jì)初這一時(shí)間段，運(yùn)動(dòng)控制需求大幅度提升，且工業(yè)PC的二次開(kāi)發(fā)編程方式得到了深入的發(fā)展和市場(chǎng)認(rèn)可。于是，PLC、PC結(jié)合在一起并具備完善的運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)包的新型控制器就被孕育了出來(lái)，這就是PAC。

1.1 PAC的性能特點(diǎn)

PAC是由美國(guó)研究機(jī)構(gòu)ARC(Automation Research Corporation)提出，它的提出旨在解決PLC與工業(yè)PC的整合問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)兩者的互補(bǔ)融合，以滿足新一代可編程序自動(dòng)化控制的需求。

因此，PAC的控制特性可以涵蓋如下五個(gè)部分：

i.多領(lǐng)域的功能性：包括邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、PID控制等，通過(guò)函數(shù)方式進(jìn)行軟件編程與表達(dá)；

ii.單一的多元化開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)：由于PAC是為高階應(yīng)用而提出的架構(gòu)，必須相比PLC具備更先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，具備更高效率、更完整的功能整合，而不是未經(jīng)處理，無(wú)法合作的分散式軟件工具；

iii.高階語(yǔ)言開(kāi)發(fā)：IEC61131-3規(guī)范，使得工程師能夠輕易地將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)與過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際的程序；

iv.基于工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下的開(kāi)發(fā)、模組化架構(gòu)：能夠讓工程師依據(jù)工業(yè)應(yīng)用的各種元件配置需求進(jìn)行模組增加和移除，設(shè)計(jì)所需的功能；

v.網(wǎng)絡(luò)型架構(gòu)：工業(yè)以太網(wǎng)與常用通訊協(xié)議支持，并靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，融入網(wǎng)絡(luò)體系。

表1 ARM與X86架構(gòu)性能一般性對(duì)比

基于上述五個(gè)特性，PAC成為了獨(dú)立于PLC與PC外的第三種控制器模式，且PAC由于定位在高階控制器，其處理能力必須足夠強(qiáng)大，以涵蓋上述五大特性的要求。常規(guī)　的PAC處理器主要基于兩大架構(gòu)，一個(gè)為ARM架構(gòu)，另一個(gè)為X86架構(gòu)。兩大架構(gòu)的性能一般性對(duì)比如表1所示。

從表1中不難看出，基于ARM架構(gòu)的PAC在性能的豐富性和深入性上均與基于X86架構(gòu)的PAC存在差距，當(dāng)然性價(jià)比方面則是ARM架構(gòu)PAC更勝一籌，從而為廣大的廠商提供了產(chǎn)品RoadMap規(guī)劃空間，畢竟只有真正抓住行業(yè)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出最具性價(jià)比的產(chǎn)品才是真正能夠贏得市場(chǎng)決戰(zhàn)的武器，而不是一味的追求高、大、上。

PAC是由美國(guó)研究機(jī)構(gòu)ARC(Automation Research Corporation)提出，它的提出旨在解決PLC與工業(yè)PC的整合問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)兩者的互補(bǔ)融合，以滿足新一代可編程序自動(dòng)化控制的需求。

圖1 Q1系列外觀圖

圖2 Q1系列運(yùn)動(dòng)控制功能

圖3 Q1系列CODESYS軟件平臺(tái)

1. 2 世界PAC的發(fā)展?fàn)顩r

進(jìn)入2020年，PAC的發(fā)展已經(jīng)邁向一個(gè)更為成熟、更為多遠(yuǎn)的時(shí)期。在早期PAC概念剛產(chǎn)生時(shí)期，率先開(kāi)發(fā)出PAC產(chǎn)品的品牌多為歐美系，特別是基于專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的美系品牌，PAC發(fā)展較快，例如AB，Parker等。但隨著PAC概念的深入推廣，歐系品牌的固高軟件開(kāi)發(fā)與基礎(chǔ)能力開(kāi)始發(fā)揮了威力，特別是在與網(wǎng)絡(luò)通訊相融合的開(kāi)發(fā)軟件方面，歐系一直是走在世界的前列，從之前的Powerlink搭配KW軟件平臺(tái)，到目前風(fēng)靡全球的EtherCAT搭配CODESYS軟件平臺(tái)，均是明顯的例子。在歐系的追趕下，　PAC得到了快速的發(fā)展，也從X86架構(gòu)擴(kuò)展到ARM架構(gòu)，產(chǎn)生更多適合專用市場(chǎng)的易用型PAC，代表的品牌就是Beckhoff。在這一時(shí)期，日系也加快了PAC的發(fā)展道路，且日系并沒(méi)有一味采用歐系的軟件平臺(tái)，而是自主開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)來(lái)進(jìn)行推廣，同時(shí)也存在完全接受歐系成功軟件平臺(tái)的日系品牌，從而發(fā)揮了雙方各自的優(yōu)點(diǎn)，具備代表性的為OMRON的NJ系列產(chǎn)品。

進(jìn)入21世紀(jì)第二個(gè)10年以來(lái)，特別是在2015年之后，國(guó)產(chǎn)PAC取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)PAC開(kāi)始搶占?xì)W、美、日系的市場(chǎng)份額，使得一個(gè)更為激烈、更加競(jìng)爭(zhēng)的PAC時(shí)代到來(lái)了。

2 禾川標(biāo)準(zhǔn)總線型運(yùn)動(dòng)控制器Q1介紹

禾川股份為適應(yīng)OEM市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，在伺服產(chǎn)品推廣取得巨大成功的基礎(chǔ)上，打造自己的PAC產(chǎn)品體系，完成方案系統(tǒng)層產(chǎn)品的升級(jí)布局，率先推出基于ARM架構(gòu)的PACQ1系列。

Q1定位標(biāo)準(zhǔn)總線型運(yùn)動(dòng)控制器，其主要規(guī)格可歸納如下：

i.高速高配：A7*21.2GHz處理器，EMMC+SD+USB3.0+DDR3加速內(nèi)存，1000BASE-TX支持最大傳輸距離100米；

ii.通訊兼容：EtherCAT/CanOpen/ModbusTCP/ModbusRTU；

iii.高易用性：IEC61131-3規(guī)范，CODESYS平臺(tái)，從站可達(dá)128個(gè)，靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

iv. 運(yùn)動(dòng)控制：基于 PLC OPEN 標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)控制，涵蓋直線 / 圓弧 / 螺旋插補(bǔ) / 電子凸輪 / 飛剪 / 追剪 /CNC G 代碼 /Robot 控制；

v. 工業(yè)美學(xué)設(shè)計(jì)：高清點(diǎn)陣顯示，流線指示燈對(duì)稱網(wǎng)口。

禾川 Q1 系列 PAC 控制器是真正的總線型運(yùn)動(dòng)控制器，不僅具備 PLC Open 規(guī)范下的運(yùn)動(dòng)控制功能，同時(shí)可支持靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成線型、樹(shù)型、星型組網(wǎng)，提供靈活的方案架構(gòu)，滿足廣泛的 OEM 行業(yè)應(yīng)用需求。

Q1 系列同時(shí)采用 CODESYS 的軟件平臺(tái)，完全滿足IEC61131-3規(guī)范，支持六種編程語(yǔ)言，提供可視化界面編輯窗口，提供錯(cuò)誤診斷與在線仿真功能，提供數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控與分析工具，從而保證工程師二次開(kāi)發(fā)的易用性，大幅度提升開(kāi)發(fā)效率與工業(yè)控制的靈活性。

Q1 系列重點(diǎn)OEM應(yīng)用市場(chǎng)

Q1 系列系統(tǒng)架構(gòu)圖

Q1 系列豐富的通訊協(xié)議

3 禾川Q1系列應(yīng)用案例介紹

Q1系列定位為PAC控制器，其自身的性能對(duì)標(biāo)高階，具備了ARM架構(gòu)下PAC控制器的所有特點(diǎn)，可廣泛滿足OEM行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，特別是針對(duì)3C電子、光伏電子、鋰電池與包裝機(jī)械，Q1具備明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅產(chǎn)品性能對(duì)標(biāo)，且是禾川自動(dòng)化開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)完全自主研制，具備極高的性價(jià)比，有效提供客戶真正的物美價(jià)廉的整套解決方案。

以包裝機(jī)械一次性杯裝袋機(jī)為具體案例，禾川Q1系列PAC控制器方案架構(gòu)，通過(guò)多軸電子凸輪控制，完美地解決了客戶的工藝需求，有效替換全套日系方案，在保證性能的同時(shí)，降低了電控部分的方案成本。該方案下實(shí)現(xiàn)的裝袋機(jī)工藝特色如下：

i.追剪：逆解追剪曲線，驅(qū)動(dòng)曲柄連桿帶動(dòng)的追剪刀頭。凸輪曲線根據(jù)物料實(shí)時(shí)計(jì)算生成；

ii.色標(biāo)補(bǔ)償：根據(jù)色標(biāo)反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整刀頭位置，實(shí)現(xiàn)高精度追剪。

同時(shí)，Q1系列搭配禾川X3EB總線型伺服，使得整體方案調(diào)試更為便捷，空間最大化節(jié)省，伺服周期同步位置模式實(shí)時(shí)跟隨Q1位置指令，從系統(tǒng)層+驅(qū)動(dòng)層整體來(lái)保證方案的性能。

4 結(jié)論

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)層的產(chǎn)品分類與演化也在逐步的上演。PAC控制器已經(jīng)成為與PLC、工業(yè)PC并駕齊驅(qū)的主要系統(tǒng)層產(chǎn)品，而作為未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的重要力量的中國(guó)品牌，其在基本完成驅(qū)動(dòng)層產(chǎn)品的布局和推廣后，也加快了在系統(tǒng)層產(chǎn)品投入、開(kāi)發(fā)與推廣的步伐。

禾川股份作為近年來(lái)高速發(fā)展的中國(guó)自動(dòng)化品牌，在產(chǎn)品的研發(fā)和規(guī)劃上具備高度前瞻性，率先布局PAC控制器，并推出禾川標(biāo)準(zhǔn)總線型運(yùn)動(dòng)控制器Q1系列，成為一款基于ARM架構(gòu)下的強(qiáng)有力PAC產(chǎn)品，其所搭配的禾川總線型伺服X3EB，實(shí)現(xiàn)了高性能EtherCAT整體解決方案，必將在工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)發(fā)展的進(jìn)程中留下濃厚的一筆。