NI下一代工业测控系统——更高精度更快控制
——记NI技术研讨会(石家庄站)
中国电子应用网--张颖报道
2009年7月22日，由美国国家仪器有限公司（NI）主办、中国电子应用网协办的“下一代工业测控系统”研讨会，在石家庄隆重召开。本次研讨会主要围绕着“PAC——可编程控制器平台在工业自动化测控系统中的应用”这一主题，与各位与会工程师和专家共同分享了NI高性能的测控解决方案。
图1： NI区域销售工程师付文武先生，为在座工程师详细介绍各应用和解决方案
工业控制与自动化行业发展
众所周知，从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步（即新设备、新工艺以及计算机应用）开始对传统工业进行改造，使工业到飞速发展。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间（Time to Market）、改善质量（Quality）、降低成本（Cost），这就是工业自动化竞争力的三要素T.Q.C.。
图2： 会议现场工程师正在认真听演讲
而在我国，中小型企业以及准大型企业主要是走低成本工业控制自动化的道路。目前，工业控制自动化主要分为三个主流方向：一是以工业PC为基础的低成本工业控制自动化；二是以PLC为主的工业控制自动化，长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域主战场，为各种各样自动化控制设备提供非常可靠控制方案；三是以芯片为平台的工业控制自动化，例如单片机、FPGA等。
然而在当前，人们需要的功能越来越多，例如快速运算、海量存储、与其他硬件平台以及网络的连接等。工程师和科学家需要一种可以满足复杂机器和工业控制系统开发的需要的测试系统。PAC （可编程自动化控制器）因此应运而生。
下一代工业测控系统——PAC
图3： 参会工程师就实际项目中的应用积极提问
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是具有更高性能的工业控制器，在保留了PLC可靠性的同时，更添加了PC的强大的运算能力，为实现高级工业自动化应用铺平了道路。这一结合了PC灵活性和PLC平台稳定性的新一代工业测控系统不仅得到了行业内众多厂商的响应，包括NI、倍福、研华等在内的众多知名厂商纷纷推出各自的PAC控制器；而且众多行业用户也逐渐认识并应用这一高效的平台，目前PAC产品已经被应用到冶金，化工，纺织，轨道，建筑，水处理，电力与能源，食品饮料，机器制造等诸多行业中。
NI公司的PAC平台的优势
相较于市面上常见的其他PAC产品而言，NI PAC的优势主要体现在高性能的控制器与强大的软件平台LabVIEW上。
NI PAC中集成了工业实时的处理器和基于目前较热门的芯片技术，FPGA，的硬件级的处理器，满足您对于高速工业控制应用的需求。常见的工业控制系统的循环周期一般为毫秒级，工业实时处理器能够提供微秒级的响应时间，而采用基于FPGA的NI PAC系统，能够在一秒钟内实现超过400亿次的运算，以及百万次以上的PID闭环控制，从而获得纳秒级的时间确定性。在高性能处理器的平台上，NI还提供了丰富的I/O模块可供选择，涵盖模拟、数字、总线通信以及其它可自定义的I/O，可以实现高达800kS/s的模拟采样速率，100kS/s的输出刷新率以及10M的高速数字I/O通信速率等。
更重要的是，配合高性能的硬件平台，NI还提供了图形化的编程软件LabVIEW作为PAC的软件开发平台，可以针对多种工业处理器进行开发，并能够满足用户对高级算法应用以及与现有工业系统连接的要求。
LabVIEW中内置了丰富的分析和控制的算法供用户选择，并能快速在硬件上实现。如下图所示，在LabVIEW图形化的开发平台下，算法的实现能够直观的对应于系统的框图，从而工程师得以快速完成代码的开发。
图4：在LabVIEW图形化的开发平台进行编程
不仅如此，在LabVIEW的平台下您还可以非常方便地集成各种工业总线，并通过OPC Server快速连接到现有的PLC系统。此外，LabVIEW还提供了对机器视觉、运动控制以及人机交互界面(HMI)等硬件的支持，确保工程师在统一的平台下完成对整个工业系统的开发。
案例分析
NI的PAC系统在国内已经拥有诸多成功案例，例如：使用NI PAC优化轧钢机控制速率与精度；胜利油田石油管道泄漏监控系统；四方机车高性能列车机车控制系统；高速电锯制动系统；FedEX货机安全灭火系统的快速发布；GE中国使用CompactRIO开发EDM过程控制器；杭州钢铁集团智能原料混合系统；IDG打造油井钻探新武器；天津大学高速电池分拣线数控系统；UCLA使用NI CompactRIO实现热带雨林监测；全球第五大石油集团的原油分配管理系统。这些成功应用无疑体现了NI PAC平台灵活、高效的特点。借助NI PAC，用户能够更为快速经济地设计、原型和发布工业系统， 大大缩短项目开发周期。
值得一提的是，NI的 PAC平台同时有效扩展了视觉功能。作为测试测量行业的领导者，NI通过引入高速测量和机器视觉使PAC超越了简单的I/O。在许多工业应用中需要高速采集测量结果以用于振动或功率品质分析。NI的PAC可以以每秒百万个采样点的速率直接进行高精度的测量，并把数据直接传送到控制系统来立即处理。此外，该平台引入带有逻辑和运动控制的视觉或是高速测量功能，从而使得工程师们无需集成其他的硬件和软件平台。
图5： 付文武工程师认真解答工程师的问题
精彩的技术演进结合实际仪器展示，让许多在座听众都有意犹未尽的感觉，纷纷走到台前和付文武工程师就PAC的应用和产品特性进行交流。付文武工程师都一一进行了解答，在一问一答中，用户更深刻地体会着PAC的创新价值，在目睹PAC可喜进步的同时，与NI进一步切磋着PAC的解决方案和应用体会。
