在过去十年间，关于PLC（可程式逻辑控制器）和PC架构下的控制系统二者相较孰优孰劣的辩论相当激烈。当PC和PLC之间的技术差异渐渐消失，加上PLC使用随处可得的商业硬体，以及PC系统结合即时作业系统，进而出现一种新型的控制器，即PAC。 PAC是由Automation Research Corporation（ARC）创造的新缩写字，意为可程式自动化控制器（Programmable Automation Controller），用于形容结合了PC及PLC功能的新一代工业控制器。PAC缩写字被传统的PLC厂商用来形容其高阶系统，也被PC控制系统厂商用来形容其工业控制平台。

80-20法则

在推出三十年之后，PLC已经发展至包含类比I/O、网路通讯以及新的程式标准（例如IEC 61131-3）。但是，工程师利用数位I/O、数个类比I/O点以及简单的程式设计技术，创造出百分之八十的工业应用程式。 ARC、Venture Development Corporation（VDC）以及线上PLC训练机构PLCS.net估计：

由于百分之八十的工业应用是使用传统工具来处理，因此市场对于简单的低价位PLC有强大的需求。这种现象，促成具备使用阶梯逻辑之数位I/O的低价位微型PLC的蓬勃发展。它也在控制器技术中造成断层，因为有百分之八十的应用环境只需要简单的低价位控制，另外百分之二十则不断地推展传统控制系统的功能极限。落在那百分之二十的应用程式是由需要较高之回圈速率、高级控制运算法、更多类比功能，以及与企业网路有更佳整合的工程师所建立的。

在八十年代和九十年代，这百分之二十的工程师评估PC是否可以用于工业控制。 PC提供的软体功能可以执行高阶的作业，提供丰富图形化的程式设计和使用环境，而且使用随处可得的商业元件，让控制工程师得以运用其它应用环境所开发的技术优势。这些技术包括浮点处理器、高速I/O汇流排，例如PCI及乙太网路、非永久性资料储存，以及图形化开发软体工具。 PC亦提供更大的变通性、具生产力的软体，以及高阶的低价位硬体。

然而，PC仍然不能建构出完美的控制应用系统。虽然许多工程师在结合高阶功能（例如类比控制及模拟、资料库连接、网站式功能，以及和协力厂商设备进行通讯）时使用PC，PLC仍然主宰控制的领域。使用PC进行控制的主要问题在于标准的PC并​​不是针对严苛的环境进行设计。

目前PC有三个主要挑战：

虽然有些工程师使用特别的工业用电脑，具备坚固的硬体及特殊的作业系统，但是大部份工程师仍然避免使用PC进行控制，就是因为PC稳定性的问题。此外，在PC中使用不同自动化作业的设备（例如I/O、通讯或运动控制）可能采用不同的开发环境。

因此这百分之二十的工程师若不是放弃PLC难以达到的功能，就是组合一套系统，用PLC进行程式的控制，再用PC执行较高阶的功能。这就是为何今日有许多工厂将PLC配合PC使用，以进行资料记录、连接至条码扫瞄器、将资料加入资料库，以及将资料公布至网站之故。这种架构最大的问题在于，这些系统往往难以组装、故障排除及维护。系统工程师往往不可避免地必须处理整合多厂商之软硬体的工作，但是由于这些设备并非设计成要配合使用，因此这项工作往往是一大挑战。

建造一个更好的控制器

因为没有一个明确的PC或PLC解决方案，因此需要复杂应用的工程师与控制厂商密切合作，以开发新的产品。他们要求能够将PC的先进软体功能与PLC的稳定性相结合。这些顶尖的工程师协助导引PLC及PC控制厂商的产品开发。

要发挥软体的功能，不但需要先进的软体，也需要在控制器的硬体功能上有所提升。随着全球对PC元件的需求量降低，许多半导体厂商开始重新设计其产品供工业应用。今日的控制厂商正在将工业级的浮点处理器、DRAM、永久性储存设备（例如CompactFlash），以及高速乙太网路晶片组整合至工业控制产品中。这种趋势使得厂商能够开发威力更加强大的软体，这些软体具备PC控制系统的弹性及可用性，并可以在即时作业系统上执行，以获得稳定性。

经过这个过程所产生的新控制器，以这百分之二十的应用环境为目标，结合了最佳的PLC功能及最佳的PC特色。 ARC的业界分析师将这些设备命名为可程式自动化控制器，简称PAC。在ARC进行的「可程式逻辑控制器全球展望」研究中，他们指出PAC的五大特性。这些标准透过定义软体功能的方式，列出控制器功能的特性：

多领域的功能性

多领域的功能性让一个平台上至少有两种以上功能，包括逻辑（logic），运动（motion）、PID控制、磁碟（drives）以及处理（process）。除了部份在I/O上做变动以配合特殊协定（例如SERCOS）之需要以外，逻辑、运动、处理以及PID，都只是软体的一个函数。举例来说，运动控制就是一个软体控制回圈，它从正交编码器读取数位输入，执行类比控制回圈，再输出一个类比讯号去控制设备。

单一的多元化开发平台

单一的多元化开发平台结合一般标签（common tagging）及单一资料库，以存取​​所有的参数及功能。由于PAC是为了高阶应用（例如多领域设计）而设计的，因此它们需要更先进的软体。为了让系统设计更有效率，软体必须是一款单一整合软体套件，而不是未经处理、无法合作无间的分散式软体工具。

透过处理跨越多部机器或处理元件之资料流

透过处理跨越多部机器或处理元件之资料流，配合IEC61131-3、使用者导引，以及资料管理，使之能够完成设计的软体工具。另外一个简化系统设计的元件是高阶图形化开发工具，它能够轻易将工程师对于过程的​​概念转变成实际控制机器的程式码。

开放的模组化架构

反应出工业应用环境的开放、模组化架构，从工厂中的机器配置到处理厂中的元件操作皆含括在内。由于所有的工业应用都需要大量的自订功能，因此硬体必须提供模组化功能，工程师可以选择适用的元件。软体必须让工程师能够增加及移除模组，以设计所需的系统。

采用实质标准做为网路界面及语言

采用实质标准做为网路界面及语言等等，例如TCPIP、OPC & XML，以及SQL查询。对于现代控制系统而言，和企业网路的通讯是非常重要的。虽然PAC含有乙太网路连接埠，但是通讯用软体是与机构其它部份顺利进行整合的关键。

软体的两个途径

虽然软体是PAC和PLC之间的主要差异，厂商在提供先进软体的方法上却有许多做法。通常他们会以现有的控制软体为起点，再逐步加入设计PAC所需之功能、稳定性以及使用简易性。一般而言，这种作法造成两个PAC软体供应商的阵营：具备PLC控制背景的供应商，以及具备PC控制背景的供应商。

采用PLC哲学的软体

传统的PLC软体厂商以可靠而使用简易的扫瞄技术为起点，再研发加入新功能。 PLC软体遵循一般的模式，包括扫瞄输入、执行控制程式码、更新输出，以及执行内部管理功能。控制工程师只需处理控制码的设计，因为输入回圈、输出回圈以及内部管理回圈都是隐藏的。由于大部份工作都由厂商完成，因此这种严格的控制技术可以更简易而快速地建立控制系统。这些系统的坚固性也使得控制工程师不需要完全了解PLC的低阶作业，即可建立稳定的程式。但是，坚固的扫瞄技术虽然是PLC的主要优点，也会使它变得缺少弹性。大部份的PLC厂商在制作PAC软体时，是在现有的扫瞄器技术中加入新的功能，例如乙太网路通讯、运动控制，以及先进运算法。但是，他们多半会维持PLC程式设计的类似外观，以及逻辑和控制元件方面固有的优点。这样的作法造成PAC软体通常是针对满足特定类型之应用（例如逻辑、动作及PID）而设计，但是对于客制应用（例如通讯、资料记录，或自订控制运算法）而言就较缺乏变通性。

采用PC哲学的软体

传统的PC软体厂商以极具弹性的通用型程式设计语言为起点，提供了直接控制硬体内部工作的强大沟通能力。应用软体亦结合稳定性、决定性，以及预设的控制技术。虽然PLC程式设计师通常也可以使用扫瞄器架构，但是它们并非针对PC控制软体而​​设计。相较之下PC软体非常具有弹性，极适用于需要先进架构、高阶程式设计技巧或系统层级控制的复杂应用程式，但是较难供简单的应用程式使用。

这些厂商的第一个步骤是提供稳定性及决定性，这在通用型作业系统（例如Windows）中往往付之阙如。要达成这个目标，必须透过即时作业系统 （RTOS），例如Ardence（原为Venturcom）的Phar Lap，或是Wind River的VxWorks。这些RTOS提供控制整个控制系统所有层面的功能，从I/O读写速度到控制器上产生之个别执行绪的优先权皆含括在内。随后这些厂商加入大纲式简化处理以及I/O读/写架构，使工程师能够更容易地建立稳定的控制应用程式。如此做的结果是一套适合客制控制、资料记录以及通讯的弹性软体，但是缺少熟悉的PLC程式设计技术，因此需要花更多心力进行应用程式开发。

以LabVIEW软体为例，其直觉式图形化程式设计风格（类似流程图）提供全功能程式设计语言的功能，具备使用容易的界面，是非常合适的PAC布署平台。而利用LabVIEW Real-Time及LabVIEW FPGA，也能将LabVIEW与即时作业系统和直接支援FPGA（Field Programmable Gate Arrays）的能力相结合，以提供稳定性和决定性。

PAC架构下的视觉及量测系统

将PAC结合更高速的量测及机器视觉功能，将使得PAC不再是单纯的I/O系统。许多工业应用程式会收集高速量测结果，供震动或电力品质应用程式之用，收集到的资料被利用来监督转动机械的状况、判断维修时程、辨识马达磨损程度，以及调整控制运算法。这些资料通常是使用专业的资料撷取系统或独立的仪器来进行收集，并透过通讯汇流排结合至控制系统中。因此PAC可以用每秒数百万个样本的撷取速度进行高准确度的测量，然后直接将资料传送至控制系统中，立即进行处理。

工程师也可以将视觉功能结合至控制系统中。视觉应用是在过去十年间，于自动化业界中发展极大的一个领域。在制造环境中，有许多缺失或错误可以立即透过视觉检验来辨认，使用传统的量测技术可能难以发现这些问题。常见的应用环境包括制造或组装验证的零件检验，例如检查电路板上元件位置是否正确、以光学字元辨识（optical character recognition；OCR）检查日期代码或将产品排序，以及以光学测量寻找产品的缺陷，或是根据品质标准进行排序。目前许多工厂使用​​连接至制造过程控制器的独立智慧型摄影机。若能将PAC与视觉或高速测量及逻辑和动作控制结合，工程师便不需要整合不相似的软体及硬体平台。

使用PAC，不再需要客制硬体

虽然PAC是最新型的可程式控制器，但是PAC的未来有赖于嵌入技术的合作。例子之一是使用软体来定义硬体的能力。 FPGA是电子厂商用来制作客制晶片常用的电子元件，可以在新的设备中加入智能。这些设备中包括可重设组态逻辑电路，可以执行多种功能，用于连接功能区块的可程式接点，以及将资料输入及输出晶片的I/O区块。只要定义可重设组态逻辑电路的功能，以及彼此之间和I/O间的连接方式，电子设计者就可以创造客制晶片，而不需要生产客制的ASIC。 FPGA就像拥有一部可以重新布署内部电路以执行特定应用程式的电脑。

过去只有熟悉低阶程式设计语言（例如VHDL）的硬体设计师才能运用FPGA技术。但是，今日的系统控制工程师可以利用例如LabVIEW FPGA来建立客制控制运算法，并将之下载至FPGA晶片。这种功能让工程师得以将执行上对时间极度要求的功能结合至硬体中，例如极限开关及邻近感测器的侦测以及健康状态监视的应用等。由于控制程式直接在晶片中执行，因此工程师可以迅速建立具备客制通讯协定或高速控制回路的应用程式：最高达1MHz的数位控制回圈，以及200kHz的类比控制回圈。

用于控制应用的LabVIEW

由于LabVIEW的功能，以及图形化程式设计使用上的简易性，以LabVIEW为基础的PAC适合有以下需求的应用环境：

市场动态

本文藉由撰写LabVIEW程式，建立一套图形介面之自动化量测系统，以期将来在开发自动平衡器或其他减振装置时，能够有效缩短系统之测试时间及减少工程人力的投入。而在整个自动化量测系统中将包含马达转速的监控、闪频仪同步化以及量测稳态时之残余振动量等。相关介绍请见「搭配滚珠型自动平衡器之光碟机振动量测系统 」一文。 在竞争激烈的环境中，品质将视为产品是否胜出的关键，在品质优先的条件下，产品抽样检验已经无法满足厂商及消费者的需求。全检可对每一个产品的品质把关，还能突显出产品的优势，因此，唯有使用符合客制化需求的自动化量测系统，才能在全检的条件下完成大量生产及出货的目标。你可在「 背光板辉度、均匀度量测系统简介」一文中得到进一步的介绍。 谈到量测自动化，就不能不提其中相当关键的资料撷取系统；「资料撷取」是由类比与数位讯号源自动化量测的过程，讯号来源包含感测器或是待测装置。资料撷取装置运用了PC-based量测硬体与软体的结合，来提供一个具弹性且「客制化」的量测系统。在「 自动化量测 抓住未来」一文为你做了相关的评析。

相关网站	NI美商国家仪器网站 Agilent安捷伦科技网站 Tektronix太克科技网站