PLC、PAC、PC-Based、軟PLC傻傻分不清

1968年美國通用汽車公司由于流水線生產受到硬接線繼電器控制系統故障率高、靈活性差的嚴重制約，發出了征集替代者的英雄帖。1969年，第一臺可編程控制器(PC,Programmable Controller)誕生，很好的解決了通用汽車公司的痛點。后來避免與PC(Personal Computer)混淆，改稱為PLC (Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)。PLC相對于繼電器控制系統工作更穩定、接線更少、更改程序方便,從此PLC開始取代傳統繼電器控制系統，得到大面積的使用。

隨著電子、軟件、通信等技術的大發展，PLC的功能不斷豐富：最初只能處理組合邏輯和時序邏輯，后來增加了模擬量的處理、計算功能、通信等功能。

PLC廠家為了滿足不同行業、不同應用場景的要求推出了不同的PLC型號，不同的PLC硬件再組合不同的PLC功能，使得PLC軟件的開發越來越復雜。為了簡化PLC軟件的開發，PLC引入了實時操作系統(RTOS)來管理不同的PLC硬件組件，減少了PLC軟件對硬件的依賴性、為PLC軟件的開發提供統一的接口。從此PLC開始了功能軟件化的征程。

2001年ARC咨詢公司的CraigResnick提出了PAC(Programmable Automation Controllers，可編程自動化控制器)的概念，標志著工業控制器的發展進入了一個新時代：由最初的功能單一的Logic控制器進化到了滿足自動化多種應用的Automation控制器（這個變化不是一夜之間發生的，是一個漸進的過程，PAC稱呼的出現只是給這類控制器賦予了一個更確切的名稱）。PAC的核心無疑是PLC功能，除此之外，PAC還可能有visualization(可視化人機界面)、motion control(運動控制)、CNC(數控)、robotics(機器人)、vison system(機器視覺)、file management(文件管理)、Database(數據庫)、gateway(網關)、Edge(邊緣計算)等功能。

PAC之于PLC類似智能手機之于傳統手機：PLC和傳統手機功能比較聚焦，對用戶而言是一個只知道其功能及使用方法的黑盒子。PAC和智能手機的參數列表里一般可以看到所用的處理器型號、內存大小、存儲空間大小、搭載什么操作系統以及運行哪些應用程序。PAC的簡化架構如下圖，底層是硬件（主要關注處理器和現場總線芯片）、中間是管理硬件資源的操作系統和驅動程序、上面是PLC、HMI、運動控制(PtP、插補、SoftCNC、Robotics)、機器視覺等應用。

PAC所使用的處理器一般有兩大類，一類是x86架構的CISC處理器，供應商有Intel、AMD、VIA威盛、ICOP昭營、RDC金麗科技等，計算能力強，主要用于中高端PAC控制器；另一類是ARM架構的RISC處理器，主流供應商有Infineon、TI、ST、NXP等，低功耗，主要用于中低端PAC控制器。受益于PC和以手機為代表的消費電子產品的巨大出貨量，這兩款處理器能以較低的成本從不同的供應商長期穩定的供應市場。

PAC所使用操作系統一般也有兩大類，一類是實時操作系統(RTOS), 如VxWorks、QNX、WindowsCE以及RT Linux；另一類是Windows + 實時擴展(Windows不是實時操作系統，任務調度的確定性不夠，需要通過外部擴展來增加其確定性，主要實時擴展軟件有：IntervalZero的RTX、TenAsysINtime? RTOS、Beckhoff的實時擴展、CoDeSys Control RTE、KitharaRealTime Suite等)。

PAC可以選擇支持各種現場總線(主要是實時以太網)，可以選擇硬件芯片方案，也可以選擇軟件協議棧方案。主要供應商有Hilscher、HMS、Deutschmann Automation、KUNBUS、SIEMENS(PROFIBUS和PROFINET)、Renesas、Altera、Acontis、Softing等。

PAC最核心的PLC功能也有很多供應商可以提供符合IEC61131-3 標準的PLC   Runtime 和集成開發環境(IDE) ，如3S公司的CoDeSys、KW Software(已被Phoenix Contact收購，更名為Phoenix Contact Software)的MULTIPROG(IDE)和ProConOs(Runtime)，德國Infoteam的OpenPCS、ICS Triplex(已被Rockwell Automation收購，還可提供IEC 61499方案)的 ISaGRAF、奧地利logi.cals的logi.CAD（IDE）和logi.RTS（Runtime）、法國COPA-DATA的straton等。老牌PLC廠商SIEMENS、Allen-Bradley(Rockwell Automation)、Modicon(Schneider Electric)從PLC誕生開始就自研PLC Runtime并一直進化著，現在也符合IEC61131-3 標準。運動控制功能的知名供應商有德國的ISG(https://www.isg-stuttgart.de/en/isg-kernel/information.html)，其產品ISG-kernel覆蓋從PtP、插補到CNC、Robotics的全套運動控制功能，被多家主流的PAC廠家采用。

談到PC-Based控制器，首先要明確PC的定義。狹義的PC指的是x86硬件+ Windows操作系統，這種情況下PC-Based控制器的下面兩層就是x86硬件+ Windows操作系統（帶實時擴展），典型的PC-Based控制器有Beckhoff的CX1000/CX2000/CX5000/IPC+TwinCAT, Siemens的WinAC RTX，CODESYS Control RTE SL等。更寬泛定義的PC-Based控制器也包括x86硬件+ RTOS (VxWorks、QNX、Windows CE以及RTLinux), 這種組合的典型PC-Based控制器有GE 的PACSystemsRX3i/7i、Allen-Bradley的 ControlLogix   PAC、B&R的X20控制器等。

至于軟PLC，我個人認為各種PLC都是軟硬件結合的產品，沒有純硬PLC，也沒有純軟PLC。通常說的軟PLC指的是PLC Runtime可以獨立于硬件(通常是IPC)交付的，例如SIEMENS的S7-1500 Software Controller和WinAC RTX、Beckhoff的TwinCAT、B&R的AR010(ARwin和ARemb)，PhoenixContact 的PC WORX RT BASIC 、Allen-Bradley的SoftLogix 等。

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