OPTO 22 PAC(可編程自動化控制器) 介紹

2001年，國際自動化研究機構針對當時工業自動化領域某些新型的控制系統，無法被簡單納入到PLC、DCS或RTU分類，而提出了PAC概念名稱。實際上，當時的OPTO 22 的Mistic控制系統，就屬于最早一代的PAC的范疇。其具體的標準體現在同一個軟硬件平臺上的多功能性：完成多種任務（邏輯，過程，運動控制），以及開放性（通信協議和對象的支持）等。

時至今日，OPTO 的PAC系統以及發展到最新一代的SNAP系列，下面是具體介紹：

PAC定義的核心之一在于同樣的硬件設備能夠跨多領域應用，那么要求其對應的軟件平臺必須具備多領域應用中所要涵蓋的控制及監測任務開發能力。作為業內最先使用流程圖方式編程的開發環境PAC Control， 不僅開發方式更接近于工程師設計系統的思路程序能夠隨應用要求而“流動”，其內置的腳本工具更有利于實現較為復雜的控制算法以及通信協議的解析，從而實現離散控制、過程控制、運動控制、遠程監控以及數據采集等各種需求。

OPTO的組態軟件PAC Display，也滿足PAC定義的要求，即能夠與編程環境共享統一的變量標簽數據庫，同時軟件中包含了數據庫連接工具，可以無縫的與三方數據庫進行三方互聯，這樣滿足了原來越多的信息管理層直接對自動化底層直接訪問的需求。

l         OPTO 22 PAC硬件架構:

新一代的SNAP PAC控制器系列整合了高速多任務處理器，冗余以太網，大容量內存，多種通信接口等功能，把硬件的可靠性與高性能完美的結合在一起。相對PLC來說，能夠無需擴展模塊或子系統即可勝任多種復雜對象處理或控制任務。

對于OPTO系統，其硬件系統特點還體現在其I/O和智能處理器層。OPTO的的智能處理器(Brain) 功能上類似于SCADA系統中常用的RTU（遠程終端），但是除了具備RTU多種通信協議支持，環境適應能力強的特點外，其優勢在于的多種任務執行能力。譬如說，PID回路控制、SOE順序事件記錄、報警處理、高速計數和脈沖輸出等。對于SCADA系統來說，回路控制或者是SOE往往是其整個系統最關鍵的任務，即使控制器和上位服務器系統發生故障，也不會影響到這些已經預設好的核心任務的執行，這樣相對于傳統RTU系統具備更高的可靠性。

同樣，OPTO的I/O系統也具備了智能性，能夠完成模擬工程單元轉換、標定、截取、數字量翻轉記錄等等功能。這些任務雖然計算簡單，但是當點數規模增大后，通常會占用很大的控制器處理能力開銷，而OPTO的這種分層式的架構將處理器從這些煩雜任務中解放出來，從而提高了系統核心任務執行能力以及穩定性。另一方面，I/O層處理過的數據相對原始數據得到了較大的壓縮，從而減小了對網絡帶寬的占用，提高了網絡通信的實時性。

對于智能處理器和I/O級，OPTO對其都進行了特殊涂層處理，從而提高了防潮防腐的能力，使其更適應于工業現場和野外環境應用。

應用案例：美國墾務局使用Opto 22 SNAP PAC系統是監測、控制水處理過程的關鍵

Leadville礦井排水隧道（LMDT）于1952年竣工，由美國礦業局建造用于礦井區指定區域的排水。隧道位于Leadville市外南/東南部，全長約120，000英尺。

隧道內部

自1992年，開墾局（于1959年購得隧道，一直獨立負責直至1996年被聯邦政府解散）便進行隧道排水處理—除去溶解的金屬，保證水符合管理法規和標準，能安全地流入阿肯色河道內。

1996年以來，Eugene Csuti主要負責該地水處理廠的自動化和電子設備。他確定、使用、維護一個復雜的過程控制系統用于監測包括水位、條件變化報警和金屬篩除如鎘、鉛、銀和鋅等。系統同時調節水的PH值，降低水的濁度，在排放前對其進行凈化，甚至比日常飲用水更為清潔。

為了實現這一目標，Csuti開始重新審查安裝的Opto 22 mistic?控制平臺，包括多重G4LC32控制器（自動化行業的第一代可編程自動化控制器之一）和可升級至更先進的SNAP PAC系統，它是Opto 22最新一代的硬件和軟件，擁有更快和更強大的控制器，簡單易懂，Microsoft?Windows?環境下編程，易于操作的HMI開發工具。因為Opto 22產品可向后兼容，Csuti能對硬件升級，利用新的特點加入指令，而不用改變運行中的現場布線

和I/O。

新系統擁有Opto 22著名的分布式架構，裝有與多個I/O通訊的獨立控制器，用于監測和控制上千個點。Opto 22 的I/O擁有罕見的獨立I/O處理器，能進行時間關鍵性、密集處理和重復任務，如高速計數、輸入閉鎖、積分計算及最出色的PID回路控制。

LMDT的控制室

PID控制

部分Leadville的處理過程包括添加硫酸和其他化學試劑以固化污染物，最終能像淤泥一樣被抽出去。使用PID回路控制有效調節了硫酸注入過程并保證了水的PH值在正常范圍內，約7.8~8。

“我們的Opto系統連接化學加料器，PID控制加快或減慢注入速度，保持PH值的準確”，Csuti解釋道。

分布式架構

值得注意的是，PID回路控制的這個過程不依賴Opto 22 PAC控制器來執行，而是通過遠程處理器（也被稱作智能處理器）實現的。將整個設備中的控制器層的PID回路控制的密集運算下放到I/O機架上的智能處理器，能有效推動控制至I/O層，同時這種分布式架構為Csuti提供了許多優勢。

他解釋道：“有了Opto的分布式SNAP PAC系統，中央控制器能運行控制程序或‘策略’，并代表遠程智能處理器的許多功能—從簡單的I/O讀寫到更復雜些的功能如高速計數、脈沖、測量及熱電偶線性化等。因此，SNAP PAC系統能降低系統內的故障幾率，例如若主機PAC以任意形式出現故障，你仍有單獨單元可繼續進行操作，永久地不停頓地執行系統各自的任務。”

在Csuti的案例中，這意味著，如果中央控制器停轉、離線或因為任何原因不運行，所有分布在整個設施中的SNAP PAC智能控制器不會受到影響，將繼續執行他們的PID計算和對規定水的計量。

Opto分布式架構的另一個優勢在于布線，如Csuti的水處理操作發生在大規模設備中，一個主控制室與6個遠程I/O通訊，面板加2個遠程站點通過光纖通訊。這些都是有線連I/O，控制閥門開關、設備開關及儀表監測。在白天的開關過程中，系統操作狀態是手動，面板則用于本地控制。而在晚間和節假日，系統切換至自動狀態，同時控制室優先。因此，布線實際上需要2個不同的地點，同時，對于設備大于2500個I/O點的集中控制，需建立起并管理眾多遠距離布線的運行。所有這些都決定了分布式架構才是最佳的選擇。

Opto 22 SNAP PAC系統I/O點24h監測和控制水處理過程

并行布線升級

這一水處理應用中獨特的一面是，升級至SNAP PAC系統意味著Csuti需要對整個設備進行并行布線，通過安裝新的的硬件同時和舊硬件并行與I/O相連，逐一復制現有架構。盡管這種方法比一般硬件移除替換更費時，在LMDT中的操作性質及這些操作對健康、周圍居民和環境產生的巨大影響決定了沒有其他的選擇。

但是最終的升級將是值得的，因為新的系統的速度將是原來的100倍，且具有較好的PID處理能力，并提供高密度的I / O，能為當局節省很大空間。

整個控制系統是并行配置，Csuti能從其舊的mistic架構切換至他的新SNAP PAC架構，微調至他所需要的操作詳細和參數上。新系統的功能使得Csuti估算并標記出必要的調節。他也可以切換回舊系統并做出相應調節，仍保持設備的可操作性。Csuti計劃繼續像這樣系統倒轉直至系統正常，以后他將徹底卸除舊系統—包括控制器、布線、底板、模塊和其他硬件。

故障報錯，報警和可靠性

監察當局繼續監測Leadville內及附近的水域。若水中金屬量超標，或水質不干凈，當局將面臨重罰。為了避免處罰，Csuti設計的控制策略指定若有任意過程不符合設定的操作規定，控制系統將發布指令將排出的水從河道內轉移至確認的池塘內直到問題糾正，系統重啟。

類似地，當水廠監測處于自動模式，若發現一個閥門位置錯誤或模擬量讀數超過參數范圍，控制策略會對系統嘗試重啟操作。若系統無法正常重啟，整個過程安全有序的關閉。若遇緊急情況如自主撥號激活，撥打如下之一的電話（管理者、操作員、機械專家或電氣專家Csuti），使其可以快速知曉并迅速抵達現場。

Opto 22系統還監測發電機組的停電—若有任何事件發生，發送即時通知—不間斷電源供應保證控制器和控制策略時刻運行。

“大規模的編程使得系統能對許多不同的情況和描述做出響應，” Csuti說道。“我們策略的復雜性—其中接近80項—決策的制定需要它們，使得我們的系統構成一個真實的整體。”