OPTO 22 PAC(可编程自动化控制器) 介绍

2001年，国际自动化研究机构针对当时工业自动化领域某些新型的控制系统，无法被简单纳入到PLC、DCS或RTU分类，而提出了PAC概念名称。实际上，当时的OPTO 22 的Mistic控制系统，就属于最早一代的PAC的范畴。其具体的标准体现在同一个软硬件平台上的多功能性：完成多种任务（逻辑，过程，运动控制），以及开放性（通信协议和对象的支持）等。

时至今日，OPTO 的PAC系统以及发展到最新一代的SNAP系列，下面是具体介绍：

PAC定义的核心之一在于同样的硬件设备能够跨多领域应用，那么要求其对应的软件平台必须具备多领域应用中所要涵盖的控制及监测任务开发能力。作为业内最先使用流程图方式编程的开发环境PAC Control， 不仅开发方式更接近于工程师设计系统的思路程序能够随应用要求而“流动”，其内置的脚本工具更有利于实现较为复杂的控制算法以及通信协议的解析，从而实现离散控制、过程控制、运动控制、远程监控以及数据采集等各种需求。

OPTO的组态软件PAC Display，也满足PAC定义的要求，即能够与编程环境共享统一的变量标签数据库，同时软件中包含了数据库连接工具，可以无缝的与三方数据库进行三方互联，这样满足了原来越多的信息管理层直接对自动化底层直接访问的需求。

l         OPTO 22 PAC硬件架构:

新一代的SNAP PAC控制器系列整合了高速多任务处理器，冗余以太网，大容量内存，多种通信接口等功能，把硬件的可靠性与高性能完美的结合在一起。相对PLC来说，能够无需扩展模块或子系统即可胜任多种复杂对象处理或控制任务。

对于OPTO系统，其硬件系统特点还体现在其I/O和智能处理器层。OPTO的的智能处理器(Brain) 功能上类似于SCADA系统中常用的RTU（远程终端），但是除了具备RTU多种通信协议支持，环境适应能力强的特点外，其优势在于的多种任务执行能力。譬如说，PID回路控制、SOE顺序事件记录、报警处理、高速计数和脉冲输出等。对于SCADA系统来说，回路控制或者是SOE往往是其整个系统最关键的任务，即使控制器和上位服务器系统发生故障，也不会影响到这些已经预设好的核心任务的执行，这样相对于传统RTU系统具备更高的可靠性。

同样，OPTO的I/O系统也具备了智能性，能够完成模拟工程单元转换、标定、截取、数字量翻转记录等等功能。这些任务虽然计算简单，但是当点数规模增大后，通常会占用很大的控制器处理能力开销，而OPTO的这种分层式的架构将处理器从这些烦杂任务中解放出来，从而提高了系统核心任务执行能力以及稳定性。另一方面，I/O层处理过的数据相对原始数据得到了较大的压缩，从而减小了对网络带宽的占用，提高了网络通信的实时性。

对于智能处理器和I/O级，OPTO对其都进行了特殊涂层处理，从而提高了防潮防腐的能力，使其更适应于工业现场和野外环境应用。

应用案例：美国垦务局使用Opto 22 SNAP PAC系统是监测、控制水处理过程的关键

Leadville矿井排水隧道（LMDT）于1952年竣工，由美国矿业局建造用于矿井区指定区域的排水。隧道位于Leadville市外南/东南部，全长约120，000英尺。

隧道内部

自1992年，开垦局（于1959年购得隧道，一直独立负责直至1996年被联邦政府解散）便进行隧道排水处理—除去溶解的金属，保证水符合管理法规和标准，能安全地流入阿肯色河道内。

1996年以来，Eugene Csuti主要负责该地水处理厂的自动化和电子设备。他确定、使用、维护一个复杂的过程控制系统用于监测包括水位、条件变化报警和金属筛除如镉、铅、银和锌等。系统同时调节水的PH值，降低水的浊度，在排放前对其进行净化，甚至比日常饮用水更为清洁。

为了实现这一目标，Csuti开始重新审查安装的Opto 22 mistic?控制平台，包括多重G4LC32控制器（自动化行业的第一代可编程自动化控制器之一）和可升级至更先进的SNAP PAC系统，它是Opto 22最新一代的硬件和软件，拥有更快和更强大的控制器，简单易懂，Microsoft?Windows?环境下编程，易于操作的HMI开发工具。因为Opto 22产品可向后兼容，Csuti能对硬件升级，利用新的特点加入指令，而不用改变运行中的现场布线

和I/O。

新系统拥有Opto 22著名的分布式架构，装有与多个I/O通讯的独立控制器，用于监测和控制上千个点。Opto 22 的I/O拥有罕见的独立I/O处理器，能进行时间关键性、密集处理和重复任务，如高速计数、输入闭锁、积分计算及最出色的PID回路控制。

LMDT的控制室

PID控制

部分Leadville的处理过程包括添加硫酸和其他化学试剂以固化污染物，最终能像淤泥一样被抽出去。使用PID回路控制有效调节了硫酸注入过程并保证了水的PH值在正常范围内，约7.8~8。

“我们的Opto系统连接化学加料器，PID控制加快或减慢注入速度，保持PH值的准确”，Csuti解释道。

分布式架构

值得注意的是，PID回路控制的这个过程不依赖Opto 22 PAC控制器来执行，而是通过远程处理器（也被称作智能处理器）实现的。将整个设备中的控制器层的PID回路控制的密集运算下放到I/O机架上的智能处理器，能有效推动控制至I/O层，同时这种分布式架构为Csuti提供了许多优势。

他解释道：“有了Opto的分布式SNAP PAC系统，中央控制器能运行控制程序或‘策略’，并代表远程智能处理器的许多功能—从简单的I/O读写到更复杂些的功能如高速计数、脉冲、测量及热电偶线性化等。因此，SNAP PAC系统能降低系统内的故障几率，例如若主机PAC以任意形式出现故障，你仍有单独单元可继续进行操作，永久地不停顿地执行系统各自的任务。”

在Csuti的案例中，这意味着，如果中央控制器停转、离线或因为任何原因不运行，所有分布在整个设施中的SNAP PAC智能控制器不会受到影响，将继续执行他们的PID计算和对规定水的计量。

Opto分布式架构的另一个优势在于布线，如Csuti的水处理操作发生在大规模设备中，一个主控制室与6个远程I/O通讯，面板加2个远程站点通过光纤通讯。这些都是有线连I/O，控制阀门开关、设备开关及仪表监测。在白天的开关过程中，系统操作状态是手动，面板则用于本地控制。而在晚间和节假日，系统切换至自动状态，同时控制室优先。因此，布线实际上需要2个不同的地点，同时，对于设备大于2500个I/O点的集中控制，需建立起并管理众多远距离布线的运行。所有这些都决定了分布式架构才是最佳的选择。

Opto 22 SNAP PAC系统I/O点24h监测和控制水处理过程

并行布线升级

这一水处理应用中独特的一面是，升级至SNAP PAC系统意味着Csuti需要对整个设备进行并行布线，通过安装新的的硬件同时和旧硬件并行与I/O相连，逐一复制现有架构。尽管这种方法比一般硬件移除替换更费时，在LMDT中的操作性质及这些操作对健康、周围居民和环境产生的巨大影响决定了没有其他的选择。

但是最终的升级将是值得的，因为新的系统的速度将是原来的100倍，且具有较好的PID处理能力，并提供高密度的I / O，能为当局节省很大空间。

整个控制系统是并行配置，Csuti能从其旧的mistic架构切换至他的新SNAP PAC架构，微调至他所需要的操作详细和参数上。新系统的功能使得Csuti估算并标记出必要的调节。他也可以切换回旧系统并做出相应调节，仍保持设备的可操作性。Csuti计划继续像这样系统倒转直至系统正常，以后他将彻底卸除旧系统—包括控制器、布线、底板、模块和其他硬件。

故障报错，报警和可靠性

监察当局继续监测Leadville内及附近的水域。若水中金属量超标，或水质不干净，当局将面临重罚。为了避免处罚，Csuti设计的控制策略指定若有任意过程不符合设定的操作规定，控制系统将发布指令将排出的水从河道内转移至确认的池塘内直到问题纠正，系统重启。

类似地，当水厂监测处于自动模式，若发现一个阀门位置错误或模拟量读数超过参数范围，控制策略会对系统尝试重启操作。若系统无法正常重启，整个过程安全有序的关闭。若遇紧急情况如自主拨号激活，拨打如下之一的电话（管理者、操作员、机械专家或电气专家Csuti），使其可以快速知晓并迅速抵达现场。

Opto 22系统还监测发电机组的停电—若有任何事件发生，发送即时通知—不间断电源供应保证控制器和控制策略时刻运行。

“大规模的编程使得系统能对许多不同的情况和描述做出响应，” Csuti说道。“我们策略的复杂性—其中接近80项—决策的制定需要它们，使得我们的系统构成一个真实的整体。”