如何改善基于PLC的系統(tǒng)的性能

在過(guò)去的數(shù)十年中，工程師和科學(xué)家們使用可編程的邏輯控制器（PLC），實(shí)現(xiàn)了我們身邊世界的自動(dòng)化；在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，PLC的應(yīng)用仍將繼續(xù)。PLC是專為離散控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，是工業(yè)應(yīng)用中主要的有用工具；然而，隨著工業(yè)機(jī)器和工廠復(fù)雜度的增加，僅憑PLC完成這些工作，即便可能，也是非常困難的。今天的自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)超出了PLC的能力拓展，使得工業(yè)機(jī)器領(lǐng)域的工程師們不得不面對(duì)在其現(xiàn)有系統(tǒng)中集成更多高級(jí)I/O、處理和控制的需要。新推出的可編程自動(dòng)化控制器（PAC）硬件系統(tǒng)，可以方便地與PLC集成，以便在工業(yè)機(jī)器中添加更多高級(jí)功能并提高其效率，這使得PAC成為PLC系統(tǒng)的理想解決方案。
　　
　　目錄
　　1. 提高機(jī)器的效率
　　2. 在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中添加高級(jí)I/O和高級(jí)信號(hào)處理功能
　　3. 將PAC集成至現(xiàn)有PLC系統(tǒng)
　　4. 總結(jié)
　　
　　提高機(jī)器的效率
　　集成工業(yè)系統(tǒng)（I2S），一家數(shù)十年來(lái)專門生產(chǎn)現(xiàn)有金屬軋機(jī)設(shè)備與控制系統(tǒng)的私營(yíng)美國(guó)OEM公司，為我們提供了一個(gè)關(guān)于如何改善現(xiàn)有PLC系統(tǒng)的極佳范例。多年來(lái)，I2S一直使用PLC實(shí)現(xiàn)其所產(chǎn)軋機(jī)的自動(dòng)化和控制。近年來(lái)，該公司業(yè)已開(kāi)始嘗試升級(jí)其軋機(jī)控制系統(tǒng)以改善效率與質(zhì)量。為了升級(jí)該系統(tǒng)并改進(jìn)其機(jī)器設(shè)備，I2S需要這樣一個(gè)解決方案，它能提供更高的模擬輸入精度以便實(shí)現(xiàn)與其伽馬測(cè)量傳感器的接口，以及高級(jí)信號(hào)處理功能，以提取來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)極為準(zhǔn)確的厚度測(cè)量值（PLC將在軋機(jī)控制循環(huán)中使用這一測(cè)量值）。

　　為了節(jié)約時(shí)間與成本，I2S首先嘗試在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高級(jí)模擬測(cè)量與處理功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)PLC無(wú)法提供所需的精確模擬I/O與信號(hào)處理功能時(shí)，I2S轉(zhuǎn)向了NI CompactRIO――一個(gè)可重新配置的嵌入式PAC系統(tǒng)。
　　
　　在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中添加高級(jí)I/O和高級(jí)信號(hào)處理功能
　　NI CompactRIO擁有一個(gè)嵌入式FPGA芯片與一個(gè)實(shí)時(shí)處理器，您可以通過(guò)內(nèi)置的NI LabVIEW功能模塊對(duì)其進(jìn)行編程控制。CompactRIO還具有超過(guò)30個(gè)模擬與數(shù)字I/O模塊，這些模塊包含內(nèi)置的信號(hào)調(diào)理（包括抗混疊、隔離、ADC和DAC等）、高速定時(shí)（模擬I/O高達(dá)800 kHz，數(shù)字I/O高達(dá)30 MHz）和高精度（高達(dá)24-位ADC）處理模塊，以便與任一工業(yè)傳感器或執(zhí)行裝置相連接。
　　

　　 圖1. 您可以利用NI LabVIEW工具與CompactRIO中的FPGA，定制每個(gè)I/O模塊的定時(shí)特性。
　　
　　I2S將CompactRIO模擬輸入模塊連接至伽馬厚度傳感器，以提供執(zhí)行必要精度測(cè)量所需的高速定時(shí)與精度。由于每個(gè)I/O模塊直接與FPGA相連，I2S工程師們可以利用LabVIEW FPGA方便地定制CompactRIO模擬I/O速率。

　　從伽瑪傳感器采集模擬數(shù)據(jù)之后，CompactRIO實(shí)時(shí)處理器利用內(nèi)置的LabVIEW實(shí)時(shí)浮點(diǎn)功能模塊，將來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)準(zhǔn)確的厚度測(cè)量值。CompactRIO運(yùn)行FPGA與實(shí)時(shí)處理器中的I/O與信號(hào)處理的所有功能，并將一個(gè)極為準(zhǔn)確的厚度測(cè)量值發(fā)送至所連接的PLC，絲毫沒(méi)有降低現(xiàn)有PLC控制循環(huán)的速率。
　　
　　將PAC集成至現(xiàn)有PLC系統(tǒng)
　　

　　
　　 圖2。您可以方便地將PAC與PLC、人機(jī)界面（HMI）和企業(yè)系統(tǒng)系統(tǒng)相集成。
　　
　　將PAC連接至現(xiàn)有PLC架構(gòu)的三種基本方法：
　　1. 基本模擬與數(shù)字I/O――可以將模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從PAC輸出至PLC。這也是I2S將處理后的數(shù)據(jù)從CompactRIO PAC輸出到運(yùn)行軋機(jī)控制循環(huán)的PLC所采用的方法，
　　2. 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)――大量的PAC產(chǎn)品支持工業(yè)協(xié)議，如DeviceNet、Profibus和CANopen，以及基于以太網(wǎng)的協(xié)議（如TCP/IP、UDP和Modbus TCP/IP）。I2S選用以太網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)CompactRIO PAC間的數(shù)據(jù)傳輸，以及PAC、PLC與聯(lián)網(wǎng)HMI間的接口。
　　3. OPC連接――PAC也可以充當(dāng)過(guò)程控制（OPC）客戶或服務(wù)器的OLE，與PLC或其它使用OPC標(biāo)記的PAC收發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。OPC標(biāo)準(zhǔn)提供了一組通用的例程，該例程給出了方便實(shí)現(xiàn)來(lái)自不同廠商的自動(dòng)化系統(tǒng)的接口。
　　
　　在I2S，每臺(tái)軋機(jī)包含三個(gè)聯(lián)網(wǎng)的CompactRIO系統(tǒng)。其中，連接至基于伽馬的傳感器的兩個(gè)CompactRIO系統(tǒng)，執(zhí)行模擬輸入測(cè)量和高級(jí)信號(hào)處理功能，以計(jì)算精確的厚度測(cè)量值。第三個(gè)CompactRIO系統(tǒng)接受來(lái)自其它兩個(gè)系統(tǒng)的厚度測(cè)量值，并將一個(gè)模擬測(cè)量值輸出至控制軋機(jī)的PLC。

　　處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)，以小于20毫秒的間隔在聯(lián)網(wǎng)的CompactRIO系統(tǒng)間傳送。CompactRIO測(cè)量值的采集、處理和傳送，均以足夠快的速度將精確的厚度測(cè)量值輸入至PLC控制循環(huán)，而不會(huì)降低控制循環(huán)的速度。利用帶有10/100 Mbps以太網(wǎng)端口的基于LAN的CompactRIO系統(tǒng)，I2S可以通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，方便地連接至聯(lián)網(wǎng)的Allen-Bradley PLC和HMI系統(tǒng)。
　　
　　總結(jié)
　　在未來(lái)的數(shù)年中，工程師與科學(xué)家們將繼續(xù)使用PLC實(shí)現(xiàn)我們所處環(huán)境的自動(dòng)化，但隨著機(jī)械裝置的進(jìn)步和自動(dòng)化效率的提高，PLC往往無(wú)法單獨(dú)完成所有任務(wù)。PAC技術(shù)為PLC提供了很好的互補(bǔ)，它增加了傳統(tǒng)PLC無(wú)法提供的高性能I/O和處理能力。通過(guò)多種可用于連接PAC與現(xiàn)有PLC架構(gòu)的方法，工程師們現(xiàn)在擁有了一種提高其基于PLC的自動(dòng)化系統(tǒng)的簡(jiǎn)便方法。