如何改善基于PLC的系統(tǒng)的性能
[導讀]新推出的可編程自動化控制器（PAC）硬件系統(tǒng)，可以方便地與PLC集成，以便在工業(yè)機器中添加更多高級功能并提高其效率，這使得PAC成為PLC系統(tǒng)的理想解決方案。
在過去的數(shù)十年中，工程師和科學家們使用可編程的邏輯控制器（PLC），實現(xiàn)了我們身邊世界的自動化；在可預見的將來，PLC的應用仍將繼續(xù)。PLC是專為離散控制應用而設(shè)計的，是工業(yè)應用中主要的有用工具；然而，隨著工業(yè)機器和工廠復雜度的增加，僅憑PLC完成這些工作，即便可能，也是非常困難的。今天的自動化系統(tǒng)遠超出了PLC的能力拓展，使得工業(yè)機器領(lǐng)域的工程師們不得不面對在其現(xiàn)有系統(tǒng)中集成更多高級I/O、處理和控制的需要。新推出的可編程自動化控制器（PAC）硬件系統(tǒng)，可以方便地與PLC集成，以便在工業(yè)機器中添加更多高級功能并提高其效率，這使得PAC成為PLC系統(tǒng)的理想解決方案。
目錄
1. 提高機器的效率
2. 在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中添加高級I/O和高級信號處理功能
3. 將PAC集成至現(xiàn)有PLC系統(tǒng)
4. 總結(jié)
提高機器的效率
集成工業(yè)系統(tǒng)（I2S），一家數(shù)十年來專門生產(chǎn)現(xiàn)有金屬軋機設(shè)備與控制系統(tǒng)的私營美國OEM公司，為我們提供了一個關(guān)于如何改善現(xiàn)有PLC系統(tǒng)的極佳范例。多年來，I2S一直使用PLC實現(xiàn)其所產(chǎn)軋機的自動化和控制。近年來，該公司業(yè)已開始嘗試升級其軋機控制系統(tǒng)以改善效率與質(zhì)量。為了升級該系統(tǒng)并改進其機器設(shè)備，I2S需要這樣一個解決方案，它能提供更高的模擬輸入精度以便實現(xiàn)與其伽馬測量傳感器的接口，以及高級信號處理功能，以提取來自傳感器的模擬信號并將該信號轉(zhuǎn)換為一個極為準確的厚度測量值（PLC將在軋機控制循環(huán)中使用這一測量值）。
為了節(jié)約時間與成本，I2S首先嘗試在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中實現(xiàn)高級模擬測量與處理功能。當發(fā)現(xiàn)PLC無法提供所需的精確模擬I/O與信號處理功能時，I2S轉(zhuǎn)向了NI CompactRIO——一個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I/O和高級信號處理功能
NI CompactRIO擁有一個嵌入式FPGA芯片與一個實時處理器，您可以通過內(nèi)置的NI LabVIEW功能模塊對其進行編程控制。CompactRIO還具有超過30個模擬與數(shù)字I/O模塊，這些模塊包含內(nèi)置的信號調(diào)理（包括抗混疊、隔離、ADC和DAC等）、高速定時（模擬I/O高達800 kHz，數(shù)字I/O高達30 MHz）和高精度（高達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I/O模塊的定時特性。
I2S將CompactRIO模擬輸入模塊連接至伽馬厚度傳感器，以提供執(zhí)行必要精度測量所需的高速定時與精度。由于每個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實時處理器利用內(nèi)置的LabVIEW實時浮點功能模塊，將來自傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個準確的厚度測量值。CompactRIO運行FPGA與實時處理器中的I/O與信號處理的所有功能，并將一個極為準確的厚度測量值發(fā)送至所連接的PLC，絲毫沒有降低現(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)字數(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輸出到運行軋機控制循環(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也可以充當過程控制（OPC）客戶或服務(wù)器的OLE，與PLC或其它使用OPC標記的PAC收發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。OPC標準提供了一組通用的例程，該例程給出了方便實現(xiàn)來自不同廠商的自動化系統(tǒng)的接口。
在I2S，每臺軋機包含三個聯(lián)網(wǎng)的CompactRIO系統(tǒng)。其中，連接至基于伽馬的傳感器的兩個CompactRIO系統(tǒng)，執(zhí)行模擬輸入測量和高級信號處理功能，以計算精確的厚度測量值。第三個CompactRIO系統(tǒng)接受來自其它兩個系統(tǒng)的厚度測量值，并將一個模擬測量值輸出至控制軋機的PLC。
處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(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量值輸入至PLC控制循環(huán)，而不會降低控制循環(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可以通過一個標準的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)
在未來的數(shù)年中，工程師與科學家們將繼續(xù)使用PLC實現(xiàn)我們所處環(huán)境的自動化，但隨著機械裝置的進步和自動化效率的提高，PLC往往無法單獨完成所有任務(wù)。PAC技術(shù)為PLC提供了很好的互補，它增加了傳統(tǒng)PLC無法提供的高性能I/O和處理能力。通過多種可用于連接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的自動化系統(tǒng)的簡便方法。
目錄
1. 提高機器的效率
2. 在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中添加高級I/O和高級信號處理功能
3. 將PAC集成至現(xiàn)有PLC系統(tǒng)
4. 總結(jié)
提高機器的效率
集成工業(yè)系統(tǒng)（I2S），一家數(shù)十年來專門生產(chǎn)現(xiàn)有金屬軋機設(shè)備與控制系統(tǒng)的私營美國OEM公司，為我們提供了一個關(guān)于如何改善現(xiàn)有PLC系統(tǒng)的極佳范例。多年來，I2S一直使用PLC實現(xiàn)其所產(chǎn)軋機的自動化和控制。近年來，該公司業(yè)已開始嘗試升級其軋機控制系統(tǒng)以改善效率與質(zhì)量。為了升級該系統(tǒng)并改進其機器設(shè)備，I2S需要這樣一個解決方案，它能提供更高的模擬輸入精度以便實現(xiàn)與其伽馬測量傳感器的接口，以及高級信號處理功能，以提取來自傳感器的模擬信號并將該信號轉(zhuǎn)換為一個極為準確的厚度測量值（PLC將在軋機控制循環(huán)中使用這一測量值）。
為了節(jié)約時間與成本，I2S首先嘗試在現(xiàn)有PLC系統(tǒng)中實現(xiàn)高級模擬測量與處理功能。當發(fā)現(xiàn)PLC無法提供所需的精確模擬I/O與信號處理功能時，I2S轉(zhuǎn)向了NI CompactRIO——一個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I/O和高級信號處理功能
NI CompactRIO擁有一個嵌入式FPGA芯片與一個實時處理器，您可以通過內(nèi)置的NI LabVIEW功能模塊對其進行編程控制。CompactRIO還具有超過30個模擬與數(shù)字I/O模塊，這些模塊包含內(nèi)置的信號調(diào)理（包括抗混疊、隔離、ADC和DAC等）、高速定時（模擬I/O高達800 kHz，數(shù)字I/O高達30 MHz）和高精度（高達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。
I2S將CompactRIO模擬輸入模塊連接至伽馬厚度傳感器，以提供執(zhí)行必要精度測量所需的高速定時與精度。由于每個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實時處理器利用內(nèi)置的LabVIEW實時浮點功能模塊，將來自傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個準確的厚度測量值。CompactRIO運行FPGA與實時處理器中的I/O與信號處理的所有功能，并將一個極為準確的厚度測量值發(fā)送至所連接的PLC，絲毫沒有降低現(xiàn)有PLC控制循環(huán)的速率。
將PAC集成至現(xiàn)有PLC系統(tǒng)
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)字數(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輸出到運行軋機控制循環(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也可以充當過程控制（OPC）客戶或服務(wù)器的OLE，與PLC或其它使用OPC標記的PAC收發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。OPC標準提供了一組通用的例程，該例程給出了方便實現(xiàn)來自不同廠商的自動化系統(tǒng)的接口。
在I2S，每臺軋機包含三個聯(lián)網(wǎng)的CompactRIO系統(tǒng)。其中，連接至基于伽馬的傳感器的兩個CompactRIO系統(tǒng)，執(zhí)行模擬輸入測量和高級信號處理功能，以計算精確的厚度測量值。第三個CompactRIO系統(tǒng)接受來自其它兩個系統(tǒng)的厚度測量值，并將一個模擬測量值輸出至控制軋機的PLC。
處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(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量值輸入至PLC控制循環(huán)，而不會降低控制循環(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可以通過一個標準的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)
在未來的數(shù)年中，工程師與科學家們將繼續(xù)使用PLC實現(xiàn)我們所處環(huán)境的自動化，但隨著機械裝置的進步和自動化效率的提高，PLC往往無法單獨完成所有任務(wù)。PAC技術(shù)為PLC提供了很好的互補，它增加了傳統(tǒng)PLC無法提供的高性能I/O和處理能力。通過多種可用于連接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的自動化系統(tǒng)的簡便方法。
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