由PLC到PAC：該如何改進(jìn)您的系統(tǒng)?

在過(guò)去的幾十年里，可編程邏輯控制器(PLC)一直被廣泛用于自動(dòng)化領(lǐng)域，而在可預(yù)知的未來(lái)，PLC仍將長(zhǎng)盛不衰。面向離散控制而設(shè)計(jì)PLC的實(shí)際上已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域一個(gè)具有偉大意義的統(tǒng)治性工具。

然而，隨著工業(yè)用機(jī)器和工廠系統(tǒng)的復(fù)雜性的增加，PLC已經(jīng)很難而且也不可能成為完成所有自動(dòng)化任務(wù)。現(xiàn)在的自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)超越了PLC的功能范圍，使得工業(yè)機(jī)器領(lǐng)域的工程師必須在自動(dòng)化系統(tǒng)中集成更多更先進(jìn)的I/O、處理和控制策略。

新的可編程自動(dòng)化控制器(PAC)硬件系統(tǒng)就是這樣一個(gè)非凡的PLC系統(tǒng)擴(kuò)展方案，能夠很容易整合到PLC系統(tǒng)中，給工業(yè)機(jī)器增加更多的先進(jìn)功能，并提高機(jī)器的效率。

1、需求：如何提高機(jī)器的效率

如何提高機(jī)器的效率?讓我們來(lái)看看IntegratedIndustrialSystems(I2S)公司是如何做的。I2S在現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)極大的改進(jìn)。這是一個(gè)來(lái)自美國(guó)的私有原始設(shè)備制造商，數(shù)十年以來(lái)一直致力于制造一流的軋制設(shè)備和控制系統(tǒng)，用于全世界的鐵和非鐵金屬行業(yè)。在這一領(lǐng)域的雄厚技術(shù)底蘊(yùn)使之成為行業(yè)的領(lǐng)袖。

I2S也曾經(jīng)長(zhǎng)期使用PLC來(lái)自動(dòng)化和

控制生產(chǎn)的軋制設(shè)備。最近幾年他們一直在試圖更新軋制設(shè)備控制系統(tǒng)，以提高效率和質(zhì)量。為了提高煉鋼設(shè)備的效率和質(zhì)量，他們主要對(duì)其伽馬測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，以便能更準(zhǔn)確地控制金屬厚度。

數(shù)年以來(lái)，伽馬測(cè)量系統(tǒng)一直是I2S產(chǎn)品家族中的標(biāo)志性產(chǎn)品，現(xiàn)在依然廣受歡迎，但是系統(tǒng)的很多硬件和軟件特征都已經(jīng)過(guò)時(shí)了。為了更新該系統(tǒng)并改進(jìn)其機(jī)器，I2S公司需要一個(gè)具有更精確的模擬輸入分辨率的方案，以連接伽馬測(cè)量傳感器和高級(jí)信號(hào)處理，從而從傳感器中獲取模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高度精確的厚度測(cè)量，再由PLC使用在軋制機(jī)器的控制系統(tǒng)中。

2、伽馬測(cè)量?jī)x技術(shù)

伽馬測(cè)量?jī)x使用“镅”作為恒發(fā)射源，這一發(fā)射源位于“C”框架組裝的較低部。結(jié)構(gòu)的頂部是一個(gè)接收器和前置放大器。當(dāng)通過(guò)發(fā)射源和接收器之間的間隔時(shí)，金屬帶會(huì)吸收一部分輻射，吸收量視其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器進(jìn)行測(cè)量，并轉(zhuǎn)化成帶厚度測(cè)量。

實(shí)施改造第一步：現(xiàn)有設(shè)備試驗(yàn)

為了節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用，I2S先試著在已有的PLC系統(tǒng)中進(jìn)行高級(jí)模擬測(cè)量和處理。但是，PLC的模擬I/O和信號(hào)處理無(wú)法達(dá)到所需的精確度。I2S公司要確保運(yùn)行于PLC中的控制系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)轭~外I/O和處理的增加而減少。

因此，他們需要這么一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠從伽馬傳感器中獲取模擬信號(hào)并進(jìn)行處理以計(jì)算精確的厚度測(cè)量值，并能將這個(gè)厚度測(cè)量插入到PLC控制系統(tǒng)中。但是，所用的PLC不適合高性能處理和高速模擬I/O。

第二步：如果現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法奏效，就試試其它方法

在認(rèn)識(shí)到PLC無(wú)法提供連接伽馬測(cè)量傳感器所需的I/O和處理后，I2S轉(zhuǎn)向了PAC技術(shù)。它選擇了國(guó)家儀器的CompactRIOPAC，以提供改進(jìn)軋制機(jī)器質(zhì)量所必須的附加功能。CompactRI/O是一個(gè)可重置嵌入式系統(tǒng)，既結(jié)合了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn)和可靠性，又能提供更多高級(jí)I/O和處理。國(guó)家儀器的所有PAC都可以通過(guò)其LabVIEW圖形編程工具來(lái)編程，因此可以很容易進(jìn)行編程和配置。

第三步：添加高級(jí)I/O

CompactRIO有一個(gè)嵌入式現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片和實(shí)時(shí)處理器，可通過(guò)內(nèi)置的LabVIEW功能塊來(lái)編程。另外，它還擁有超過(guò)30個(gè)模擬和數(shù)字I/O模塊，具有內(nèi)置信號(hào)調(diào)節(jié)(反鋸齒、隔離、ADC、DAC等)、高速計(jì)時(shí)(模擬I/O速度達(dá)到800kHz，數(shù)字I/O速度達(dá)到30MHz)和高分辨率(24bADC)，可與任何工業(yè)傳感器或者觸發(fā)器連接。

圖1CompactRI/O架構(gòu)

I2S使用CompactRIO模擬輸入模塊來(lái)連接伽馬級(jí)厚度傳感器，以提供精確測(cè)量所需的高速計(jì)時(shí)和分辨率。由于每個(gè)I/O模塊都是直接和FPGA相連的，工程師們于是能使用LabVIEWFPGA來(lái)輕松自定義CompactRIO的模擬I/O速率。

第四步：添加高級(jí)處理

從伽馬傳感器獲得模擬數(shù)據(jù)之后，CompactRIO使用內(nèi)置的NILabVIEW實(shí)時(shí)浮點(diǎn)功能塊來(lái)在實(shí)時(shí)處理器中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將之轉(zhuǎn)化成精確的厚度測(cè)量。

LabVIEW的實(shí)時(shí)功能塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確定的高級(jí)對(duì)數(shù)處理(如下面的等式1和等式2所示)，以進(jìn)行計(jì)算厚度測(cè)量值。由于LabVIEWReal-Time具有內(nèi)置計(jì)算和分析功能，PAC能夠很容易進(jìn)行這一操作。

等式1：logI=(logI0)y/μ=(y/μ)logI0

等式2:y/μ=logI0/logI=log(I0-I)

CompactRIO系統(tǒng)在FPGA和實(shí)時(shí)處理器中進(jìn)行所有的I/O和信號(hào)處理，并將高精確度厚度測(cè)量傳輸?shù)较噙B的PLC上，又不會(huì)降低現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)的速率。借助于CompactRIO的性能，I2S的工程師可以為伽馬級(jí)傳感器添加這一自定義測(cè)量和分析功能，而不需要犧牲軋制機(jī)器的控制速度。

第五步：整合PAC

每個(gè)軋制機(jī)器都帶有三個(gè)形成網(wǎng)絡(luò)的CompactRIO系統(tǒng)。這三個(gè)系統(tǒng)都是智能節(jié)點(diǎn)，能利用一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Modbus/TCP、TCP/IP或UDP協(xié)議進(jìn)行通信。其中有兩個(gè)系統(tǒng)與伽馬級(jí)傳感器連接，并進(jìn)行模擬輸入測(cè)量和高級(jí)處理，來(lái)計(jì)算精確厚度測(cè)量值。

圖2典型系統(tǒng)拓?fù)?/em>