可編程序控制器(PLC)以應(yīng)用靈活、功能強(qiáng)、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。PLC的出現(xiàn),使得電氣工程師可以從繁雜的繼電器一接觸器接線中解放出來(lái),實(shí)現(xiàn)了真正意義的電氣自動(dòng)化。
1 基于PC平臺(tái)的PLC產(chǎn)生的背景
基于PC平臺(tái)的PLC包括軟件PLC和插卡式PLC。 在工業(yè)控制領(lǐng)域PLC作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制器,越來(lái)越不能獨(dú)立于整個(gè)工廠的管理網(wǎng)絡(luò)之外。單一的控制任務(wù)越來(lái)越少,數(shù)據(jù)處理、運(yùn)動(dòng)控制、視頻控制、INTERNET監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫(kù)集成等大量PC任務(wù)出現(xiàn)在PLC工程師而前。
自動(dòng)化控制的構(gòu)架也在改變。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展,控制機(jī)器或整臺(tái)設(shè)備大型PLC將直接由安裝在被控設(shè)備的遠(yuǎn)程I/O或智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所代替。而在大多數(shù)情況下,控制任務(wù)卻越來(lái)越多,根據(jù)需要,一部分任務(wù)可由PLC實(shí)現(xiàn),另一部分任務(wù)由PC來(lái)完成。但是,同時(shí)使用PC和PLC又使得系統(tǒng)集成的費(fèi)用增加,另外也需占用有限的空間。PC,特別是用于工業(yè)控制PC具有堅(jiān)固耐用的特點(diǎn),適合作為一個(gè)處理不同任務(wù)的公共平臺(tái)。在這種情況下,產(chǎn)生了基于PC平臺(tái)的軟件PLC和插卡式PLC。
2 基于PC平臺(tái)的PLC的應(yīng)用場(chǎng)合
從應(yīng)用的角度來(lái)看,在以卜四個(gè)方而的應(yīng)用中,基于PC平臺(tái)的PLC比傳統(tǒng)的PLC具有較大的優(yōu)勢(shì)。
2.1 控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理任務(wù)集成的應(yīng)用
①需要大量?jī)?nèi)存和復(fù)雜的配方系統(tǒng)。
②復(fù)雜的快速控制算法。如PID運(yùn)算、模糊控制、專家系統(tǒng)。
③含有物料跟蹤和批量處理的系統(tǒng),如倉(cāng)儲(chǔ)和物流系統(tǒng)。
④數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄和分析,如稱量、試驗(yàn)和檢測(cè)系統(tǒng)等。
由于硬件PLC受CPU的內(nèi)存和運(yùn)算速度限制,在處理以上系統(tǒng)中的任務(wù)時(shí)常常力不從心。而在PC平臺(tái)上,而對(duì)的是全部的PC資源,PC的運(yùn)算性能通?梢赃_(dá)到硬件PLC的十倍以上。
2.2需要在控制系統(tǒng)中集成第三方的應(yīng)用軟件
①集成用戶通過(guò)Visual Basic開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件。
②集成用戶通過(guò)C/ C++開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件。
③與Microsoft的Office,如Excel, Word進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
基于PC平臺(tái)的PLC控制軟件,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)接口,如OPC, ActiveX, COM/ DOOM等與第三方的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,對(duì)數(shù)據(jù)的存取無(wú)需在PLC控制程序上作額外的編程。
2.3運(yùn)動(dòng)控制,視頻控制和快速I/O相集成
①快速的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)用一般控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。
② C/ C+ +程序與第三方的運(yùn)動(dòng)控制和視頻系統(tǒng)相集成。
③集成其他廠家的PC卡產(chǎn)品。如快速I/O卡和多串口卡。
通過(guò)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)工具(ODK),基于PC平臺(tái)PLC的可以將用戶編制的C/C++程序或其他廠家的PC卡產(chǎn)品的馭動(dòng)程序作為功能塊嵌入PLC的程序掃描中,而絕大部分的傳統(tǒng)硬件PLC的指令系統(tǒng)是不允許擴(kuò)充的。
2.4控制系統(tǒng)集成企業(yè)辦公系統(tǒng)
①連接企業(yè)辦公系統(tǒng)軟件,如Acess, Excel o
②建立企業(yè)資源計(jì)劃ERP和制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)。
在與企業(yè)的MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)連接時(shí),基于PC平臺(tái)的電氣自動(dòng)化解決方案意義非同尋常。當(dāng)Windoves NT/ 2000作為操作系統(tǒng)時(shí),使用TCP/ IP作為辦公環(huán)境的通信標(biāo)準(zhǔn)。基于PC平臺(tái)的PLC可以在自動(dòng)控制和管理平臺(tái)之間建立一種最好的接口。
3 軟件PLC,插卡式PLC與硬件PLC的主要產(chǎn)品
在上述發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用需求的推動(dòng)卜,目前世界上各主要的生產(chǎn)廠家均推出相應(yīng)的基于PC平臺(tái)的產(chǎn)品,包括西門子公司的WinAC產(chǎn)品系列、AB公司SoftLogic產(chǎn)品、以及Wonderware公司InControl等產(chǎn)品。
西門子公司生產(chǎn)的S5, S7系列PLC在傳統(tǒng)硬件PLC市場(chǎng)上占有重要的地位。同時(shí)也提供基于PC的自動(dòng)化的產(chǎn)品系列,如IPC(工業(yè)PC)軟件PLC和插卡式PLC等。
3.1純軟件PLC
WinAC Basic是一個(gè)純軟件的PLC控制器。它運(yùn)行于標(biāo)準(zhǔn)的Windows NT/ 2000下,硬件平臺(tái)為工業(yè)控制PC或標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)PC。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus- DP連接遠(yuǎn)程I/O站和有關(guān)的外圍設(shè)備。適合于除了常規(guī)的PLC控制任務(wù)外,還有大量的PC任務(wù)的場(chǎng)合?梢苑奖愕嘏cVisual Basic, MS Office及C++或者第三方軟件作數(shù)據(jù)交換。
WinAC RTX的基木功能與WinAC Basic相同。但在PC平臺(tái)上,除了Windows操作系統(tǒng)外,還安裝一個(gè)VenturCom實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。WinAC RTX的控制內(nèi)核運(yùn)行于VenturCom實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中,即使運(yùn)行于Windows系統(tǒng)的監(jiān)控軟件或應(yīng)用軟件出現(xiàn)故障時(shí),具有RTX擴(kuò)展內(nèi)核的WinAC RTX仍能保證完成相關(guān)的控制任務(wù)。因此,WinAC RTX具有更高的可靠性和實(shí)時(shí)性。
WinAC MP是以W inCE為平臺(tái)的軟件PLC系統(tǒng),它為開(kāi)發(fā)內(nèi)嵌式PLC控制器的廠家提供了一個(gè)理想的邏輯控制平臺(tái)。
3.2插卡式PLC
西門子公司提供兩種型號(hào)的插卡式PLC,分別是WinAC Slot412和WinAC Slot416。插卡式PLC在硬件設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)的硬件PLC基木一樣。它在PC上占用一個(gè)PCI插槽,適用于所有的工業(yè)PC或商業(yè)PC。插卡式PLC上內(nèi)置了現(xiàn)場(chǎng)總線Profil>us- DP接口,可連接所有符合Profil>us現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范的I/0設(shè)備和智能從站。它可以并接一塊電源擴(kuò)展板,外接冗余的24、電源。保證了其控制任務(wù)完全獨(dú)立于Windows 1VT/2000以及PC平臺(tái),集中了硬件PLC實(shí)時(shí)、堅(jiān)固的性能以及開(kāi)放式的PC平臺(tái)的特點(diǎn)。
3.3硬件PLC
西門子公司的硬件PLC主要包括了SS,S7系列產(chǎn)品,如SS- 115U , S7- 300/ 400系列硬件PLC等。其中S7-200系列為微型PLC,采用一體化設(shè)計(jì)。S7- 300/400系列為中、大型PLC采用模塊化設(shè)計(jì)。
無(wú)論是WinAC系列產(chǎn)品還是S7-300/400系列傳統(tǒng)硬件PLC,均采用統(tǒng)一的STEP 7編程語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì),保證了軟、硬件PLC之間良好的兼容性。用戶不需要學(xué)習(xí)新的編程語(yǔ)言,保護(hù)了PLC用戶在軟件和培訓(xùn)方而的投資。
4 基于PC平臺(tái)的PLC與傳統(tǒng)PLC的比較
傳統(tǒng)PLC具有以卜的特點(diǎn):
①模塊化設(shè)計(jì)或一體化設(shè)計(jì),I/ 0不依賴現(xiàn)場(chǎng)總線;
②適用于異常惡劣的環(huán)境;
③自動(dòng)重啟動(dòng),快速上電;
④帶故障保護(hù)系統(tǒng),如冗余、容錯(cuò)系統(tǒng)等;
⑤有針對(duì)微型應(yīng)用的小型PLC系統(tǒng),價(jià)格較低。
基于PC平臺(tái)的PLC具有以卜的特點(diǎn):
①緊湊化設(shè)計(jì),人機(jī)界而好,控制器高度集成,節(jié)約安裝時(shí)間;
②軟件和硬件完全開(kāi)放,用戶可以使用整個(gè)PC的資源;
③在一個(gè)平臺(tái)上集成了控制、顯示和數(shù)據(jù)處理功能;
④處理大量數(shù)據(jù)的能力;
⑤易于集成用戶的控制要求;
⑥簡(jiǎn)化通信接口,降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān);
⑦可使用最新的PC技術(shù)。
5 總結(jié)
基于PC平臺(tái)的PLC控制在工業(yè)控制的應(yīng)用有著廣泛的發(fā)展前景,但是,它并不能完全取代傳統(tǒng)PLC控制,在實(shí)際的工程應(yīng)用中,必須根據(jù)不同控制任務(wù)的特點(diǎn),結(jié)合電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),選擇合適的控制方案。
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