如何改善基于PLC的系統(tǒng)的性能

在過去的數十年中，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)機器領域的工程師們不得不面對在其現有系統(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集成至現有PLC系統(tǒng)
　　4. 總結
　　
　　提高機器的效率
　　集成工業(yè)系統(tǒng)（I2S），一家數十年來專門生產現有金屬軋機設備與控制系統(tǒng)的私營美國OEM公司，為我們提供了一個關于如何改善現有PLC系統(tǒng)的極佳范例。多年來，I2S一直使用PLC實現其所產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)以改善效率與質量。為了升級該系統(tǒng)并改進其機器設備，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首先嘗試在現有PLC系統(tǒng)中實現高級模擬測量與處理功能。當發(fā)現PLC無法提供所需的精確模擬I/O與信號處理功能時，I2S轉向了NI CompactRIO――一個可重新配置的嵌入式PAC系統(tǒng)。
　　
　　在現有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個模擬與數字I/O模塊，這些模塊包含內置的信號調理（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據之后，CompactRIO實時處理器利用內置的LabVIEW實時浮點功能模塊，將來自傳感器的數據轉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，絲毫沒有降低現有PLC控制循環(huán)的速率。
　　
　　將PAC集成至現有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連接至現有PLC架構的三種基本方法：
　　1. 基本模擬與數字I/O――可以將模擬和數字數據從PAC輸出至PLC。這也是I2S將處理后的數據從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)網絡――大量的PAC產品支持工業(yè)協議，如DeviceNet、Profibus和CANopen，以及基于以太網的協議（如TCP/IP、UDP和Modbus TCP/IP）。I2S選用以太網協議實現CompactRIO PAC間的數據傳輸，以及PAC、PLC與聯網HMI間的接口。
　　3. OPC連接――PAC也可以充當過程控制（OPC）客戶或服務器的OLE，與PLC或其它使用OPC標記的PAC收發(fā)網絡數據。OPC標準提供了一組通用的例程，該例程給出了方便實現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網的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。

　　處理后的數據通過以太網，以小于20毫秒的間隔在聯網的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以太網端口的基于LAN的CompactRIO系統(tǒng)，I2S可以通過一個標準的TCP/IP協議，方便地連接至聯網的Allen-Bradley PLC和HMI系統(tǒng)。
　　
　　總結
　　在未來的數年中，工程師與科學家們將繼續(xù)使用PLC實現我們所處環(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。PAC技術為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與現有PLC架構的方法，工程師們現在擁有了一種提高其基于PLC的自動化系統(tǒng)的簡便方法。