1198-電磁鐵推拉力測試系統(tǒng)——控制部分設計劉明

1198-電磁鐵推拉力測試系統(tǒng)——控制部分設計劉明,電磁鐵,拉力,測試,系統(tǒng),控制,節(jié)制,部分,部份,設計,劉明 PLC 的最新發(fā)展趨勢一、前　言 長期以來，PLC 始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟?。其主要原因，在于它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。另一方面，PLC 還必須依靠其他新技術來面對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊，尤其是工業(yè) PC 所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術的采用、系統(tǒng)開放性和價格。 PLC 技術展的最終趨勢仍然是人們所爭論的焦點之一。大多數(shù)人認為，PLC 將會繼續(xù)失去市場份額；更有甚者認為，在工業(yè) PC 面前，PLC 將會一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應用領域仍將為 PLC 提供一定的市場份額。 在全球工業(yè)計算機控制領域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有 PLC，但這種趨勢也許不會繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟 PLC(SoftPLC)控制組態(tài)軟件技術的誕生與進一步完善和發(fā)展，安裝有SoftPLC 組態(tài)軟件和基于工業(yè) PC 控制系統(tǒng)的市場份額正在逐步得到增長，這些事實使傳統(tǒng)PLC 供應商在思想上已經發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對現(xiàn)實，在傳統(tǒng) PLC 的技術發(fā)展與提高方面作出更加開放的高姿態(tài)。對于控制軟件來講，這是 PLC 控制器的核心，PLC供應商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對于工業(yè)用戶表現(xiàn)得非常積極。此外，開放式通信網絡技術也得到了突破，其結果是將 PLC 融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。 二、開放和基于工業(yè) PC 控制 PLC 制造商已經開始注視基于工業(yè) PC 控制技術所帶來的強大沖擊。有專家甚至認為，新商務活動所帶來的新技術和開放技術規(guī)范將會埋葬傳統(tǒng) PLC。PLC 制造商認為，雖然在工業(yè)現(xiàn)場安裝有大量的 PLC 控制設備，但他們仍然需要聯(lián)合工控軟件公司，以便開發(fā)他們自己的基于工業(yè) PC 的過程控制軟件。 誠然，幾年前在工業(yè)現(xiàn)場明顯存在著新舊 PLC 混合使用的情況，工業(yè)用戶不得不同時學習相關的新舊知識，甚至彼此借鑒學習。大多數(shù) PLC 制造商為工業(yè)用戶僅僅提供了軟邏輯和一種操作平臺。 在高端應用方面，很難進一步區(qū)分 PLC 控制系統(tǒng)和工業(yè) PC 控制系統(tǒng)之間的差異，因為這兩者均采用了同樣類型的微處理器和內存芯片。形象地打個比喻，如果你忘掉工業(yè) PC和 PLC 這些詞語字面上的含義，那么在箱子里所能夠觀察到的恰恰是一些基本計算機硬件技術，我們更多觀察到的卻是那些基本技術的復雜化和混合體，這些技術被有效地組合到控制系統(tǒng)中去。 另外，采用開放控制的原因一方面是系統(tǒng)功能集成的需要，另一方面也是由于一些工業(yè)用 戶對功能過分苛求所致。如果能夠給予高度的重視，就能夠獲得更多的基本技術知識。PLC 制造商專注于系統(tǒng)功能化，而工業(yè)用戶則專注于系統(tǒng)應用。人們可以看到，將來的發(fā)展趨勢是將更多的功能進一步集成到一個控制箱內。因而像順序控制和過程控制這樣的事件將會采用功能化方式進行處理，其他像運動控制等也能夠共享到相同的控制結構體系中。可以相信，PLC 技術將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉移，尤其是基于工業(yè) PC 的控制系統(tǒng)。后者除了在靈活性方面比傳統(tǒng) PLC 具有截然不同的優(yōu)勢外，還具有其他優(yōu)點，如能夠縮短系統(tǒng)投放到市場的周期，降低系統(tǒng)投資費用，提高從工廠底層到企業(yè)辦公自動化的數(shù)據(jù)信息流動效率等。 關于工業(yè) PC 控制系統(tǒng)的實時響應問題已經得到很好的解決，也許其主要的東西仍然隱藏在技術背后，但缺乏相應的跟蹤記錄。對于 PLC 來講，堅固性是其主要特點之一，這已經有相當多的跟蹤記錄來驗證。工業(yè)用戶仍然非常小心地對待 PLC，他們正在對 PLC 作不同的技術測試工作。在利用一種新技術時，工業(yè)用戶需要考慮的問題是要冒多大的風險，同時需要考慮對其商務活動能夠帶來多少機會和收益。 但工業(yè)用戶不完全相信開放式控制系統(tǒng)所帶來的好處。隨著技術的進一步發(fā)展，他們開始逐漸淡化這些思想觀念。工業(yè)用戶正在平衡采用新技術所存在的風險和給他們的商務活動所帶來的收益，以便為今后的決策提供有效的保障。 工業(yè) PC 技術提供了許多功能，能夠增強 PLC 的功能特性，包括內藏視頻和高速浮點數(shù)字協(xié)處理器。盡管 Microsoft 公司沒有進一步提升該項功能特性的計劃，但新的 Windows CE 3.0 完全能夠更好地滿足過程控制的需要。 不久前，Siemens 公司公布了一套新的基于開放式控制系統(tǒng)的軟件產品，即 3.0 版本的 SIMATIC WinAC(Windows 自動化中心)。WinAC 是基于 Windows NT，與 SIMATIC S7 PLC兼容的適合于工業(yè) PC 的控制系統(tǒng)解決方案。WinAC 3.0 提供了具有較高集成度的 Profibus現(xiàn)場總線局域網的連接性能，以及遠程程序設計。此外，它還為現(xiàn)場控制設備本地化集成提供了一種新的 DeviceNet I/O 設備驅動程序，用于連接所安裝的 DeviceNet I/O 設備。 Steeplechase 軟件公司也已推出了一套支持硬實時過程控制的嵌入式 Windows NT 操作系統(tǒng)接口部件。該部件進一步結合了 Steeplechase 公司采用 SBS 技術并運行于 Windows NT 環(huán)境的工業(yè) Compact PCI 的硬實時控制軟件?，F(xiàn)在，Steeplechase 公司的可視化邏輯控制器已經升級到 5.0 版。該控制器適合于 Windows NT 4.0 和 Windows 2000 兩種操作系統(tǒng)，它的實時引擎能夠直接與普通的 Ethernet 和 TCP/IP 集成在一起。5.0 版本的控制器利用了一種增強型 OPC 服務器驅動程序，因而比以前的版本具有更快的運行速度。其他一些特點還包括新 OI 網絡特性，以及能夠讓工業(yè)用戶自己設計出豐富多彩的動態(tài)圖形畫面等。 Transysoft 公司最近推出了新版本的 ISaGRAF 系列工業(yè)控制組態(tài)軟件包，即 ISaGRAF PRO，它是基于 IEC 61131-3 國際標準，并獨立于任何硬件平臺的軟邏輯自動化控制軟件包。在一個網絡化過程控制系統(tǒng)環(huán)境中，該軟件包能夠應用于多種組態(tài)和分布式控制系統(tǒng)的開發(fā)，它包含了一套開發(fā)工具、應用程序工作平臺，以及相應的“虛擬機器”運行時目標。該運行時目標能夠運行于各種各樣的硬件平臺。 CTC 自動化工程公司已經發(fā)布了一套新的控制軟件包 MachineLogic PCLC（工業(yè) PC 邏輯控制器） ，該軟件可以讓工業(yè) PC 扮演 PLC 的角色，且仍然保持著工業(yè) PC 的功能特性。該軟件能夠完成一臺 PLC 所確定的控制任務，并且與程序執(zhí)行時間一樣快，均在 1 ms 以內；還能夠同時處理多任務工作，但不能同時超過 16 個控制任務。一種具有優(yōu)先級和多任務處理內核的機制保持著對每一件控制任務的跟蹤，確?？刂迫蝿漳軌蛉〉米罡叩膬?yōu)先權。該軟件能夠運行全部 5 種 IEC 61131-3 標準程序設計語言和 PID 控制程序，支持兩種類型的I/O 控制設備。一種是像 Profibus 和 DeviceNet 等這樣的現(xiàn)場總線 I/O 設備；另一種是像ISA 和 PC/104 這樣的工業(yè) PC I/O 模板。另外，該軟件還提供了對控制系統(tǒng)的在線編輯組態(tài)功能。程序可以在 Windows 95/98 和 Windows NT 下開發(fā)并運行，但也能夠在 RTXDOS 下執(zhí)行。 SoftPLC 公司也提供了一種工控軟件產品 Tealware，有人非常形象地把這種軟件產品稱作穿著工業(yè) PC 衣服的 PLC。那些安裝在支架上的控制系統(tǒng)已經有了小型 PLC 的形狀系數(shù)，但 SoftPLC 公司的控制軟件已經被嵌入到 CPU 中。Tealware 軟件能夠滿足各種類型工業(yè)用戶的需要，從小型、單機系統(tǒng)到大型、分散多控制工作站應用。其特點包括全系列 I/O 模件、內藏 Ethernet 和工業(yè)串行通信接口。 最近，Tealware 軟件已經升級到 2.3 版本。其中，控制軟件提供了事實上無限的梯形圖邏輯控制步序，同時允許有超過百萬字的數(shù)據(jù)表；許多 OI/SCADA 應用接口；內藏 Java引擎和 FTP 服務器用于遠程維護與管理；支持用戶自己編寫的 C、C++、Java 程序和設備驅動程序；適合于嵌入式 Web 服務器用；程序設計的在線運行模式；堅固的 I/O 模件支持能力和許多其他標準 PLC 功能；可以運行所輸入的，或者是經過轉換的 A-B 公司的 PLC-5、PLC-2/PLC、PLC-3 和 SLC-500 程序。 三、Ethernet 的擴展與進一步容納 Web 技術 當前，在所有過程控制領域，最大的發(fā)展趨勢之一就是 Ethernet 技術的擴展。PLC 也例外，現(xiàn)在，越來越多的 PLC 供應商開始提供 Ethernet 接口部件。在最近的幾年間，我們已經看到，發(fā)展比現(xiàn)有普通小快靈 PLC 更加強大的 PLC 是種趨勢。Ethernet 將會成為 PLC的通信標準嗎？也許最終結果是這樣的，但現(xiàn)在還為時尚早。對于在 PLC 上提供 Ethernet接口將能夠解決所有通信問題，人們普遍存在著誤解。Ethernet 僅僅定義了 OSI 參考模型底部的幾層協(xié)議標準，如果上層協(xié)議相互之間不能兼容，那么仍然不可能進行相互之間的通信處理。打個比方，這如同一個不懂英語的中國人與一個不懂漢語的美國人之間是不能夠通過電話進行對話一樣。因此，協(xié)議就是設備之間相互通信的語言。 另一方面，前進的步伐已經邁出，我們只有迎著困難而上，為了將 Ethernet 技術應用到工廠底層的現(xiàn)場過程控制設備中去，ODVA 協(xié)會為此建立了一套全球性標準技術規(guī)范，即Ethernet/IP 標準，以便能夠解決在實際工作中所遇到的困難。 向 Ethernet 靠近的一個目的在于通過 Internet 能夠連接到所希望的任何地方。實際上，在一些意想不到的地方，Web 服務器正在顯露出其應有的威力。幾年前，有一些 PLC系統(tǒng)已經內藏了 Web 服務器，這無疑又為 PLC 系統(tǒng)增加了更多的特點。其他類型的控制設備也正在準備進一步集成 Web 服務器。例如，Square D 公司已經有一個具備 Ethernet 連接接口的發(fā)動機控制中心，并正在準備開發(fā)一種內藏 Web 服務器連接接口的變速裝置。 內藏 Web 服務器所體一風的益處包括開放網絡、商業(yè)工具的影響、客戶機/服務器關系。在過去，工業(yè)用戶可能會有代表性地詢問一些有關 PLC 方面的信息，但在現(xiàn)在，由于新技術的不斷誕生和發(fā)展，工業(yè)用戶很容易就可以得到有關這方面的信息。另一方面，隨著芯片和處理器大規(guī)模的生產，PLC 生產制造商能夠生產并提供開放網絡的產品，讓工業(yè)用戶花較少的費用就能夠購買到功能非常完善的 PLC 產品。 在為將 PLC 連接到 Ethernet 和 Web 上提供技術支持方面，Schneider 公司已經成了先驅者之一。最近，該公司推出了一種運行于 Premium PLC 平臺的新型快速 Ethernet(100 Mb/s)模件。該模件為 PLC 能夠連接到 TCP/IP 的 Ethernet 提供了全雙工自適應10/100Mb/s 的連接速度，現(xiàn)場過程控制器之間可以共享實時數(shù)據(jù)信息，自動掃描 Momentum I/O 模件和其他任何基于 Modbus 通信協(xié)議的現(xiàn)場控制設備，采用一個嵌入式 Web 服務器提供 HTML 通信服務，同時提供了 SNMP 用于標準網絡通信管理。在一次展覽會上，Schneider公司還向工業(yè)用戶展示了他們有關透明工廠的觀念。另外，Schneider 公司最近還推出了基于 Modicon 公司的 Momentum MIE 系列處理器的適配器，該適配器提供了標準 IEC 程序控制性能，進一步為 e-制造提供了完美的解決方案。該適配器還提供了將智能化 I/O 系統(tǒng)和其他現(xiàn)場過程控制設備連接到 Internet 和 Ethernet 的能力，現(xiàn)場過程控制設備包括所有功能化實時過程控制器。 幾年前，Rockwell 自動化公司也在其 PLC 產品中提供了 Ethernet 接口，而且正在堅定不移地穩(wěn)步提高 Ethernet 的功能特性。該公司最近已經公布了一種柔性 I/O 模件解決方案，這種柔性 I/O 模件利用非專利版本的 Ethernet 技術能夠提供實時過程控制性能。A-B公司提供的 1756 型 ControlLogix I/O 也是基于標準 Ethernet TCP/IP 和 UDP 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的組件，其應用層使用了一種開放式、面向對象、基于生產者/ 消費者的技術。這種技術在 ControlNet、DeviceNet 和 FF 現(xiàn)場總線 H1 網絡系統(tǒng)中也能夠找到。 同樣，其他許多公司也已經推出了 Ethernet 通信接口模件。例如，來自于 IDEC 公司的 OpenNet PLC 控制器所提供的通信接口，實現(xiàn)了與 DeviceNet、LonWorks 和 Interbus 等現(xiàn)場總線設備的兼容。該控制器利用一個 Interbus 遠程 I/O 主卡件能夠處理不超過 480 點本地 I/O 和 512 點遠程數(shù)字量 I/O。 Sierra 公司所提供的 8051 型工業(yè)通信橋路能夠讓彼此之間互不兼容的 PLC、DCS、RTU和 SCADA 系統(tǒng)很好地集成在一起。這種工業(yè)通信橋路通過 RS-232、422、485，或者Ethernet 通信鏈路實現(xiàn)了高速網絡應用。該橋路控制器同時提供 8 個 RS-232 串行通信接口，2 個 RS-485/422 隔離串行通信接口，2 個 10Base-T Ethernet 接口，以及一個用于冗余熱備份橋路的連接器。 來自于 ProSoft 公司的多制造商接口套裝組件為 A-B 公司的 PLC、SLC、ControlLogix和 FLEX I/O（包括 1771、1746、1765 和 1794）平臺提供了串行通信能力。每一個模件包含了一個 80386 處理器，并同時嵌入有 DOS 操作系統(tǒng)，因而，可以被看作是具有 I/O 能力的工業(yè) PC，另外，該控制器同樣具有“A>”磁盤操作提示符，以及 Autoexec.bat 和Config.sys 文件。應用程序可以是從簡單的 ASCII 通信到復雜的 32 位控制算法。 另一家通常從事運動控制方面研究的公司 Giddings & Lewis 也為其 PiC（可編程工業(yè)控制）和 MMC（機械與運動控制）系列應用于運動控制方面的產品增加了 Ethernet TCP/IP接口。這些單元部件提供了可以連接到工廠內部 Intranet 和 Internet 的能力，允許現(xiàn)場過程控制器之間共享數(shù)據(jù)信息。現(xiàn)場過程控制器與工業(yè) PC 之間通常采用 OPC 服務器設備驅動程序來連接實時數(shù)據(jù)信息，利用 Ethernet 網絡系統(tǒng)和 Web 技術可以進行遠程文件傳輸、程序設計和系統(tǒng)維護?，F(xiàn)在，越來越多的企業(yè)正在計劃將其所有自動化控制設備逐步連接到企業(yè)范圍內的信息系統(tǒng)中去。對于工業(yè)用戶來講，也許他們已經注意到有關 Ethernet for Control 系列控制解決方案，該技術更加依賴于 Ethernet 和 Internet。幾乎所有 PLC 供應商在其部分系列化產品中均提供了 Ethernet 連接特性，而且有些公司已經確定將 Web 服務器徹底嵌入到他們的設備內部，以便充分展現(xiàn) PLC 的性能特點。利用 PLC 的 Web 連接特性，工業(yè)用戶不但可以從任何地方監(jiān)控控制系統(tǒng)的運行狀況，而且還可以像利用系統(tǒng)手冊一樣獲取所需要的任何數(shù)據(jù)信息。 當然，如果工業(yè)用戶正在著手將其控制系統(tǒng)連接到 Internet，則必須為此設置安全的信息發(fā)布地址。另外，為了防止黑客進入到控制系統(tǒng)中去，還必須安裝一套安全性能較好的防火墻軟件。 SoftPLC 公司在網絡安全性方面投入了極大的熱情和興趣，他們將一個具有實時和確定性的 Java 虛擬機器嵌入到過程控制器中去。Java 使其不僅能夠運行基于 Web 的 Active X 控件對象，同樣也能夠運行 Servlets。Servlets 是個運行于 Web 服務器任務高度集成在一起，能夠提供動態(tài) Web 頁面內容。Servlets 程序代碼清晰可見、面向對象設計、模件化，開發(fā)起來非常簡單明了，Servlets 也提供了數(shù)據(jù)信息安全性能，允許進一步限制實時數(shù)據(jù)信息，如僅僅是所選定的工業(yè)用戶，或者是所選定的注冊數(shù)據(jù)信息。如果過程控制器被有效地連接到 Internet，那么安全性對其是非常的重要。 黑客的入侵還不是唯一的煩惱，如果網絡系統(tǒng)癱瘓，我們首先需要干什么呢？黑客入侵的解決方案是采用冗余。在過程控制器中采用冗余 IP 地址、冗余網絡系統(tǒng)、冗余通信電纜，以及熱備份等方式，當突發(fā)事件發(fā)生時能夠很好地為過程控制系統(tǒng)提供服務。 許多 PLC 供應商在其產品的開發(fā)過程中仍然繼續(xù)不斷地改進和提高通信性能，其開發(fā)方向主要面向于 Ethernet 技術和基于 Web 技術。