技术文章

当前页面: 首页 >技术文章 >可编程自动化控制器在工业自动化上的应用

可编程自动化控制器在工业自动化上的应用

供稿:美国OPTO 22公司上海代表处 2006/5/19 10:16:00

5 人气:7263

满足现代工业应用要求

  目前的控制系统越来越难以满足现代化的工业应用所需要的更多功能要求。例如,典型的控制系统必须与来自简单的传感器和执行元件的信号接口,这一点是非常容易理解的。但是对于很多现代化的应用,这仅仅是开始。先进的控制特点、网络链接、设备互用、企业数据集成都是现代工业应用中所必须的功能。

  这些功能要求远远超出了传统的、基于离散-逻辑控制的可编程控制器(PLC)所能提供的功能。多数的PLC都使用梯形图来编程,它起源于接线图,用于描述控制系统中简单的继电器和定时器的布置和连线。如果需要一些更高功能的应用,用梯形图编程非常困难。例如,要用复杂的数学公式建立数学模型,完成复杂PID回路计算,以及浮点运算。要完成这些,PLC必须用单独的并可以独立编程的硬件卡扩展卡。



使PLC更象PC

  要想使PLC能满足现代化的应用要求,进行网络链接、设备互用和企业数据集成,这些类型的功能更适合于PC来实现。想要基于PLC的系统实现这些功能,必须用单独的处理器、网关或转换器、运行于独立PC的软件中间件以及企业系统级的专用软件进行综合系统集成。

使得PC更象PLC

  另一方面,用于工业环境中的PC可以满足现代化工业应用中所提出的各项要求。特别是网络和数据通信方面的功能要求。

  要想使PLC能实现PC类似的任务,或用PC实现PLC的任务,例如离散控制或过程控制,二者都需要扩充软件或硬件卡。例如,PC使用的操作系统对于高性能的、确定性的工业应用来说,可能不是最好的。附加的I/O扩充卡或专用的扩展卡可能要集成到PC操作系统中,从而提供高性能的、确定性的或接近确定性的操作。

PAC介绍

  随着工业控制设备需求的增长,为了满足现代工业应用所提出的各项要求,自动化制造商已经作出了积极的反应。将PLC型的确定性控制与基于PC系统的灵活组态和企业集成功能结合,形成了一种新型的控制系统:可编程自动化控制器,即PAC。

  虽然以前也有将PLC和PC技术结合用于工业控制的尝试,但一般只通过之前说明的“扩展”方式来实现。其中,额外的中间件、处理器或两者都用于与一个或多个PLC相融合。然而,新型的PAC在其设计中内建了更多的功能。例如,执行更高级复杂计算、锁存、PID回路、数据采集和远程以太网传输。基于PLC的控制系统要实现这些功能需要额外的、价格不菲硬件,而PAC却直接提供了这些功能。


PAC以其模块化设计和制造而著称,以及开放式结构的应用,提供与其它设备和商业系统的扩展性和互联。特别的,PAC具有高效的处理能力和I/O扫描能力,可以通过多种方式同企业及商业系统集成。

  PAC是多功能的控制系统,可以同时监控数字信号、模拟信号以及串行I/O信号。

PAC的特点

  多数人都赞同工业分析师ARC咨询集团最初命名的“PAC”概念。ARC提出这个概念基于两个原因:帮助自动户硬件用户更好的定义他们的应用要求;给自动化硬件供应商提出一个概念,更加清楚地表达产品的功能。

一般PAC都提供下列功能:
  在一个平台上实现多种功能,包括逻辑、运动、驱动和处理控制
  提供通用的多功能开发平台和单一的数据库,以满足多领域自动化系统设计和集成的  需求。
  无缝集成的控制器硬件和软件
  使用软件工具可以进行统一编程,设计控制程序,支持“流过”多个机器或单元的流  程
  使用开放的模块化架构以实现实现不同功能的自由组合和搭配,减少系统扩展升级   时需要的成本。
  支持事实上的工业以太网标准,可以与工厂的MES\ERP系统轻易集成。
  提供有效的处理和I/O扫描

开发和功能的优势

  从PAC的定义可以看出PAC具备的特性,可以完成复杂的功能。并且系统的硬件和软件无缝集成,提高了控制系统的性能。而要完成这些功能,PLC需要额外的扩展卡才能完成。

  编程时,集成的硬件和软件也是一个优势:用于PAC编程的集成开发环境(IDE)包括一个所有开发工具共享的标签名数据库。PAC使用同一个软件包来满足现有的和未来的自动化要求,而不是使用来自不同供应商的多个软件包。


PAC的另外一个优势是控制系统非常容易升级。可以替换模块化处理器,不需要拆除现有的处理器和执行器连线。

  PAC 使用标准的网络技术和协议交换数据,例如以太网和TCP/IP.

  使用现代的网络和通讯技术,PAC实时或接近实时的获取现场信息。反过来,这又使得收集的数据更加精确、实时,对于商业应用来说更加有用。

本白皮书中的术语

  DAQ 数据采集
  ERP 企业资源计划
  HMI 人机界面
  I/O 输入/输出
  IDE 集成的开发环境
  IP internet协议
  OEE 操作的设备效率
  OEM 原始设备制造商
  OPC 过程控制中的对象链接和嵌入
  PAC 可编程自动化控制器
  PC 个人电脑
  PID 比例-积分-微分
  PLC 可编程逻辑控制器
  PPP 点对点协议
  PSTN 公共电话交换网络
  RTU 远程终端单元
  SCADA 监测控制和数据采集
  SCM 供应链管理
  SNMP 简单网络管理协议
  SQL 结构化查询语言
  TCO 总体拥有成本
  TCP 传输控制协议

费用上的优势

  PAC可以提供很多费用上的优势。控制系统总的费用比较低,因为硬件比较便宜,并且需要较少的研发和集成时间。与将PLC扩展到相似性能相比,购买PAC要便宜的多。对于一个特定的自动化项目,资产回报率高、周期性花费少、总体拥有成本低。

  最后,提高了资本的流动速度:因为在最初开发时仅需要购买当时需要模块,以后扩展根据需要可以随时添加,需要时再采购。这一切都是因为系统的模块化结构。

PAC在现代工业中的应用

  让我们更深入的看一下PAC是怎样应用于现代工业的,使用图1的工厂应用实例。

处理多种信号

  图1,工厂实例中的PAC处于多域运行状态,同时监测和管理一条生产线,一个测试台、和运输活动。要做到这些,PAC必须同时监控模拟量如温度和压力,数字开关状态量例如开关阀、开关和指示器以及来自物料跟踪和测试设备的串行数据。同时,PAC与OPC服务器、操作员界面、和SQL数据库进行数据交换。同时处理这些任务,不需要额外的处理器、网关或中间设备是PAC的优势。

支持标准通讯协议

  在图1的工厂实例中,PAC、操作员和办公室工作站、测试设备、生产线和过程传感器和执行元件及条形码阅读器都安装在遍布厂房的标准10/100 Mbps 以太网内。在某些情况下,设备没有内置网络的链接,比如温度传感器,都连到位于中间的Ethernet-激发的I/O单元的I/O模块上,依次与PAC通讯。

  使用以太网络,PAC与远程I/O模块的底板进行通讯,读/写模拟量、数字量和串行信号。网络也将PAC链接到OPC server, 操作员界面、及SQL数据库。无线网也是网络的一部分,所以PAC也可以与移动式设备通讯,例如叉车及临时的操作员工作站。


PAC可以控制、监测,并与这些不同的设备及系统交换数据,因为它们使用同样标准的网络技术和协议。实例包括有线的和无线的以太网络、Internet协议(IP)网络传输、OPC及SQL。在另外的控制条件下,可能会需要常用的协议例如Modbus、SNAP(简单网络管理协议)及通过modem的PPP协议。PAC也具有满足这些不同的通讯要求的能力。

  PAC还同时处理控制、通讯、数据日志及其它任务。

与企业系统交换数据

  在上述工厂实例中,PAC与企业SQL数据库交换制造、生产和库存实时数据。该数据库依次与多个关键的商业系统共享数据,包括企业资源计划(ERP)系统、操作的设备效率(OEE)系统以及供应链管理(SCM)系统。由于来自FactoryFloor的数据通过PAC及时、自动更新。所有的商业系统都能连续得到及时的、有价值的信息。

RTU、数据采集、PAC

  远程终端单元(RTU)是类似控制器的设备。几十年来,RTU典型的用于作为监测控制和数据采集(SCADA)网络的前端部分,其中RTU向SCADA主机发送数据。RTU也接收从SCADA主机到远程现场操作设备的信息。

RTU和PLC比较

  RTU主要是现场用来监控、采集和控制远程分散的设备,例如管线、井口、泵站或通讯设备。这些类型的应用所需要的通讯能力,传统的PLC并不具备。典型情况下,PLC也不能提供足够的强度来承受恶劣的环境条件,以及多数RTU应用所具有的灵活I/O配置能力。没有这些功能时,RTU在开发成专门集中在通讯能力,适用于恶劣的环境以及灵活I/O组态控制单元。

  然而,过去的RTU通讯能力通常也是过时的,因为它们是在专用无线电或专线网络时开发的。今天开放的、基于IP的有线的、无线的局域和广域网都非常的灵活并且不是特别昂贵。由于这样,将现有的RTU进行更新或使用过时的RTU技术进行新的应用并不具有很大的商业或技术意义。

  相反,PAC提供了优异的通讯能力、多种的I/O选项、广泛的温度和震动规范并且使用当前领先的通信标准。这些特点使得PAC在现场非常适合替代遗留的RTU,特别是当较老的、专用的网络由于快速增长的维护费用或磨损而废弃时。

基于PC的数据采

数据采集(DAQ)系统是基于 PC 的设备,提供了快速的信号采集、基本的信号调节、数据存储以及有限的网络传输能力。多数的 DAQ 系统是基于 PC,限制了它们在复杂的物理环境或远程位置的使用。因此多数的 DAQ 系统位于环境系统较好的实验室而不是现场的位置。
PAC提供了多样的、灵活的信号感测、调节以及多种传输能力。使用 PAC 强大的处理器和大容量的存储器,在发送到数据库或其他的应用程序之前,获得的原始数据可以合计、校对、或者进行特别处理(例如,将原始数据转换成工程单位)。另外,数据可以就地存储。因为 PAC 不是 PC,并且不受PC 的高价的限制,它的可靠性配置可以用于现场。
选择 PAC
大量的工业自动化供应商现在提供PAC或类似 PAC的产品。有些情况下,产品其实更像 PLC,另外一些情况下,则更像工业PC,如之前所描述的,PAC 集成了这两种设备的特点,设备过分强调 PLC 或 PC 的特点可能会,也可能不会满足你的应用要求。
选择 PAC 控制系统
评价PAC或类似PAC的自动化控制器是否能满足您的要求,在于控制器是否需要增加额外的处理器、网络界面或者中间件使其拥有更多类似PLC或PC的特点?如果是这样, 看一下与列在第 2 页和第 3 页上与 PAC特点更匹配的控制器。
参考生产商的背景
对于任何产品,有些生产商可能历史悠久。而很多的生产商最近才引进他们新的PAC或类似 PAC的产品,在产品本身进入主流多年之前,只有极少的公司具有提供PAC产品功能的成功记录。但 Opto 22 早在多年以前就提供了具有PAC功能的产品。
PAC Opto22
在 1990 年,ARC 咨询集团提出 PAC概念之前的 11 年, Opto 22 首次将 PAC类型的硬件设备引入市场,产品是基于计算机的 Mistic 控制器。当前的 Opto 22 SNAP PAC系统是建立在具有超过15年的经验以及数以千计的成功 Mistic 系统基础上的, 应用领域包括半导体处理、材料加工、自来水和污水处理、管线监控等等。
今天, Opto22 PAC 系统与来自其它生产商的 PAC系统相比,在于它经验更丰富、易于使用、形式多样、可伸缩性好、可靠性高。
结论
作为一个体积紧凑的控制器, PAC提供了先进的控制特点、网络链接、设备互联以及企业数据集成特点,这是基于 PLC 或PC 的自动化控制器所具有的。具有这些特点,PAC 已经变成了一个整体,满足现代工业自动化需要的新的多样化的需求。
关于 Opto22 SNAP PAC 产品
 Opto22 的 SNAP P AC  系统是一种性能高、多域支持、基于以太网的工业自动化控制器,适用于自动化控制、远程监测及数据采集应用。SNAP PAC 尤其非常适合于OEM(原始设备制造商)、系统集成商、以及过程控制、离散制造、或混合工业和应用的终端用户。 SNAP PAC 与PAC Project Basic 及 PAC Project Professional   软件紧密结合,全面提供编程、调试、人机界面(HMI)开发、OPC 和数据库链接等功能。
 目前已经上市的两种类型的 SNAP PAC :SNAP PAC S 系列和 SNAP PAC R 系列
SNAP PAC S 系列
SNAP PAC S系列控制器是独立的控制器适用于分布的控制系统应用,I/O 点数多或以太网络结构复杂。当前 PAC S 系列包括 SNAP-PAC-S1,具有 32 位多任务处理器,带浮点运算单元协处理器。32MB RAM, 16MB 闪存,8MB 电池后备 RAM。SNAP-PAC-S1 提供两个独立的、自适应10/100Mbps 的以太网接口。 使用 PAC Project Professional , 可以进行组态形成双以太网口的冗余以太网链路网段,也利用双网口进行网络分段,将控制网和监控网分开。系统包括一个 RS-485 口,用于 I/O 通讯或者与其它的RS-485设备通讯。 两个RS-232口,其中之一提供握手控制信号,用于连到有线的或无线的调制解调器或其它的网络设备。另外支持点对点协议(PPP),通过串行的或者 PSTN(公共电话交换网络)线,构成TCP/IP (传输控制协议/ Internet 协议) 网络。 
Opto 22 SNAP PAC控制器包括底板安装的 R 系列控制器及独立安装的 S 系列控制器,分别满足不同的应用要求。
SNAP PAC R 系列
SNAP PAC R 系列控制器是安装在 I/O底板上的控制器,设计用于单元控制以及小于 128 点系统的点数。当前,PAC R系列包括 SNAP-PAC-R1 和 SNAP-PAC-R2 控制器。每个底板安装的控制器都体积紧凑、价格便宜。SNAP-PAC-R1 和 SNAP-PAC-R2各自具有两个独立的 、 自适应的10/100Mbps 以太网接口,可以用于网络分段或以太网冗余链接,允许 PAC R系列控制器扩展到较大型的系统或者作为 PAC S系列分布式系统的 I/O 单元。最后,SNAP-PAC-R1和SNAP-PAC-R2各自具有一个 32 位多任务处理器, 带浮点协处理器。16MB RAM,8MB 闪存,以及 2MB 电池后备 RAM;一个 RS-232 口,带完全的握手控制信号。
集成的IO Project 软件
PAC Project Basic 和 Professional   是专门设计用于 Opto22 最新发行的 SNAP PAC系列控制器的集成软件开发包。 所有的SNAP PAC 出售时, PAC Project Basic  免费附带的,包括 PAC Control Basic(基于流程图的编程工具)以及 PAC Display Basic (HMI开发和运行应用程序)。要得到更高级的应用,OPC、冗余链接、网络分段、或者原来的Opto22 控制系统的升级, 就要使用PAC Project Professional, 它提供更多的功能,包括 OPC 服务器和 Opto 22 FactoryFloor程序导入转换。

选择OPTO 22公司
SNAP PAC系统的
六大理由

 
 
1       简单易操作
SNAP PAC系统由四个部分统一整合而成:软件、控制器、智能处理器和I/O。系统建立、调试程序,以及故障维护都更简便,大大减少了系统开发及投入运行的时间。
 
2       更低的长期成本
SNAP PAC系统的成本低于许多PLC系统,并且由于软件是免费的,您不需要投入高昂的费用,便可投入使用该系统。我们为您提供免费的培训以及技术支持,因此对于设备的整个使用期来测试,系统成本会大幅降低。
 
3       适用于多类自动应用的SNAP PAC系统
SNAP PAC系统功能强大。一套系统,便可用于多个自动化项目中,帮助您完成过程控制、离散自动化、能耗管理、数据采集,甚至远程集中监控。
分布式智能,帮助您随时随地方便地添加I/O。拥有了有线/无线控制器及I/O,您就可根据实际所需,将有线网络转换到无线网络,或者立即实现两个网络的通讯。
灵活的硬件让您无需浪费更多的投资,节省了金钱及时间。
 
4       高级编程工具
SNAP PAC系统的编程方式采用直观的流程图,也可运用更高级的脚本语言,或者结合两者一起使用。这两种方法所包括的指令,用于标准的过程控制以及离散自动化的功能块、浮点型数字、串行处理、排列、子程序、指针变量等,其他的高级工具用于复杂的应用。
5       连接到第三方软件及设备
SNAP PAC控制器及智能处理器,支持OPCModbus/TCPEtherNet/IP。可简易地将数据导入到SQL数据库系统,并直接从硬件发送邮件。该系统也可以简单地使用ModbusDNPBACnetCAN或任意基于串口的设备、仪器,进行通讯。
 
6       业界最好的I/O
凭借着业内最佳的保障:多数SNAP I/O模块终身保用。每个模块出厂前都经过独立测试,而不是抽样测试。SNAP PAC系统可以配置从几个I/O点到数千个I/O点。您可按需,根据信号类型,选择高可靠性的模拟量、数字量、串口模块。电压、电流、交流、直流、热电偶、RTD、电源检测器、RS-232RS-485Profibus运动控制、应变测试等等,都可与SNAP PAC系统一同连接。
 
 
 
 
关于SNAP PAC系统
SNAP PAC系统是Opto 22公司出品,软硬件集成的系统,用于工业控制、远程监控、数据采集等应用。简化了对自动化系统了解、选择和采购的复杂过程,SNAP PAC系统由以下四部分组成:
 
PAC Project 软件套件----简单易用的基于流程图的编程方式、HMI(人机界面)、可选的OPC客户端以及数据库连接软件。
 
SNAP PAC控制器----独立式和基于机架式的工业控制器;有线/无线模块可选。
 
SNAP PAC智能处理器----智能I/O处理器,用于分布式控制。也可选择有线/无线模块。
 
SNAP I/O----模拟量、数字量、串口量、特殊功能I/O模块,可与现场设备、仪器、传感器相连接。所有I/O模块可交替与标准的以及有线/无线智能处理器一同工作。
 
这四个简单,又具有很大灵活性的系统组成部件,可处理任何情况,从最基本的设备监控到完整的工厂自动化。
 
 
 
 
通讯网络及协议
SNAP PAC系统自带Ethernet网络协议,因此您无需担心成本,以及额外添加网络通讯卡的麻烦。系统中的分布式I/O可运行在以太网或串行网络,也可同时运行于两个网络。另外,您可以与大量的串行设备通讯,例如条形码阅读器、RFID阅读器、串口显示器、modem等。
 
由于SNAP PAC系统运行于标准的Ethernet网络,可直接与计算机、基于Ethernet的设备相互通讯,使用标准的协议包括TCP/IPUDP/IP、邮件传输协议SMTP、网络管理协议SNMPModbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系统的EtherNet/IP等。
 
 
 
 
关于OPTO 22
Opto 22公司研发并制造应用于工业自动化、能耗管理、远程监控、数据采集的软硬件设备。Opto 22的产品是标准化的,用于商业网络及计算机技术中,以简单易用、创新、高品质、高可靠性而闻名世界。Opto 22的输入/输出以及控制系统,允许客户从所有的设备、电子仪器仪表监测、控制、采集数据,这些都是项目运行的关键。Opto 22产品适用于自动化终端用户、OEM,信息技术及操作人员已经为全球10,000套设备安装了该产品。公司始建与1974年,总部位于美国加州的TemeculaOpto 22的产品通过全球网络的分销商及系统集成商出售。预知更多信息,请联系Opto 22上海代表处,电话:021-58358249,邮箱:optochina@opto22.com。网址:www.opto22.com.cn

更多内容请访问 美国OPTO 22公司上海代表处(http://c.gongkong.com/?cid=39966)

手机扫描二维码分享本页

工控网APP下载安装

 

我来评价

评价:
一般