基于计算机控制的进一步发展

来源：controldesign The past decade has seen an ever-increasing adaptation of the PC in manufacturing, as OEMs and manufacturers incorporate what were once standalone machines into an overall plant process,and why not? Exponential advances in performance, software, and networking capabilities have made PCs an attractive choice over the basic PLC and operator panel normally found at the machine level. 成型机器制造商开始使用嵌入式系统来满足客户的需求，这打开了一个充满机遇的新视野。 在过去的十年中，计算机在制造业中的应用日趋增长，随着OEM（原始设备制造商）和厂商将曾经孤立的机器合并成一个整体的加工系统，计算机指数般增长的性能、软件、联网能力使其成为超越机器中常用的PLC和操作面板的明智选择。这是一个必然的结果，为什么呢？ 越来越多的工程师、技师和设备操作人员正在熟悉计算机技术，正在享受其带来的惬意；而新型的制造执行系统软件和工业通讯网络使得各行各业在使用这些设备时能够获得最高的成本效益。然而，基本的计算机硬件平台并不总是能够经受日常机械控制的严格要求，最关键的一个限制就是硬件中旋转式媒介的过热。 但是有了嵌入式操作系统，例如微软Windows CE和NT嵌入式系统的出现，一种为工业化加固操作面板提供如计算机一样性能的新型设备出现了。今天多功能平台的解决方式综合了专门硬件方案苛刻的一面，也融入了更多的计算机的灵活性。通过在诸如操作面板和PLC等传统机器组成部分和计算机之间搭建一座桥梁，我们定义了一个新型的具有创新性的产品种类。这种新的机械可靠性和性能，对于单个的计算机来说，是短期内很难实现的成果。 保护型模 Industrial Control Services Inc. (ICS)在27年多来为各种工业机械设计和安装客户控制系统的过程中，已经见证了从高度个体化、定制的控制产品到基于标准硬件和软件的开放性建构的改变和发展。此公司专攻开发可发性聚苯乙烯发泡成型（图1），注塑设备以及铸造设备的翻新，服务快捷周到。它也是Spirit系列发泡成型机器的原始设备制造商。 图1：计算机检测泡沫 根据客户希望发挥计算机的优势以获取更多收益的要求，Industrial Control Services Inc. (ICS)开始在失沫轧制型模系统翻新中引入了计算机。 工业控制服务设计控制是以加快生产速度、改进生产过程和保护昂贵的型模为目的的。这个行业里面任何一个制造商都会这么跟你说，在一系列连锁的抽芯过程中，信息瓶颈或其它的中断都能导致铝片四散飞舞。 根据客户希望通过发挥计算机的优势带来收益，公司开始在失沫轧制型模系统翻新中引入了计算机。这个数模系统适用于大部分有下列要求的型模设备： 数字化、模拟和运动控制，64位数字输入/输出，热电偶和电阻温度检测器8个模型输入/输出点，24伏电力供应（见图2）。 每个机柜仍由PLC提供逻辑控制，由于其价格较低，维护方便，在今天仍然是一个不错的选择。计算机主要是作为操作面板或者人机界面（HMI），用于配方处理和厂级以太网通讯网络接口。 为了研发一台实时的控制设备，计算机制造商们将更快的处理器和更大型的硬件加入设计。但是性能的增加产生了更多的热量，造成硬件中的旋转部分频繁出现故障。热量也造成了后方的显示屏易瘫痪。就像常常在商店中碰到的那样，为了降热，要增加电扇的旋转、增加湿度，而我们现在面临的就是当前设置的环境使计算机难以维持性能。 Industrial Control Services Inc. (ICS) 尝试了所有已知性能最好的硬件，试验持续了仅两年。无法忍受频繁的失败，以致公司对基于计算机控制的生命力产生了切实的疑虑。 散热问题 基于嵌入式平台的专属硬件的引入，为Industrial Control Services Inc. (ICS)打开了一个新的世界。Windows CE使得系统根据预设方式运行，而这一点是安全应用的前提条件。 Windows CE操作系统，基本上是一个基于微软Win32应用程序接口子集的、简化的、专门用于设备的Windows系统。与计算机上的Windows95或NT系统不同，Windows CE 能够提供即时的功效，不需要运行硬件，而是使用电晶体闪存记忆卡。热量的积聚已经不成问题。 图2：完美的组合 模块化系统适用于大部分成型应用，这些应用要求数字量、模拟量、运动控制、热电偶、热电阻和24V电源。仍由PLC提供逻辑控制。模块化系统降低了电能和硬件成本，成本节省非常可观。Windows CE内嵌的ActiveX、Visual Basic、Internet Explorer、Excel和word等应用程序包带来灵活性和开放性。 很多都是最初的允诺，包括保留我们曾在西门子 (http://www.sea.siemens.com) 尝试的基于Windows CE的多平台系统第一版。功能和耐用性都很好，但是屏幕更新频率太慢。当客户观看控制显示时，想在机器正常运行时看到计时器减计数或编码器的移动间隔。 后来的型号配备有更快速的处理器和Windows CE 3.0版本，能够提供必要的实时控制功能。随着模拟值更好得到控制，处理速度显得尤为重要。 通过使用和其它西门子操作面板相同的组态软件来编程。当与西门子PLC一起使用时，MP操作面板以相同的方式与PLC通信，它们共享标签数据库，这使编程错误很少发生，即使错误发生对其进行纠正也更加容易。总体来说，CE平台有共同的外观、感觉，有同计算机联合的可操作性。 Windows CE操作系统提供一个可以完成多项额外任务的多功能平台，使其在人机界面（HMI）能力方面更加接近于计算机。MP操作面板能以有线或无线的方式接入以太网局域网（LAN），将PLC数据保存在共享的网络驱动器中，或者保存在可移动记忆卡中。也可以通过TCP/IP传至网络打印机进行打印，甚至可在局域网上传或者下载配方。 从根本上说，MP操作面板可提供更好的过程图像，因为它们有同计算机类似的屏幕显示能力；这种情况是12寸，800x600 SVGA TFT 的彩屏（图3）。MP操作面板显示通常限制在256色，以降低CPU的要求。就像在电脑上那样，图形、图像、CAD图能通过对象链接与嵌入（OLE）导入到面板组态中。 未来内嵌 机器控制更好的解决方案在于基于嵌入式NT的专用操作面板。根据我们的判断，这应该是MP操作面板系列的下一代升级。 嵌入式NT提供了额外的安全以及扩展的Visual Basic （VB）脚本能力，而这曾经是计算机的专属。这一点非常关键，这样VB就可以用于HMI软件的开发，使用户避开打包的HMI产品，而这些产品每次下载到操作面板或计算机都需要授权。由于用户授权从200到3000美元不等，节省的费用非常可观。 VB脚本可用于卸载PLC从事的不恰当的任务，例如高级数学和比较运算。这些在一定程度上都可以在HMI平台范围内处理，但是，除非嵌入式NT版本对于我们来说是可行的，真正的VB能力才是可能的。 图3：清晰的制图 多平台单元具有同计算机类似的屏幕显示能力 —— 在这里，12-in， 800x600 SVGA TFT 彩屏，通常限制在256色，以降低对中央处理器的要求。 更好的途径是引入嵌入式NT操作系统的专属平台来运行基于软件的控制器。 从传统的计算机/可编程控制器组态到纯粹基于计算机的控制系统的变化，将带来运行速度上的大幅度增长。直到现在，数据连接已经大大减少到19.2K波特，就像将数据从漏斗传输一样。如果在同样的计算机底板上加设一个控制器， 就可能获得更快的速度。 对于发泡成型设备来说，特别是从液压到全电气设计的转变，更快的速度就意味着更多的收益。在复杂的高级运动控制中，由于加入了更多的定位仪和编码器，速度非常关键。随着工业控制服务集团有限公司将基于计算机的控制引入注塑机器，终将带来收益。液压方面除了比例阀，还有很多伺服阀需要尽快升级，确定恰当的设定点。然而，尽管基于计算机控制的必然性，很多客户也希望在自己的机器中引入计算机的功能，对于纯粹基于计算机的控制仍有很多忧虑，这些担心主要集中在其可靠性和维护上。 对于我们来说，西门子通过软件降低了基于计算机控制的不确定性。WinAC这种软件可以用和PLC编程相同的软件包进行编程和操作，所以可在不增加额外硬件的条件下，获得和PLC相同的外观和感觉。基于S7 PLC开发的程序可直接应用到WinAC。 ICS公司对于在MP370上运行的WinAC有强烈的需求，认为这种结合为其未来机器控制努力的主要方向。最终用户将会认同直接与远程I/O接口的底板速度的额外性能。机器制造商将会支持硬件的减少和安装的简化。将来，这些发展将会给机器制造商及其客户带来很多值得高兴的时刻。嵌入式平台提供一种性价比高的方式，增加系统的性能，降低系统的复杂性。一些非常高端的过程自动化和SCADA系统已经同嵌入式系统和专用硬件一起执行任务，但功能强大的，不贵的解决方案不久才可应用。 作者简介： Jeff Birch 是位于美国密苏里洲森特勒利亚地区的工业控制服务集团有限公司的总裁。您可以发邮件到icsinc@tranquility.net跟他联系。