卓越源于创新——创新的SIGMATEK DIAS

目前，在控制类产品中，两大主力控制器PLC和基于PC的控制器既相互竞争又呈融合之势，传统的PLC正在不断PC化：更加开放、更强的数据处理能力、更大的存储空间和丰富的模块技术等，这就意味着新型PLC可以更多地采用PC技术，以适应大中型应用的复杂需求，如PID控制、运动控制等，与此同时，PLC的通信联网能力也在不断加强。可以说，PLC已经不再是“孤岛”控制器，而逐渐成为构建各种系统的控制平台。 SIGMATEK，一个在国内工控领域还不算知名的名字，它来自于奥地利，它带来的DIAS（分布式自动化系统）恰恰诠释了PLC的以上发展趋势。为此，中国工控网采访了SIGMATEK在中国的合作伙伴上海鼎茂兴控制技术有限公司总经理姚井忠先生。 中国工控网：请问SIGMATEK是怎样的一家公司？其DIAS严格地说是一套基于PLC的控制系统解决方案，而不是传统意义上的独立PLC，请问它与传统PLC有什么区别？其特点是什么？ 姚井忠先生：SIGMATEK由2位决心对自动化系统进行大力改革的工程师Theodor Kusejko 和Andreas Melkus于1988年创立于奥地利的萨尔斯堡。目前在中国、法国、德国、希腊、印度、印度尼西亚、意大利、荷兰、瑞典、塞尔维亚、西班牙、瑞士、乌克兰以及美国都有销售服务分支机构。目前在中国的合作伙伴是上海鼎茂兴控制技术有限公司，负责在中国范围内的本地化科研、市场宣传、产品销售、项目开发以及技术支持、售后服务等工作。 尽管Sigamtek是一家年轻的公司，但是通过以技术创新为动力，周到的服务为基础仍然赢得了众多客户的青睐。目前Sigamtek仍然将大多数的收入继续投入到新产品的研发上，不断地丰富产品线，努力提高产品的性能和易用度。 Sigamtek有一句口号：“Powered by Innovation”（卓越源于创新）。Sigamtek希望秉承这一创新的理念，为客户创造更多的价值。 DIAS系统是Sigamtek GmbH & Co. KG自行设计开发并制造的全新概念的可编程控制产品。英文名称是DIstributed Automation System，中文解释为分布式自动化系统，缩写就是DIAS。最初DIAS只是指Sigmatek公司的PLC类产品，现在已经成为了一种产品的概念，包括DIAS标准型和C-DIAS紧凑型PLC。同时以分布式自动化系统这个名字所命名的DIAS总线也是贯穿了整个Sigamtek公司的产品线。 目前来说，Sigamtek的DIAS产品在应用场合上与中档或者中高档PLC相类似，且主要适合应用于需要多轴伺服系统联动，以及需要多点温度PID控制的场合。当然在今后也会开发出更加适合于过程控制场合的产品，不过这是后话。 从目前实际使用的情况上来看，其实Sigmatek DIAS系列产品与普通PLC没有什么不同，但是从其内在来看却早已同传统意义上的PLC有了巨大的革新。 中国工控网：和传统PLC的专用CPU不同，Sigmatek的控制器采用了Intel的X86系列处理器，这与现行的PC-BASED PLC相似，但其软件平台采用的是Sigmatek的LASAL。请问，与传统的PLC和基于PC的控制器相比，这种独特的架构有何特点？ 姚井忠先生：如前所述，DIAS产品适合于运动和温度控制的场合，那么我们就来看一下为什么会有这样的评价。 众所周知，现在普遍的PLC的处理器都是为顺序控制优化设计的专用芯片，可以说在一般开关量的处理速度上已经达到很高的层次了。但是当今的PLC越来越多地应用于运动控制和温度控制这些需要浮点运算的领域，那么传统架构的PLC便有些力不从心了。 而Intel的X86系列处理器则在浮点运算和并行处理等方面有着得天独厚的优势。这一点从日益增多的SoftCNC、SoftPLC和PC-Based PLC产品就可以看出来。这些都说明在需要大量高速复杂运算的场合，物美价廉的X86处理器已经被现在的自动化行业所接受。但是一般的基于PC的CNC、PLC应用大多是运行在Microsoft Windows的操作系统平台上，那么就会多少产生一些问题。一个是Windows系统天生就不是非常稳定的平台，周期性系统崩溃和病毒都会时常困扰使用者，这一点在对稳定性要求异常苛刻的工控行业始终是不能完全接受的。再者，Windows平台需要消耗大量的系统资源，那么就要求在硬件上处理能力需非常强大，所以成本必然上升。 所以，Sigmatek公司推出了新概念的解决方案，采用专门设计的操作系统：LASAL OS来代替一般PC-Based产品上的Windows，一来系统稳定性大大提高，而且不会被电脑病毒所困扰。再者，省去了不需要的功能，使系统大幅度瘦身，整个操作系统仅有300K左右，最大的也只需一张普通软盘就能装下。这样一来整个系统仅需要使用i386EX 64MHz的处理器便可以达计算能力要求，同时外形比SoftPLC更为小巧，和普通PLC模块没什么差别。而更为重要的是X86处理器能够同LASAL OS协同工作，达到多任务处理这一重要功能。 简单说来就是通过OS自动地动态调度不同级别任务所占有的系统资源(如图)。对于类似于伺服控制这类实时任务(Realtime)系统会给出最多的资源，而其他象普通开关量之类的任务则可以分配成普通循环任务(Cyclic)甚至背景任务，从而大大提高了CPU的效率。这一点便是和传统PLC循环扫描、按顺序处理的性质最大的区别。因此，这块看起来象是古老的i386芯片才能做到不仅能够完成多轴插补的伺服控制，而且也能执行几十路的温度PID调节，最大能够扩展到一万点以上，完全能满足当今中档PLC的功能需求。 另外一点要说明的就是Sigmatek IPC所运行一样是LASAL OS，而不是Windows。所以可以把Sigamtek的IPC看作是主频提高几倍之后的PLC CPU，而其实际的处理能力就可想而知了。Sigamtek最新的配有2GHz处理器的IPC能够轻而易举地完成几十甚至上百轴的伺服联动。这都是得益于高效的LASAL系统。 除了硬件方面的创新特点之外，Sigamtek的LASAL项目开发软件也有独到之处。LASAL 是一套全新的项目开发软件, 用于为所有的 SIGMATEK 硬件编写程序。这套软件提供了现代自动化技术的所有最新功能。通过全新的编程方式能够激发工程师的创造性, 同时也能够将开发周期大大缩短。LASAL通过对机械不同部分的模拟, 可以让机械的设计和开发的过程更加简单和易于理解。 LASAL 能够让项目的开发更快和更简单。这套工具具有以下的特点: (1) 客户端Client – 服务器端Server架构。作为整个程序的基础，简单明了地表现出了各个函数之间以及各个项目结构之间的关系； (2) 全图形化的项目编辑器。内置了所有模块的外观，可以在线观看模块状态，更直观更方便； (3) 面向对象的开发环境。借用了商用PC软件开发平台的主流概念，方便了对项目整体的把握； (4) 支持多种语言的在线调试工具。弃了普通PLC使用的梯形图Ladder语言，采用符合IEC61131-3标准的ST结构文本作为默认的主要变成语言，同时还支持C语言和汇编语言； (5) 符合IEC 61131-3 标准。这意味着能够为未来的主流开发环境留有必要的升级基础。； (6) 可变的项目结构。以让工程师自己根据机械或者流水线的结构自行进行逻辑上的有机划分，从而加强了从宏观上对程序的把握； (7) 统一的数据库结构；LASAL中包含的PLC程序遍及器和人机界面程序设计工具共享一个中央数据库，方便了数据的交换； (8) 内置标准的功能库。内置了现成的伺服、温控、数据库、文件存储以及微积分函数等功能模块，可以方便用户编快速写出高效的复杂程序。同时所有源代码都对用户开放，有利于激发用户自己的创造性； (9) 分散化的项目结构。可以让机械的设计和开发的过程更加简单和易于理解； (10) 具备丰富的在线帮助功能。 中国工控网：PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。如罗克韦尔公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。在Sigmatek的DIAS中，DIAS总线是贯穿所有硬件的现场总线，与串口或者其它的总线方式相比，DIAS总线有何优势？ 姚井忠先生：目前流行的现场总线有很多种，各有优势。Sigmatek倡导的DIAS总线是一种串行总线，传输速度11M，定位于中等规模的应用场合。之所以这样定义DIAS总线,是因为Sigmatek并没有将自己的产品主要定位于过程控制领域，而是主要专注于加工类机械和流水线的制造行业。所以DIAS总线在4个方面与一般的现场总线不同： (1) 使用了可中断技术。这一点类似于PC机的中断。即当在总线中某个硬件上出现一个高级别的任务呼叫，那么可以进行总线的瞬间中断，为高级别的任务传输让路。这个中断的响应和执行时间是6微秒。 (2) 兼容所有的Sigmatek硬件。由于在成本上的有效控制，DIAS总线的控制核心整合为一个小指甲盖大小的芯片。所以在将所有的Sigmatek硬件产品中都植入DIAS总线端口之后，其价格仍然在大多数的客户能接受的范围之内。这也使得Sigmatek的硬件之间的相互连接不仅能够保持不变的高速度，同时可扩展性也变得更加强大，避免了以往产品需要扩展现场总线接口还需要额外采购硬件的烦恼。 (3) 无需软件支持。得益于一开始的设计思路，DIAS总线使用的时候一般都无需进行设置。所有带有DIAS接口的硬件只需插上电缆就可以正常通讯。不论是PLC的单独模块、人机界面还是IPC和伺服系统均统一在同一总线接口下。而且各个硬件之间的连接顺序可以任意变动而无需更改任何程序或者设定，即使在讲普通扁平电缆更换成光纤时也是一样。 (4) 无偏差的实时传输。DIAS通过在总线上加入高速同步脉冲对每个硬件进行传输步调的统一，保证了任何硬件所产生的数据都是绝对没有偏差或者延迟地与 CPU 进行时实的通讯。这一点特别是在进行多轴联动的时候更加至关重要。 中国工控网：Sigmatek的自动化控制系统“全方位解决方案”包具体所指是什么？ 姚井忠先生：SIGMATEK能提供