Daihen XGA-18CDCS系統(tǒng)

    Daihen XGA-18CDCS系統(tǒng)
    1、RS485串口通信
    
    第三方設備大部分支持,西門子S7 PLC可以通過選擇自由口通信模式控制串口通信。較簡單的情況是只用發(fā)送指令(XMT)向打印機或者變頻器等第三方設備發(fā)送信息。不管任何情況,都必須通過S7 PLC編寫程序實現(xiàn)。
    當選擇了自由口模式,用戶可以通過發(fā)送指令(XMT)、接收指令(RCV)、發(fā)送中斷、接收中斷來控制通信口的操作。
    2、PPI通信
       PPI協(xié)議是S7-200CPU較基本的通信方式,通過原來自身的端口(PORT0或PORT1)就可以實現(xiàn)通信,是S7-200 CPU默認的通信方式。
    PPI是一種主-從協(xié)議通信,主-從站在一個令牌環(huán)網(wǎng)中。在CPU內用戶網(wǎng)絡讀寫指令即可,也就是說網(wǎng)絡讀寫指令是運行在PPI協(xié)議上的。因此PPI只在主站側編寫程序就可以了,從站的網(wǎng)絡讀寫指令沒有什么意義。
    3、MPI通信
       MPI通信是一種比較簡單的通信方式,MPI網(wǎng)絡通信的速率是19.2Kbit/s~12Mbit/s,MPI網(wǎng)絡較多支持連接32個節(jié)點,較大通信距離為50M。通信距離遠,還可以通過中繼器擴展通信距離,但中繼器也占用節(jié)點。
    MPI網(wǎng)絡節(jié)點通??梢話霺7-200、人機介面、編程設備、智能型ET200S及RS485中繼器等網(wǎng)絡元器件。
    西門子PLC與PLC之間的MPI通信一般有3種通信方式:
       1)        全局數(shù)據(jù)包通信方式
       2)        無組態(tài)連接通信方式
       3)        組態(tài)連接通信方式
    4、PROFIBUS-DP通信
       PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線是一種開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng),符合歐洲標準和**標準。PROFIBUS-DP通信的結構非常精簡,傳輸速度很高且穩(wěn)定,非常適合PLC與現(xiàn)場分散的I/O設備之間的通信。
    5、以太網(wǎng)通信
       以太網(wǎng)的**思想是使用共享的公共傳輸通道,這個思想早在1968年來源于廈威爾大學。1972年,Metcalfe和David Boggs(兩個都是著名網(wǎng)絡*)設置了一套網(wǎng)絡,這套網(wǎng)絡把不同的ALTO計算機連接在一起,同時還連接了EARS激光打印機。
    PLC通訊方法分析
    1、RS485串口通信
    
    第三方設備大部分支持,西門子S7 PLC可以通過選擇自由口通信模式控制串口通信。較簡單的情況是只用發(fā)送指令(XMT)向打印機或者變頻器等第三方設備發(fā)送信息。不管任何情況,都必須通過S7 PLC編寫程序實現(xiàn)。
    當選擇了自由口模式,用戶可以通過發(fā)送指令(XMT)、接收指令(RCV)、發(fā)送中斷、接收中斷來控制通信口的操作。
    2、PPI通信
       PPI協(xié)議是S7-200CPU較基本的通信方式,通過原來自身的端口(PORT0或PORT1)就可以實現(xiàn)通信,是S7-200 CPU默認的通信方式。
    PPI是一種主-從協(xié)議通信,主-從站在一個令牌環(huán)網(wǎng)中。在CPU內用戶網(wǎng)絡讀寫指令即可,也就是說網(wǎng)絡讀寫指令是運行在PPI協(xié)議上的。因此PPI只在主站側編寫程序就可以了,從站的網(wǎng)絡讀寫指令沒有什么意義。
    3、MPI通信
       MPI通信是一種比較簡單的通信方式,MPI網(wǎng)絡通信的速率是19.2Kbit/s~12Mbit/s,MPI網(wǎng)絡較多支持連接32個節(jié)點,較大通信距離為50M。通信距離遠,還可以通過中繼器擴展通信距離,但中繼器也占用節(jié)點。
    MPI網(wǎng)絡節(jié)點通??梢話霺7-200、人機介面、編程設備、智能型ET200S及RS485中繼器等網(wǎng)絡元器件。
    西門子PLC與PLC之間的MPI通信一般有3種通信方式:
       1)        全局數(shù)據(jù)包通信方式
       2)        無組態(tài)連接通信方式
       3)        組態(tài)連接通信方式
    4、PROFIBUS-DP通信
       PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線是一種開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng),符合歐洲標準和**標準。PROFIBUS-DP通信的結構非常精簡,傳輸速度很高且穩(wěn)定,非常適合PLC與現(xiàn)場分散的I/O設備之間的通信。
    5、以太網(wǎng)通信
       以太網(wǎng)的**思想是使用共享的公共傳輸通道,這個思想早在1968年來源于廈威爾大學。1972年,Metcalfe和David Boggs(兩個都是著名網(wǎng)絡*)設置了一套網(wǎng)絡,這套網(wǎng)絡把不同的ALTO計算機連接在一起,同時還連接了EARS激光打印機。
    PLC相對于繼電器線路的優(yōu)勢
     1、功能強,性能價格比高
    
      一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件,有很強的功能,可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比,具有很高的性能價格比。可篇程序控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)分散控制,集中管理。
    
      2、硬件配套齊全,用戶使用方便,適應性強
    
      可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標準化,系列化,模塊化,配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置,組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便,一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強的帶負載能力,可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。
    
      3、可靠性高,抗干擾能力強
    
      傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良,容易出現(xiàn)故障,PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器,僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件,接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100,因觸點接觸不良造成的故障大為減少。
    
      PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施,具有很強的抗干擾能力,平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上,可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場,PLC已被廣大用戶公認為較可靠的工業(yè)控制設備之一。
    
      4、系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少
    
      PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件,使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。
    
      PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規(guī)律,很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng),梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。
    
      PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試,輸入信號用小開關來模擬,通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后,在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決,系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。
    
      5、編程方法簡單
    
      梯形圖是使用得較多的可編程序控制器的編程語言,其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似,梯形圖語言形象直觀,易學易懂,熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言,并用來編制用戶程序。
    
      梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種**語言,可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時,用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。
    
      6、維修工作量少,維修方便
    
      PLC的故障率很低,且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時,可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因,用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。
    
      7、體積小,能耗低
    
      對于復雜的控制系統(tǒng),使用PLC后,可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器,小型PLC的體積相當于幾個繼電器大小,因此可將開關柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。
    
      PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多,故可以省下大量的配線和附件,減少大量的安裝接線工時,可以減少大量費用。
    
    自動化技術和機電一體化技術發(fā)展趨勢
      一、 基金會現(xiàn)場總線的大規(guī)模應用即將逐步展開:
          11年以來,云集**過程自動化的主要廠商,有組織、有計劃地進行了基金會現(xiàn)場總線技術的規(guī)劃、研究、試制、試用、工程實踐及推廣應用,這是一項**的系統(tǒng)工程,它集中了眾多人的智慧,獲得了眾多人的稱許,特別是得到了“大客戶”的**。目前,F(xiàn)F成員有338家,已注冊產(chǎn)品為227種,通過HIST互操作測試認證的主控系統(tǒng)有11個。應用方面,有50萬臺現(xiàn)場儀表、8000套系統(tǒng)已投入應用,其中我國占7%,約80套系統(tǒng),主要分布在石化和化工、石油和天然氣、發(fā)電幾個行業(yè),上海賽科、中海油/殼牌南海項目兩大工程均屬世界上可數(shù)的大型工程,今年即將投產(chǎn)。這些將為我國大規(guī)模應用起到**作用。在技術上我國也有很大進展。華控、沈陽自動化所(中科博微)等單位均研制出并**FF注冊資格的產(chǎn)品,已有10多種專業(yè)書籍出版。特別是如下幾項技術得到了初步普及:H1的通信原理;H1的功能塊組態(tài)和“現(xiàn)場控制”策略;現(xiàn)場設備、輔助設備及主控系統(tǒng)的選擇;H1網(wǎng)段設計及施工安裝;設備描述語言(DDL)與互操作性等。而且對于增強型EDDL及FISCO防爆等新技術表現(xiàn)了很大的熱情,這些都為今后在國內大規(guī)模應用打下了良好的基礎。
          目前中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會現(xiàn)場總線專業(yè)**(CFFC)與16個外商駐華機構組成的基金會現(xiàn)場總線中國市場**(FFCMC)正在聯(lián)合開展活動。現(xiàn)在FF正處在類似于70年代末DCS所處的時期,作為一項新技術走向市場之路是艱辛的。經(jīng)過陣痛,新生的事物將像嬰兒出世一樣,一定會茁壯地成長起來。
          二、 檢測技術、識別技術及信息融合技術受到重視:
          傳感器技術這些年來正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉型的階段,這將有另文專述。僅由于現(xiàn)場總線技術的助推,檢測儀表的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化已前進了一大步,特別是多變量變送器的成功上市,使一個差壓變送器(如艾默生的3015S和橫河的EJX)可以完成流量測量及溫壓補償、流量積累、顯示球罐內液體體積和進行導管堵塞、蒸汔拌熱診斷等一系列功能,而且還準備增加孔板磨損檢測等功能,這樣,可使設備管理能得到更多有用信息。數(shù)字化和網(wǎng)絡化為現(xiàn)場設備豐富的信息提供了暢通的渠道,為單信號向多信息采集轉變創(chuàng)造了條件,加之檢測技術進步,諸如溫度場測量等傳感器的出現(xiàn),逐步使這種轉變成為可能。
          現(xiàn)在工業(yè)上大量的變速器均為直接取樣,而人工取樣等形式不被推薦;取樣點或取樣設備是固定的、連續(xù)的,而斷續(xù)取樣、多點取樣、移動取樣卻很少成為控制中有用信號;又檢測物理量、電量以外,化學量就較少了,屬于圖象識別、遙感技術、視覺機器、聲音測量,特別是條形碼、射頻識別(RFID)等屬于管理范疇的跟蹤、搜尋、捕獲等技術,都很少當作控制用;近來發(fā)展起來的軟測量技術或稱為工藝算法等,多把它裝在上位機或控制室內,作為“數(shù)字模型”**控制處理?!@些,按信息化的要求,都可以商榷。如近年來提出多傳感器信息(數(shù)據(jù))融合(Multi-Sensor Data Fusion,MSDF),簡稱信息融合技術,它對多個傳感器的數(shù)據(jù)進行多級別、多方面、多層次的處理,從而產(chǎn)生新的有意義的信息。這項技術在大型設備監(jiān)測、礦井瓦斯監(jiān)測、電力系統(tǒng)故障檢測等方面已有應用實例,另外交通管理、軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)等方面也很有用。
          檢測技術向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化方面發(fā)展,信息融合技術屬于智能化范疇,它應與虛擬儀表技術、網(wǎng)絡儀表技術相結合,實現(xiàn)高速、復雜的數(shù)據(jù)處理、分析和控制,反過來又推動檢測技術本身及現(xiàn)場總線技術的發(fā)展,使智能化設備在實際應用中產(chǎn)生效益。
          三、 執(zhí)行儀表、運動控制及主流伺服系統(tǒng)正成為熱點:
          在過程控制領域,執(zhí)行儀表是以電-氣閥門定位器+氣動薄膜調節(jié)閥為主,其它有氣缸或調節(jié)閥、電動執(zhí)行機構、液動執(zhí)行機構(電-液調節(jié)閥)、電動調節(jié)閥等。總之,是在以管理道化為主的工藝裝備中,以改變閥門的開度為目的直行程和角行程的執(zhí)行儀表為主流設備。近年來,以滿開/滿關為主要形式的電磁閥、閥組等也在大量使用。但是離散控制領域的執(zhí)行部件就形式多樣了,特別是以旋轉設備——電機為主的控制,已經(jīng)得到很大發(fā)展。兩個領域的執(zhí)行部件共性是速度反饋和位置反饋的控制技術。
          變頻器、軟啟動器等已得到普及,在節(jié)能等方面已**成效,本文不準備進一步闡述了。在上世紀中葉,伺服機構、直流閉環(huán)調整系統(tǒng)、交流閉環(huán)調速系統(tǒng)、步進電機開環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)問世,從90年代以來,運動控制名詞悄然流行,它是相對于電力拖動及電機傳動控制而言的一個分支。運動控制是指通過對電機等機電機構的控制,使機電機構產(chǎn)生期望的運動,運動控制為轉速、位置、力矩三個參數(shù)的組合控制,較終保證運動參數(shù)和運動軌跡為予定值。它涵蓋于運載工具、數(shù)控機床(CNC)、機械加工生產(chǎn)線、包裝設備、紡織、印染設備、機器人及多種機電一體化設備和民用設施,所以受到重視。
          較近交流伺服系統(tǒng)的性能/價格比已具有競爭力,特別是全數(shù)字式交流永磁伺服電機,DSP嵌入式芯片技術的發(fā)展,受到青睞,所以前景看好。本文要著重說的,乃是作為主流伺服系統(tǒng)在運動控制中要求實時性很高,如實時響應時間要求小于1ms、同步傳送和抖動小于1ms,在要求較高的地方,可能為納秒(ns)級。分布式交流伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)走向市場、羅克韋爾的SERCOS、倫茨的SystemBus及**的Profibus、Interbus、DevuceNet等均可以完成分布式交流伺服控制,其上層通信仍采用CIP協(xié)議及CIPSync規(guī)范,才能獲得較好的實時性和可互操作性。
          IEEE1588為用于測量和控制網(wǎng)絡a的分布時鐘定義了一個精確時間同步協(xié)議(Preci Sion Time Protocol,PT),它為在以太網(wǎng)上實現(xiàn)時間同步提供了工作原理。CIPSync實現(xiàn)了網(wǎng)絡中不同設備的高精度(+100ns)時間同步以及分布式運動控制,即包括多個伺服控制器的協(xié)同、伺服控制器及多伺服驅動器的協(xié)同。它借助CIPSync/IEEE1588對于網(wǎng)絡上的各伺服驅動器的時鐘,結合帶時間標記位置信號進行伺服同步,它考慮使用基于以及網(wǎng)的網(wǎng)絡技術,并且是適合于精度在微秒范圍內的復雜系統(tǒng)的同步。
          CIPSync以外,還有SynqNet運動控制網(wǎng)絡,由Motion Engineering公司開發(fā),支持高性能集中控制,支持它的伺服電機廠商較多,具有自愈容錯、精確捕獲技術、易于使用等優(yōu)點,所以分布式和集中式交流伺服控制系統(tǒng)技術應該互相結合。
          四、 工業(yè)以太網(wǎng)技術發(fā)展進入新階段
          上文中基金會現(xiàn)場總線的FFHSE、CIP或EtherNet/IP均為現(xiàn)在俗稱的工業(yè)以太網(wǎng),還有這次FA/PA展會上西門子等公司的PROFINET,三種均通過IEC61158及IEC61784標準,又2004年1月IEC/C65C/JWG10-13等4個工作組通過6種以太網(wǎng)技術工作IEC的PAS公共可用規(guī)范文件,它們是:中國的EPA、德國Beckhoff公司的EtherCAT、IAONA的EPL(EtherNet PowerLink)、日本橫河的V-net、日本東芝的TCnet、法國施耐德的ModbusTCP(RTPS)。當然除這9種以外,采用EtherNet/TCP(UDP)/IP的工業(yè)以太網(wǎng)還很多。EPA(EtherNet for Plant Automation)它采用了分段化結構和確定性通信調度控制策略,解決了通信確定性、互操作性、開放性等問題,可直接應用于變送器、執(zhí)行機構、遠程I/O、現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設備間通信,即做到“E網(wǎng)到底”,目前正處于產(chǎn)業(yè)化階段。 
          選擇以太網(wǎng),還必須把wet技術等互聯(lián)網(wǎng)技術在工業(yè)上應用搞到位,也就是說,要讓相關的人們放心的去瀏覽現(xiàn)場數(shù)據(jù),從而在地域方面使生產(chǎn)方式發(fā)生變化,促進生產(chǎn)力發(fā)展。
          五、 系統(tǒng)集成、電控儀控一體化、管控一體化任重道遠:
          系統(tǒng)集成一詞的流行始于80年代末、90年代初,Integrated System和System Integration,在系統(tǒng)解決方案(Solution)流行的今天,已經(jīng)逐漸界限不清了。PLC可編程控制器和人機界面HMI之間,在硬件接口的基礎上,采用DDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換發(fā)展到OPC(過程控制的對象鏈接嵌入),是一大進步,近來將與EDDL結合,解決互操作性問題。又IEC61131-3在組態(tài)方面對系統(tǒng)集成也影響很大。隨著多種現(xiàn)場總線及工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn),又使通信接口產(chǎn)品豐富起來,現(xiàn)在不只是一個產(chǎn)品上有多種接口,而且各種互聯(lián)的接口卡產(chǎn)品也很多,這兩個展會上均有多家接口產(chǎn)品,如美國Woodhead公司、Prosoft公司的產(chǎn)品就有幾十種,可以滿足系統(tǒng)集成的需要     
          系統(tǒng)集成技術的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)進入標準化階段。2003年發(fā)布了ISO15745標準,它解決了系統(tǒng)集成的應用需求和接口兩個基本問題,該標準全稱為:工業(yè)自動化系統(tǒng)和系統(tǒng)集成——開放系統(tǒng)應用集成框架,分為4部分:通用參考描述、以ISO11898標準為基礎的控制系統(tǒng)的參考描述、以IEC61158標準為基礎的控制系統(tǒng)參考描述、以以太網(wǎng)標準為基礎的控制系統(tǒng)的參考描述。**部分提出了開放系統(tǒng)的應用集成框架(Application Integration Framework,AIF),它定義了一些元素和規(guī)則,構成集成模型來表示應用需求,并開發(fā)應用互操作**規(guī)范AIP,這個AIP是接口規(guī)范的表示形式,并要求開發(fā)AIP時,應用UML、XML等來拱和表達。這些,對系統(tǒng)集成技術發(fā)展起到了里程碑式作用。
          系統(tǒng)集成面臨的應用需求中,電控、儀控一體化及管控一體化是首要的問題,而各個用戶企業(yè)對這兩大主題是既有共性又有個性的需求。電控儀控一體問題通過上面幾節(jié)已經(jīng)有一定了解。管控一體化的三層結構,這是共性,其中MES層是熱點,MESA(Manufacturing Enterprise Solution Association)對MES作如下定義:MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。我們以前比較我的注意MES本身,現(xiàn)在,逐漸理解到應該對系統(tǒng)集成的深度給予關注。由于國內在管控一體化項目中滿意度高者較少,所以形成了曠日持久的局面。*的應用實踐與計算機專業(yè)人員的完善化應該同樣受系統(tǒng)集成、電儀一體化、管控一體化是技術問題,也是藝術,要在務實和廣義的人機界面友好、人機親和力兩方面同時努力,才能使管控一體化的重任完成。
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