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在过去的几十年里，可编程逻辑控制器（PLC）一直被广泛用于自动化领域，而在可预知的未来，PLC仍将长盛不衰。面向离散控制而设计PLC的实际上已经成为工业领域一个具有伟大意义的统治性工具。 

    然而，随着工业用机器和工厂系统的复杂性的增加，PLC已经很难而且也不可能成为完成所有自动化任务。现在的自动化系统已经超越了PLC的功能范围，使得工业机器领域的工程师必须在自动化系统中集成更多更先进的I/O、处理和控制策略。 

    新的可编程自动化控制器（PAC）硬件系统就是这样一个非凡的PLC系统扩展方案，能够很容易整合到PLC系统中，给工业机器增加更多的先进功能，并提高机器的效率。 

    需求：如何提高机器的效率 

    如何提高机器的效率？让我们来看看Integrated Industrial Systems （I2S）公司是如何做的。I2S在现有的PLC系统上实现极大的改进。这是一个来自美国的私有原始设备制造商，数十年以来一直致力于制造的轧制设备和控制系统，用于全世界的铁和非铁金属行业。在这一领域的雄厚技术底蕴使之成为行业的。 

    I2S也曾经长期使用PLC来自动化和控制生产的轧制设备。近几年他们一直在试图更新轧制设备控制系统，以提高效率和质量。为了提高炼钢设备的效率和质量，他们主要对其伽马测量系统进行了改进，以便能更准确地控制金属厚度。 

    数年以来，伽马测量系统一直是I2S产品家族中的标志性产品，现在依然广受欢迎，但是系统的很多硬件和软件特征都已经过时了。为了更新该系统并改进其机器，I2S公司需要一个具有更的模拟输入分辨率的方案，以连接伽马测量传感器和信号处理，从而从传感器中获取模拟信号，实现高度的厚度测量，再由PLC使用在轧制机器的控制系统中。 

    伽马测量仪技术 

    伽马测量仪使用“镅”作为恒发射源，这一发射源位于“C”框架组装的较低部。结构的顶部是一个接收器和前置放大器。当通过发射源和接收器之间的间隔时，金属带会吸收一部分辐射，吸收量视其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器进行测量，并转化成带厚度测量。 

    实施改造第一步：现有设备试验 

    为了节省时间和费用，I2S先试着在已有的PLC系统中进行模拟测量和处理。但是，PLC的模拟I/O和信号处理无法达到所需的度。I2S公司要确保运行于PLC中的控制系统不会因为额外I/O和处理的增加而减少。 

    因此，他们需要这么一个系统，这个系统能够从伽马传感器中获取模拟信号并进行处理以计算的厚度测量值，并能将这个厚度测量插入到PLC控制系统中。但是，所用的PLC不适合高性能处理和高速模拟I/O。 

    第二步：如果现有设备无法奏效，就试试其它方法 

    在认识到PLC无法提供连接伽马测量传感器所需的I/O和处理后，I2S转向了PAC技术。它选择了国家仪器的CompactRIO PAC，以提供改进轧制机器质量所必须的附加功能。CompactRI/O是一个可重置嵌入式系统，既结合了传统PLC的优点和可靠性，又能提供更多I/O和处理。国家仪器的所有PAC都可以通过其LabVIEW图形编程工具来编程，因此可以很容易进行编程和配置。 

    第三步：添加I/O 

    CompactRIO有一个嵌入式现场可编程门阵列（FPGA）芯片和实时处理器，可通过内置的LabVIEW功能块来编程。另外，它还拥有超过30个模拟和数字I/O模块，具有内置信号调节（反锯齿、隔离、ADC、DAC等）、高速计时（模拟I/O速度达到800kHz ，数字I/O速度达到30 MHz）和高分辨率（24b ADC），可与任何工业传感器或者触发器连接。 

图1：CompactRI/O架构

    I2S使用CompactRIO模拟输入模块来连接伽马级厚度传感器，以提供测量所需的高速计时和分辨率。由于每个I/O模块都是直接和FPGA相连的，工程师们于是能使用LabVIEW FPGA来轻松自定义CompactRIO的模拟I/O速率。 

    第四步：添加处理 

    从伽马传感器获得模拟数据之后，CompactRIO使用内置的NI LabVIEW实时浮点功能块来在实时处理器中对数据进行处理，并将之转化成的厚度测量。 

    LabVIEW的实时功能块对数据进行确定的对数处理（如下面的等式1和等式2所示），以进行计算厚度测量值。由于LabVIEW Real-Time具有内置计算和分析功能，PAC能够很容易进行这一操作。 

    等式1：log I = （log I0）y/μ = （y/μ） log I0 

    等式2: y/μ = log I0/log I = log （I0-I） 

    CompactRIO系统在FPGA和实时处理器中进行所有的I/O和信号处理，并将高度厚度测量传输到相连的PLC上，又不会降低现有PLC控制系统的速率。借助于CompactRIO的性能，I2S的工程师可以为伽马级传感器添加这一自定义测量和分析功能，而不需要牺牲轧制机器的控制速度。 

    第五步：整合PAC 

    每个轧制机器都带有三个形成网络的CompactRIO系统。这三个系统都是智能节点，能利用一个工业标准Modbus/TCP、TCP/IP或UDP协议进行通信。其中有两个系统与伽马级传感器连接，并进行模拟输入测量和处理，来计算厚度测量值。 

图2：典型系统拓扑

    第三个CompactRIO系统则从另外两个系统中取得厚度值，并转换成模拟输出测量值，输入到正在控制轧制机器的PLC上。所有三个系统都通过以太网连接实现了互连，并使用一个UDP以太网信息协议来传输厚度测量值计算。将PAC连接到现有PLC架构上有三个基本方法： 

    1.基本模拟和数字I/O。模拟/数字信号能够从PAC输出到PLC中。这是将PAC整合到PLC的一个基本的方法。I2S公司就是运用这种方法来将处理过的数据从CompactRIO PAC传输到运行轧制机器控制系统的PLC上的。 

    2. 工业网络。大多数PAC产品都支持工业协议，如DeviceNet、Profibus 、 CANopen以及基于以太网的协议如TCP/IP、UDP和Modbus TCP/IP。这使得工程师在连接PAC到PLC上时有很多网络选择。I2S公司运用的是以太网协议来在CompactRIO PAC之间传输数据，并将PAC和PLC连接到形成网络的HMI。 

    3. OPC Connectivity PAC还可以作为OPC客户端或者服务器，并通过OPC标签来收发网络数据到PLC或其它PAC上。OPC标准提供了一套标准的流程，让不同厂商的自动化系统之间可以很容易实现连接。 

    处理过的数据会以不到20毫秒的间隔在通过以太网互连的CompactRIO系统之间传输。CompactRIO测量值的获得、处理和传输速度都很快，因此，将厚度测量值键入到PLC控制系统的过程丝毫不会降低整个系统的速度。 

    I2S公司可以很容易通过基于LAN的CompactRIO系统和10/100 Mbps以太网接口将系统连接到形成网络的Allen Bradley PLC，并利用一个标准的TCP/IP协议将之连接到人机接口（HMI）系统。轧制机器中的所有仪器都通过以太网实现了连接，因此不需要在一个电器噪音嘈杂的环境下长距离地传输模拟信号了。 

    总结 

    在未来的几年，PLC仍将继续用于自动化领域。但是随着机器的改进和自动化效率提高的需求，PLC不再是的。PAC技术给PLC提供了很好的补充，增加了传统PLC所不能提供的高性能I/O和处理。将PAC连接到现有PLC架构中的方法有很多，所以工程师们将能够很容易地改进其基于PLC的自动化系统。 

自从1969年第一台可编程控制器（简称PC机）在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。我厂于1988年开始将可编程序控制器应用在硫化机上，至今使用情况一直良好。下面以欧姆龙公司的C200H可编程序控制器为例，谈一谈PC机在硫化机上的应用。

    1C200H可编程序控制器的特点

    （1）系统构成灵活。

    （2）可靠性高，抗干扰性能强，环境适应性好。

    （3）功能强。

    （4）指令丰富，速度，快，编程简捷。

    （5）故障诊断能力强，具有自诊断功能。

    （6）多样化的通信功能。

    2在硫化机上使用可编程序控制器的优点

    （1）简化输入设备及其本身的接线，如转换开关、按钮等可从复杂的多组组合简化为单组组合。限位开关、按钮等的接线可只接一组接点（常开或常闭），另一种状态可通过PC内部识别，这样大大地降低了外围设备的接线姓。

    （2）用软件代替继电器的倾接线.改变控制要求方便。PC机采用有微型计算机为核心的电子线路，是多种电子式继电器、定时器和计数器的组合体，它们之间的连线（即内部接线）通过指令用编程器进行.如果按照现场要求改变控制方式，修改控制线路，只需用编程器对指令进行修改即可，十分方便。

    （3）用半导体元件将继电器有触点控制改为PC机无触点控制，大大提高了。J靠性相稳定性，将原继电器盘控制装町的故障，如继电器线圈烧坏、线圈粘连、线阁吸合不紧、接点脱落等继电器本身的故障彻底消除。

    （4）扩展I/0饥架有两种电源型号选择：①使用100～120VAC或200～240VAC电源；②使用24VDC电源。输入设备如按钮、选择开关、行程开关、压力调节器等可用24VDC电源作为信号源，这样可避免由于生产环境温度过高而造成行程开关、压力调节器等短路现象，提高了维修工人的安全性，降低了维修工作埠。输出端可通过200～240VDC电源直接驱动电磁阀、接触器等输出负载。

    （5）除了有CPU错误、电池错误、扫描时间错误、存贮器错误、Hostink错误、远程I/O错误等自诊断功能和能判断PC机自身故障外，对应于I/O每一个点都有信号指示灯，指示I/0的0N/OFF状态，根据I/O指示灯的显示可准确、快捷地判断PC机外围设备的故障。

    （6）根据控制要求，可方便地构成合适的系统，且便于扩展。如果硫化机需增加和改进外围控制系统，在主CPU上再加扩展元件，以后设备需联网，可很方便地构成系统。

    3如何给硫化机编程

    （1）确认硫化机正常运行的整个过程必须做那些动作，以及它们之间的相互关系。   （2）确定行程开关、按钮等作为发送输入信号到PC的输入设备所需的输入点数；电磁阀、接触器等作为接收来自PC输出信号的输出设备所需的输出点数。然后给每一个输入和输出点指定一个I/0位，同时分配“内部继电器”（IR）或工作位和计时器/计数器。

    （3）根据输出设备之间的相互关系和控制对象必须动作的顺序（或时间），画出梯形图。

    （4）如果使用GPC（图形编程器），FIT（工厂智能终端）或LSS（IBMXTAT编程软件）就可以直接用梯形图逻辑编PC程序，但如果使用普通编程器，必须把梯形图转换为助记符（由地址、指令和数据组成）。

    （5）利用编程器或GPC检查程序，并纠正错误，然后试运行程序，并观察硫化机的运行，是否与我们的要求相一致，然后修改程序，直到程序完善。

    4硫化机自控系统的常见故障

    采用PC机控制的硫化机故障率相当低，故障一般主要发生在下面几个方面。

    （1）输入设备

    象行程开关、按钮、转换开关经过多次反复动作后，会产生松动、不复位等现象，有的甚至会损坏。

    （2）输出设备

    由于环境潮湿和管路泄漏现象，使电磁阀进水，发生短路，烧坏电磁阀。信号灯也经常有烧坏的现象。

    （3）PC机

    由于输出设备多次短路，产生高电流，冲击PC内部的输出继电器，而使输出继电器触点熔化而粘连在一起，损坏继电器。

    5维护和保养

    （1）在安装PC机时，必须远离下列环境：腐蚀性气体；温度剧烈变化；阳光直射；灰尘、盐和金属粉末。

    （2）平时使用必须定期检查，象某些易损件（如保险、继电器和电池等）需要经常更换。

    （3）每组输出单元经220VAC输出，至少必须加一个2A250VAC的保险丝，当该保险烧断，一定要检查该组输出设备是否有异。若不检查就马上换上新保险，则易损坏输出单元的继电器。

    （4）平时要注意观察电池报警指示灯，如果报闪，必须在一周内更换电池（更换电池要在5min内完成），电池平均寿命为5年（在室温25℃以下）。

    （5）当CPU和扩展电源拆下检修后，安装接线时一定要接对，否则很容易烧坏CPU和扩展电源。