在過(guò)去的幾十年里,可編程邏輯控制器(PLC)一直被廣泛用于自動(dòng)化領(lǐng)域,而在可預(yù)知的未來(lái),PLC仍將長(zhǎng)盛不衰。面向離散控制而設(shè)計(jì)PLC的實(shí)際上已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域一個(gè)具有偉大意義的統(tǒng)治性工具。
然而,隨著工業(yè)用機(jī)器和工廠系統(tǒng)的復(fù)雜性的增加,PLC已經(jīng)很難而且也不可能成為完成所有自動(dòng)化任務(wù)?,F(xiàn)在的自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)超越了PLC的功能范圍,使得工業(yè)機(jī)器領(lǐng)域的工程師必須在自動(dòng)化系統(tǒng)中集成更多更先進(jìn)的I/O、處理和控制策略。
新的可編程自動(dòng)化控制器(PAC)硬件系統(tǒng)就是這樣一個(gè)非凡的PLC系統(tǒng)擴(kuò)展方案,能夠很容易整合到PLC系統(tǒng)中,給工業(yè)機(jī)器增加更多的先進(jìn)功能,并提高機(jī)器的效率。
1、需求:如何提高機(jī)器的效率
如何提高機(jī)器的效率?讓我們來(lái)看看IntegratedIndustrialSystems(I2S)公司是如何做的。I2S在現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)極大的改進(jìn)。這是一個(gè)來(lái)自美國(guó)的私有原始設(shè)備制造商,數(shù)十年以來(lái)一直致力于制造一流的軋制設(shè)備和控制系統(tǒng),用于全世界的鐵和非鐵金屬行業(yè)。在這一領(lǐng)域的雄厚技術(shù)底蘊(yùn)使之成為行業(yè)的領(lǐng)袖。
I2S也曾經(jīng)長(zhǎng)期使用PLC來(lái)自動(dòng)化和控制生產(chǎn)的軋制設(shè)備。最近幾年他們一直在試圖更新軋制設(shè)備控制系統(tǒng),以提高效率和質(zhì)量。為了提高煉鋼設(shè)備的效率和質(zhì)量,他們主要對(duì)其伽馬測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),以便能更準(zhǔn)確地控制金屬厚度。
數(shù)年以來(lái),伽馬測(cè)量系統(tǒng)一直是I2S產(chǎn)品家族中的標(biāo)志性產(chǎn)品,現(xiàn)在依然廣受歡迎,但是系統(tǒng)的很多硬件和軟件特征都已經(jīng)過(guò)時(shí)了。為了更新該系統(tǒng)并改進(jìn)其機(jī)器,I2S公司需要一個(gè)具有更精確的模擬輸入分辨率的方案,以連接伽馬測(cè)量傳感器和高級(jí)信號(hào)處理,從而從傳感器中獲取模擬信號(hào),實(shí)現(xiàn)高度精確的厚度測(cè)量,再由PLC使用在軋制機(jī)器的控制系統(tǒng)中。
2、伽馬測(cè)量?jī)x技術(shù)
伽馬測(cè)量?jī)x使用“镅”作為恒發(fā)射源,這一發(fā)射源位于“C”框架組裝的較低部。結(jié)構(gòu)的頂部是一個(gè)接收器和前置放大器。當(dāng)通過(guò)發(fā)射源和接收器之間的間隔時(shí),金屬帶會(huì)吸收一部分輻射,吸收量視其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器進(jìn)行測(cè)量,并轉(zhuǎn)化成帶厚度測(cè)量。
實(shí)施改造第一步:現(xiàn)有設(shè)備試驗(yàn)
為了節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用,I2S先試著在已有的PLC系統(tǒng)中進(jìn)行高級(jí)模擬測(cè)量和處理。但是,PLC的模擬I/O和信號(hào)處理無(wú)法達(dá)到所需的精確度。I2S公司要確保運(yùn)行于PLC中的控制系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)轭~外I/O和處理的增加而減少。
因此,他們需要這么一個(gè)系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)能夠從伽馬傳感器中獲取模擬信號(hào)并進(jìn)行處理以計(jì)算精確的厚度測(cè)量值,并能將這個(gè)厚度測(cè)量插入到PLC控制系統(tǒng)中。但是,所用的PLC不適合高性能處理和高速模擬I/O。
第二步:如果現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法奏效,就試試其它方法
在認(rèn)識(shí)到PLC無(wú)法提供連接伽馬測(cè)量傳感器所需的I/O和處理后,I2S轉(zhuǎn)向了PAC技術(shù)。它選擇了國(guó)家儀器的CompactRIOPAC,以提供改進(jìn)軋制機(jī)器質(zhì)量所必須的附加功能。CompactRI/O是一個(gè)可重置嵌入式系統(tǒng),既結(jié)合了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn)和可靠性,又能提供更多高級(jí)I/O和處理。國(guó)家儀器的所有PAC都可以通過(guò)其LabVIEW圖形編程工具來(lái)編程,因此可以很容易進(jìn)行編程和配置。
第三步:添加高級(jí)I/O
CompactRIO有一個(gè)嵌入式現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片和實(shí)時(shí)處理器,可通過(guò)內(nèi)置的LabVIEW功能塊來(lái)編程。另外,它還擁有超過(guò)30個(gè)模擬和數(shù)字I/O模塊,具有內(nèi)置信號(hào)調(diào)節(jié)(反鋸齒、隔離、ADC、DAC等)、高速計(jì)時(shí)(模擬I/O速度達(dá)到800kHz,數(shù)字I/O速度達(dá)到30MHz)和高分辨率(24bADC),可與任何工業(yè)傳感器或者觸發(fā)器連接。
圖1CompactRI/O架構(gòu)
I2S使用CompactRIO模擬輸入模塊來(lái)連接伽馬級(jí)厚度傳感器,以提供精確測(cè)量所需的高速計(jì)時(shí)和分辨率。由于每個(gè)I/O模塊都是直接和FPGA相連的,工程師們于是能使用LabVIEWFPGA來(lái)輕松自定義CompactRIO的模擬I/O速率。
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