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發(fā)布時間: | 2023-12-20 04:55 |
最后更新: | 2023-12-20 04:55 |
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在過去的幾十年里,可編程邏輯控制器(PLC)一直被廣泛用于自動化領(lǐng)域,而在可預(yù)知的未來,PLC仍將長盛不衰。面向離散控制而設(shè)計PLC的實際上已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域一個具有偉大意義的統(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化任務(wù)?,F(xiàn)在的自動化系統(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。
新的可編程自動化控制器(PAC)硬件系統(tǒng)就是這樣一個非凡的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?讓我們來看看IntegratedIndustrialSystems(I2S)公司是如何做的。I2S在現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)上實現(xiàn)極大的改進(jìn)。這是一個來自美國的私有原始設(shè)備制造商,數(shù)十年以來一直致力于制造**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)底蘊使之成為行業(yè)的**。
I2S也曾經(jīng)長期使用PLC來自動化和控制生產(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,他們主要對其伽馬測量系統(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,伽馬測量系統(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)過時了。為了更新該系統(tǒng)并改進(jìn)其機(jī)器,I2S公司需要一個具有更**的模擬輸入分辨率的方案,以連接伽馬測量傳感器和**信號處理,從而從傳感器中獲取模擬信號,實現(xiàn)高度**的厚度測量,再由PLC使用在軋制機(jī)器的控制系統(tǒng)中。
2、伽馬測量儀技術(shù)
伽馬測量儀使用“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)的頂部是一個接收器和前置放大器。當(dāng)通過發(fā)射源和接收器之間的間隔時,金屬帶會吸收一部分輻射,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)行測量,并轉(zhuǎn)化成帶厚度測量。實施改造第一步:現(xiàn)有設(shè)備試驗
為了節(jié)省時間和費用,公司先試著在已有的PLC系統(tǒng)中進(jìn)行**模擬測量和處理。但是,PLC的模擬I/O和信號處理無法達(dá)到所需的**度。I2S公司要確保運行于PLC中的控制系統(tǒng)不會因為額外I/O和處理的增加而減少。
因此,他們需要這么一個系統(tǒng),這個系統(tǒng)能夠從伽馬傳感器中獲取模擬信號并進(jìn)行處理以計算**的厚度測量值,并能將這個厚度測量插入到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)備無法奏效,就試試其它方法
在認(rèn)識到PLC無法提供連接伽馬測量傳感器所需的I/O和處理后,轉(zhuǎn)向了PAC技術(shù)。它選擇了國家儀器的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是一個可重置嵌入式系統(tǒng),既結(jié)合了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點和可靠性,又能提供更多**I/O和處理。國家儀器的所有PAC都可以通過其LabVIEW圖形編程工具來編程,因此可以很容易進(jìn)行編程和配置。
第三步:添加**I/O
CompactRIO有一個嵌入式現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片和實時處理器,可通過內(nèi)置的LabVIEW功能塊來編程。另外,它還擁有超過30個模擬和數(shù)字I/O模塊,具有內(nèi)置信號調(diào)節(jié)(反鋸齒、隔離、ADC、DAC等)、高速計時(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)
使用CompactRIO模擬輸入模塊來連接伽馬級厚度傳感器,以提供**測量所需的高速計時和分辨率。由于每個I/O模塊都是直接和FPGA相連的,工程師們于是能使用LabVIEWFPGA來輕松自定義CompactRIO的模擬I/O速率。第四步:添加**處理
從伽馬傳感器獲得模擬數(shù)據(jù)之后,CompactRIO使用內(nèi)置的NILabVIEW實時浮點功能塊來在實時處理器中對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并將之轉(zhuǎn)化成**的厚度測量。
LabVIEW的實時功能塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行確定的**對數(shù)處理(如下面的等式1和等式2所示),以進(jìn)行計算厚度測量值。由于LabVIEWReal-Time具有內(nèi)置計算和分析功能,PAC能夠很容易進(jìn)行這一操作。
等式1:logI=(logI0)y/μ=(y/μ)logI0
等式2:y/μ=logI0/logI=log(I0-I)
CompactRIO系統(tǒng)在FPGA和實時處理器中進(jìn)行所有的I/O和信號處理,并將高**度厚度測量傳輸?shù)较噙B的PLC上,又不會降低現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)的速率。借助于CompactRIO的性能,I2S的工程師可以為伽馬級傳感器添加這一自定義測量和分析功能,而不需要犧牲軋制機(jī)器的控制速度。
第五步:整合PAC
每個軋制機(jī)器都帶有三個形成網(wǎng)絡(luò)的CompactRIO系統(tǒng)。這三個系統(tǒng)都是智能節(jié)點,能利用一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Modbus/TCP、TCP/IP或UDP協(xié)議進(jìn)行通信。其中有兩個系統(tǒng)與伽馬級傳感器連接,并進(jìn)行模擬輸入測量和**處理,來計算**厚度測量值。
圖2典型系統(tǒng)拓?fù)?/p>
第三個CompactRIO系統(tǒng)則從另外兩個系統(tǒng)中取得厚度值,并轉(zhuǎn)換成模擬輸出測量值,輸入到正在控制軋制機(jī)器的PLC上。所有三個系統(tǒng)都通過以太網(wǎng)連接實現(xiàn)了互連,并使用一個UDP以太網(wǎng)信息協(xié)議來傳輸厚度測量值計算。將PAC連接到現(xiàn)有PLC架構(gòu)上有三個基本方法。