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發布時間: | 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域,而在可預知的未來,PLC仍將長盛不衰。面向離散控制而設計PLC的實際上已經成為工業領域一個具有偉大意義的統治性工具。
隨著工業用機器和工廠系統的復雜性的增加,PLC已經很難也不可能成為完成所有自動化任務。現在的自動化系統已經超越了PLC的功能范圍,使得工業機器領域的工程師必須在自動化系統中集成更多更先進的I/O、處理和控制策略。
新的可編程自動化控制器(PAC)硬件系統就是這樣一個非凡的PLC系統擴展方案,能夠很容易整合到PLC系統中,給工業機器增加更多的先進功能,并提高機器的效率。
1、需求:如何提高機器的效率
如何提高機器的效率?讓我們來看看IntegratedIndustrialSystems(I2S)公司是如何做的。I2S在現有的PLC系統上實現極大的改進。這是一個來自美國的私有原始設備制造商,數十年以來一直致力于制造**的軋制設備和控制系統,用于全世界的鐵和非鐵金屬行業。在這一領域的雄厚技術底蘊使之成為行業的**。
I2S也曾經長期使用PLC來自動化和控制生產的軋制設備。最近幾年他們一直在試圖更新軋制設備控制系統,以提高效率和質量。為了提高煉鋼設備的效率和質量,他們主要對其伽馬測量系統進行了改進,以便能更準確地控制金屬厚度。
數年以來,伽馬測量系統一直是I2S產品家族中的標志性產品,現在依然廣受歡迎,系統的很多硬件和軟件特征都已經過時了。為了更新該系統并改進其機器,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,實現高度**的厚度測量,再由PLC使用在軋制機器的控制系統中。
2、伽馬測量儀技術
伽馬測量儀使用“镅”作為恒發射源,這一發射源位于“C”框架組裝的較低部。結構的頂部是一個接收器和前置放大器。當通過發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行測量,并轉化成帶厚度測量。實施改造第一步:現有設備試驗
為了節省時間和費用,公司先試著在已有的PLC系統中進行**模擬測量和處理。PLC的模擬I/O和信號處理無法達到所需的**度。I2S公司要確保運行于PLC中的控制系統不會因為額外I/O和處理的增加而減少。
他們需要這么一個系統,這個系統能夠從伽馬傳感器中獲取模擬信號并進行處理以計算**的厚度測量值,并能將這個厚度測量插入到PLC控制系統中。所用的PLC不適合高性能處理和高速模擬I/O。
第二步:如果現有設備無法奏效,就試試其它方法
在認識到PLC無法提供連接伽馬測量傳感器所需的I/O和處理后,轉向了PAC技術。它選擇了國家儀器的CompactRIOPAC,以提供改進軋制機器質量所必須的附加功能。CompactRI/O是一個可重置嵌入式系統,既結合了傳統PLC的優點和可靠性,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,可以很容易進行編程和配置。
第三步:添加**I/O
CompactRIO有一個嵌入式現場可編程門陣列(FPGA)芯片和實時處理器,可通過內置的LabVIEW功能塊來編程。它還擁有超過30個模擬和數字I/O模塊,具有內置信號調節(反鋸齒、隔離、ADC、DAC等)、高速計時(模擬I/O速度達到800kHz,數字I/O速度達到30MHz)和高分辨率(24bADC),可與任何工業傳感器或者觸發器連接。
圖1CompactRI/O架構
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據之后,CompactRIO使用內置的NILabVIEW實時浮點功能塊來在實時處理器中對數據進行處理,并將之轉化成**的厚度測量。
LabVIEW的實時功能塊對數據進行確定的**對數處理(如下面的等式1和等式2所示),以進行計算厚度測量值。由于LabVIEWReal-Time具有內置計算和分析功能,PAC能夠很容易進行這一操作。
等式1:logI=(logI0)y/μ=(y/μ)logI0
等式2:y/μ=logI0/logI=log(I0-I)
CompactRIO系統在FPGA和實時處理器中進行所有的I/O和信號處理,并將高**度厚度測量傳輸到相連的PLC上,又不會降低現有PLC控制系統的速率。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器的控制速度。
第五步:整合PAC
每個軋制機器都帶有三個形成網絡的CompactRIO系統。這三個系統都是智能節點,能利用一個工業標準Modbus/TCP、TCP/IP或UDP協議進行通信。其中有兩個系統與伽馬級傳感器連接,并進行模擬輸入測量和**處理,來計算**厚度測量值。
圖2典型系統拓撲
第三個CompactRIO系統則從兩個系統中取得厚度值,并轉換成模擬輸出測量值,輸入到正在控制軋制機器的PLC上。所有三個系統都通過以太網連接實現了互連,并使用一個UDP以太網信息協議來傳輸厚度測量值計算。將PAC連接到現有PLC架構上有三個基本方法。