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佛山騰鳴自動化控制設(shè)備有限公司。

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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。

　　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，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。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。

　　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。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，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。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。