現(xiàn)有控制系統(tǒng)并行操作中的PAC提高處理及通訊性能

盡管現(xiàn)在的高性能工業(yè)測(cè)量及控制技術(shù)都致力于提高系統(tǒng)的效率和流量，但是設(shè)備工程師的預(yù)算有限。事實(shí)上，ARC咨詢集團(tuán)的研究結(jié)果表明，在1997年到2002年五年間，工業(yè)界的設(shè)備支出費(fèi)占收益比降低了約3%。在紙漿、造紙和金屬等競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)，該比例的降幅達(dá)8.7%。目前唯一增長(zhǎng)的只有半導(dǎo)體和公用事業(yè)，分別增加了1.3%和0.4%。

由于工廠降低成本，縮減系統(tǒng)升級(jí)經(jīng)費(fèi)，工程師需要在提高設(shè)備性能的同時(shí)降低成本。很多廠家成功地實(shí)施了被稱作“局部?jī)?yōu)化”的策略，他們有效利用新技術(shù)，突破瓶頸，提高效率。他們采用可編程自動(dòng)化控制器的新型控制器，高速收集信號(hào)，以進(jìn)行更復(fù)雜的分析。

PAC將PC的處理能力、數(shù)據(jù)收集速度和通訊功能與PLC的可靠性和小型化結(jié)合在一起。使用PAC作為主控制器的設(shè)備，可集成更多功能，如運(yùn)動(dòng)、視覺、高速I/O及企業(yè)級(jí)通訊，很多工廠工程師們可使用PAC彌補(bǔ)現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，如果用如下三種常用的簡(jiǎn)單方法在現(xiàn)有控制系統(tǒng)中增加PAC，可實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的I/O、處理及通訊性能。

如果可以設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)與現(xiàn)有控制系統(tǒng)并行操作，增加PAC是最直接的。由于驗(yàn)證和培訓(xùn)都會(huì)增加絕大多數(shù)系統(tǒng)的升級(jí)成本，因此增加一個(gè)不影響主要控制操作的新系統(tǒng)是最佳方案，特別是在大型工藝控制系統(tǒng)或FDA驗(yàn)證系統(tǒng)。

在這些產(chǎn)品中，最通用的方法是，工程師無(wú)需將PAC與現(xiàn)有工廠設(shè)備相連，即可完成設(shè)計(jì)和安裝，比如在造紙廠造紙機(jī)器上安裝PAC。盡管造紙廠工程師使用分散控制系統(tǒng)(DCS)控制造紙機(jī)器，如果某個(gè)機(jī)器出現(xiàn)斷紙問(wèn)題，工廠就會(huì)受到影響。

圖1： 1997至2002年，支出收益比降低了2.9%。

他們需要一種類似“飛行記錄儀”的方法收集記錄機(jī)器的數(shù)據(jù)，以分析斷紙的原因。改造現(xiàn)有DCS是不可行的，因?yàn)閺募夹g(shù)角度來(lái)說(shuō)，DCS不可能在這樣高的速度下收集記錄數(shù)據(jù)，而且改變DCS還會(huì)影響其它工藝。造紙廠工程師們決定安裝PAC，將從磁盤收集記錄的數(shù)據(jù)傳到控制器的CompactFlash上。出現(xiàn)斷紙問(wèn)題后，工程師可用FTP方式將數(shù)據(jù)文件傳送到計(jì)算機(jī)上，分析斷紙的情況，查找原因。第二個(gè)常用方法是在現(xiàn)有控制系統(tǒng)中增加PAC，用PAC執(zhí)行高級(jí)處理，進(jìn)行正誤判斷。PAC還可使用簡(jiǎn)單數(shù)字輸入與PLC進(jìn)行通訊。，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)PLC系統(tǒng)中，很容易增加數(shù)字輸入和邏輯元件，因此這種設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PAC執(zhí)行高速采集和分析時(shí)，工程師通常采用這種方法，如監(jiān)視水壓和振動(dòng)。

比如，如果工程師需要監(jiān)視旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)問(wèn)題。它們使用具有高速采集的PAC監(jiān)視電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸兩個(gè)軸的振動(dòng)情況。PAC會(huì)根據(jù)加速儀的測(cè)量結(jié)果，確定信號(hào)的頻率范圍。將當(dāng)前的頻率與已知的極限值相比，PAC確定系統(tǒng)是否需要維護(hù)或者關(guān)機(jī)。PAC通過(guò)內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和OPC連接將相關(guān)信息傳送到工程師和管理人員。如果振動(dòng)會(huì)危害機(jī)器，PAC會(huì)將數(shù)字輸出信號(hào)輸送到PLC控制系統(tǒng)。這樣，工程師可在增加基于PAC傳感器測(cè)量的復(fù)雜性分析功能的同時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，還可使用PCL集成的現(xiàn)有關(guān)機(jī)程序。

第三種方式就是在PLC系統(tǒng)中增加PAC，使用標(biāo)準(zhǔn)通訊總線，如Modbus、DeviceNet、PROFIBUS、CANopen、Modbus TCP或EthernetIP。大多數(shù)現(xiàn)代PLC系統(tǒng)已經(jīng)在控制器間集成了一些通訊總線。工程師們可利用PAC的內(nèi)置串行和以太網(wǎng)接口及可選的插入式通訊模塊，以方便在系統(tǒng)中增加控制器。對(duì)于一些使用不兼容的總線的PLC，可使用外部網(wǎng)關(guān)解決該問(wèn)題。外部網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)映射到另一種類型的網(wǎng)絡(luò)。比如，工程師可以利用網(wǎng)關(guān)將DeviceNet設(shè)備連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，或者將Modbus TCP控制器與ControlNet網(wǎng)絡(luò)相連。

工程師們?cè)镁W(wǎng)關(guān)在使用傳送帶的切削機(jī)器控制系統(tǒng)中增加PAC。饋送材料的體積形狀變化都很大，這樣切削機(jī)器不易處理。為了提高質(zhì)量，工程師需要實(shí)時(shí)調(diào)整下位機(jī)以控制切削速度。盡管工程師們多年一直靠視覺進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，PAC視覺功能可運(yùn)行更高級(jí)的算法，并作出正確的決策。他們可使用基于視覺的PAC測(cè)量源材料，計(jì)算切削機(jī)器的相應(yīng)參數(shù)。他們將下位機(jī)PLC設(shè)置為通過(guò)EthernetIP通訊。由于PAC系統(tǒng)可通過(guò)Modbus TCP通訊，這樣工程師們可使用網(wǎng)關(guān)將Modbus TCP數(shù)據(jù)映射到EthernetIP。在集成了PAC的新系統(tǒng)中，基于視覺的PAC計(jì)算合適的切削機(jī)器速度，將信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳遞給PLC以調(diào)整切削速度，避免堵塞。

通過(guò)PAC的高級(jí)I/O、處理、通訊功能，工程師們可為現(xiàn)有系統(tǒng)增加新技術(shù)。PAC提供了增加高級(jí)I/O、高級(jí)處理和高級(jí)通訊的途徑，其中包括運(yùn)動(dòng)、視覺、高速采集、以及需要特殊信號(hào)調(diào)節(jié)的信號(hào)，如電子功率測(cè)量、應(yīng)力、LVDT和振動(dòng)。

PAC采用強(qiáng)大的浮點(diǎn)處理器，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的分析及控制，它可直接將信息連至SQL數(shù)據(jù)庫(kù)或網(wǎng)頁(yè)中，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)信息網(wǎng)的連接。盡管預(yù)算縮減，工廠工程師還可利于PAC在現(xiàn)有設(shè)備中集成高級(jí)I/O、處理和通訊功能，提高現(xiàn)有DCS和PLC系統(tǒng)的效率。

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