可编程控制器在过程自动化中的应用.doc

摘自可编程控制器在过程自动化中的应用ahti mikkor,lembit roosimolderdepartment of product development,institute of machinery,tallinn technical university,ehitajate tee 5,19086tallinn. 摘要：目前，控制问题都解决了使用各种各样的技术操作元件：电子，液压，气动和机械。函数- nality，可靠性和控制系统的价格是阻止开发的理由。以五年在这方面的发展经验为基础，本文集中于可编程逻辑控制器（plc）。成功的解决方案和问题这才是重点。 特定的硬件，控制器编程，数据/信号交换和人机界面都在选择之内。因此，根据具体需要选择可编程控制器。提出切实可行的建议，可能产生的危害和警告，可以帮助避免错误。 关键词：可编程控制器，可编程控制器，自动化，自动化系统，过程自动化。1、 引言现代化的机械包括机械和电子零件。整体功能是由这些组件之间的“平衡”。初步规划和方案选择在最后的结果起着至关重要的作用。在控制方法选择要基于中继电路，特殊设备，可编程逻辑控制器（plc）和新型电子技术之间。本文主要集中在plc -s和5年以上的实际工作的经验，收集与plc -s 。强与弱的两侧，正面和负面的做法进行了讨论。建议使用可编程控制器或天气已经形成，以帮助决策。在规划基于plc系统的最重要的决定是选择处理器的类型。错误的选择意味着额外费用的增加，甚至需要完全新的设备。最常见的错误是高估了小型处理器编程的可能性。有几种方法选择plc 。不幸的是其中大部分集中在电气方面， plc -s和允许的最大信号计数。他们不涉及分析，以确定可能的特殊需求，为用户程序或通信。几个现有的方法，实践经验和未来发展趋势的基础上选择plc的新方法。阿赫蒂mikkor已经获得了他的经验，以在超过15个规模大自动化项目的一部分。这些项目包括为昆达北欧水泥厂功耗监控系统的发展，延长流量计试验台，发动机涡轮安全ahtme系统， rakvere和plva城镇污水处理厂，废物处理厂在镇jgeva水和监控系统的开发建设在塔尔图集中供热网络。2、可编程逻辑控制器的优点和缺点。2.1、正面观点可编程控制器所提供的主要优势是灵活性（杰克，2003年） 。系统的行为，可以很容易地通过程序改变，没有任何其他的改动。例如特别的设备，使控制算法很难实现任何变化。灵活性使得plc -s适合经常更改的应用程序，例如在机器人。plc -s在投入和产出之间的关系是由用户程序确定。通过使用先进的编程技术，它是非常容易实现复杂的控制算法，比在任何艰苦的有线解决方案。它使plc -s竞争非常激烈复杂的任务，例如在控制化学过程。允许大量不同的信号连接到plc系统的特殊功能模块。应考虑在应用程序需要使用plc -s，一些“特殊”的输入或输出信号。典型的例子是使用高速输入定位参考数据。通常情况下， pc可视化软件包plc -s 。一些特殊的设备也有pc软件包。 plc -s之间广泛的通信选项，使人们有可能从现场设备的所有信息收集到一个中央控制点。plc -s之间的通信线路允许使用本地过程控制系统的其他部分，从收集到的信息。现代通信技术实现远程诊断和配置（杰克，2003年） 。这两个显着降低系统的整体维护成本。2.2、反面观点 可编程控制器没有配备足够的内存来存储大数据量。虽然未来的发展趋势表明增长plc内存中的大小，特殊设备（录像机）仍然更适合用于独立的数据记录应用。对于网络解决方案是使用可视化软件包， plc -s一起归档收集任何必要的数据库格式的数据的可能性。如果记录的数据量小，也有包括控制功能，它是合理的，仍然可以使用plc -s 。关于可视化软件包，这是很好的了解，其中大多数是在标准版本不支持脱机录音后，使通信故障，这是不可能向后从plc获取数据。plc -s的现代通信选项，包括标准协议，例如以太网。使用现有的办公自动化系统的数据通信运营商也网络，这是很有诱惑力的。时间已经表明，它是更好的做法，以保持这些两地分居，如果有一个需要不断的在线交流。难溯源时空网络重载可能会导致问题在所有plc的需要进行编程，通信自动化系统。所有的编程工作，包括风险控制算法中的意外错误。特殊装置是行之有效的，一般这样那样的问题。如果可以，这是经济周到，使用特殊的设备。安全应用需要最高程度的可靠性，应包含简单的器件和电路的可能。有一个规则，每一个链中的新环节，降低整体可靠性。在小型应用程序，它通常成本节省plc -s ，而不是使用基于中继电路。3、未来发展趋势过程自动化系统的进展是针对所谓的完全自动化，所有的人所要做的就是进入该产品的参数和其他一切工作由机器（松香，2000年）协调。虽然看起来很遥远，但就目前趋势来看正向着这方面发展。首先，系统变得越来越规范。大厂商组织自己的产品进入家庭。其目的是减少从同一家公司不同的设备配置和维修工程所需的知识量。这一点很重要，这种方式构建的应用程序易于扩展。其次，沟通也变得愈加重要（休斯，2000）。有诸多原因，但其要旨：l 更好的协作系统的不同部分。l 降低布线成本。减布线结果增加了故障率，也增加了故障的严重程度。l 传感器与驱动器可以在从传统方法相比，如果使用的处理器覆盖更长的距离。l 提高了系统的可扩展性。如需增加新设备时可以降低成本。l 在某些情况下，最好是使许多小的独立的模块和网络他们的架构。该解决方案使系统继续工作，尽管在一些地方已经失败。l 方便的通信网络故障诊断为远程管理提供了可能性。中央操作站，可形成相对容易。l 不同厂家的产品的兼容性更强（ opc基金会，2003年） 。 第三个重要趋势是利用所谓的软件控制器或软plc （西门子股份公司，2003年）传播。这些都是电脑软件为基础的解决方案，与现场设备通过通信网络相连。没有处理器模块情况下， pc机的资源使用需要。一些软plc -s处理器的pc卡（图1）仍然成立。当然可靠的通信网络是必不可少的。由于pc -s的数据存储正成为可能，软plc -s数据采集也同样适用。 图1 。西门子公司的simatic winac插槽式plc 412。第四，组合装置（图2）同时包含操作员面板和中等规模的处理器模块得到普及（西门子股份公司，2002）。在这种情况下，系统的兼容性更强，组件的再利用也使得其价格更便宜。图2。组合装置西门子simatic c7-613。第五，处理器软件接管从pc软件性质。收集的数据可以很容易地从生产到office应用程序转移（西门子股份公司，2000）。 。4、可编程序控制器的选择方法可编程控制器的控制方法的选择是形成一个应用程序所需的特定属性列表中选择可编程控制器方法的开发。有九个准则，其结果如表1所示。通过比较做出选择与控制器的技术数据结果表。以下是每一个参与标准的简短描述。解决办法的本质决定了它是旧体制的扩大或完全新的发展。在第一种情况下，现有的解决方案系统架构和硬件要求是有限的。相对来说，在使用同一公司的硬件，使维修更容易，避免了整合系统的问题。例如许多硬件制造商结合自己的具体通信接口直接将处理器模块，并为每一个通用的协议需要一个特殊的模块（西门子股份公司，2003年） 。同时，它也可以使用所有相同类型的硬件系统，以减少备件的库存量。最大的电力输入通常用来衡量处理器的档次。如果需要复杂的控制算法和非标功能，它就不是最重要的了。一般来说，使用一个更大的处理器来控制输入、输出信号会比几个较小的处理器更便宜。在这种情况下，不会对通信网络的需要，也将会更容易编程。特殊信号和模块通常为中型和大型控制器只提供家庭使用。许多微控制器甚至不会添加模拟输出（西门子股份公司，2003年）都是有可能的。在某些情况下，使用特殊的模块是必不可少的，也有时候仅仅为了节约成本。传感器和执行机构的布局可以有很大的不同，有时传感器位于几公里，距执行机构（抽长管道的液体） 。在这种情况下的特殊通信网络（profibus ， as - inteface ）可能是唯一的解决办法。如果没有它，至少可以减少布线工程的费用。并非所有的可编程控制器都有通信协议的接口。在复杂的应用程序处理器的性能有重要作用。最常见的问题是缺乏程序存储器，有时也由于数据存储器。内存要求可以通过输入和输出信号的数量来估计。但在实践中100个数字的输入、输出，通常也有3次小于10个数字输入、输出。这种看似唯一的估计方法确还是运用以往的经验。程序的个性特点是指那些需要特殊功能。不同的应用领域有一些通常功能，例如，在楼宇自动化温度控制中，编程要简单得多，如果这些功能已经进入系统软件中内置的处理器。在过程自动化2个数字输出（上下）闭环pid调节是很常用的。 这可能会令人惊奇，但它不包括在大多数的微控制器（西门子股份公司，2003年） ，开创了自己的控制器的标准功能，对于一般的程序员它太复杂。基本上有2个解决方案：要么以避免这方面的建设，或使用适用的控制器。表1。方法的结果表在当今的自动化系统，通信变得越来越重要，。在某些情况下，非标准化设备，条形码阅读器或电子权都被纳入到系统。那么它有协议编程（自由港编程）的功能是至关重要的。当然标准化的协议也必须存在特定模块。 工作条件，通常可以通过使用特殊柜来克服，但也有一系列特定的可编程控制器，提高了抗电磁干扰，湿度和振动。在非常脏的环境中所有的冷却风扇都必须配备过滤器。5、结论可编程控制器的主要优点是：l 灵活；l 实现方便的沟通和复杂的控制算法；l 替代方案时应考虑可靠性；l 系统尽量简单；l 可记录特殊设备 。适当的解决方案和硬件的选择对最终结果有很大的影响。如果这一步失误，一些项目的总体预算方案可能要发生变化，一些硬件要更换。根据他的实际经验，笔者已经形成了一个选择可编程控制器的方法。它有9个标准的：-输出允许（数字，模拟，输入，输出）的解决方案（新的或现有）的电气输入：l 最大数量；l 自然；l 需要特殊的模块（高速数字输出）；l 传感器与致动器布局（本地或周边）；l 处理器（程序和数据存储器）；l 特色方案（特殊功能）；l 通讯需求（现场总线，ascii）的性能；l 工作条件（湿度，温度，振动，粉尘）。没有什么方法能保证解决方案面面俱到，但是采取合适的方法能避免了不必要的失误。6、参考文献1 hughes, t. a. programmable controllers, third edition. isa the instrumentation, systems, and automation society, 2000, 334 p. 2 jack, h. automating manufacturing systems with plc-s, 828 p., available: 3 /jackh/books/plcs/pdf/plcbook4_2.pdf,accessed:3.10.2003 4 logo! manual. siemens ag, 2003, 312 p. 5 opc foundation homepage: /, accessed: 9.11.2003 6 rosin, a. programmable controllers simatic s7. tallinn, ttu, 2000, 120 p. master thesis in estonian. 7 berger, h. automating with simatic. siemens