第六单元现代工业自动化技术之工业控制网络

贝加莱自动化系统自动化专业选修课2021年1月18日1贝加莱工业自动化公司〔B&R〕总部位于奥地利，是欧洲专业生产提供自动化及工业控制设备的跨国集团公司，专业提供面向生产自动化及过程自动化的控制产品及方案。可编程计算机控制器〔PCC〕作为贝加莱公司早在1994年就推出的新一代硬件平台，是对传统PLC功能的极大的提升，其组网的灵活性、系统平台的开放性以及智能性可使复杂的控制工程得以完美的实现。自1996年进入中国市场以来，已在塑料、包装、印刷、纺织、酿酒等多个行业的生产自动化及电力、冶金、石化、市政工程等过程自动化领域中得到广泛地应用。贝加莱工业自动化公司简介2021年1月18日2第六单元贝加莱自动化系统§6-2贝加莱自动化系统的应用§6-3B&R控制软件简介§6-4贝加莱自动化系统的使用单元小结§6-1贝加莱自动化系统概述概述2021年1月18日3B&R工业自动化系统简介贝加莱〔B&R〕自动化控制产品，在性能、功能和操作平安性方面为业界建立了新的标准。整个控制系统的产品应用范围很全面，从简单的逻辑控制器到复杂的远程自动化系统均可。2021年1月18日4可编程计算机控制器PCC2021年1月18日5B&RPCC2003系列简介无论在哪种应用中，完全的模块化和兼容性是贝加莱控制理念的根本表达，这也是脱离所用平台来控制工程的唯一方法，同时它也完全兼容于机器。

贝加莱

2003

系统是一种小型的、可用于远程输入／输出系统，具有强大的PLC功能的自动化系统。响应时间小于10微秒，系统通过现场总线扩展。一个模块1－32个通道的模块化系统设计保证了更经济的系统配置并与传感器和执行机构的直接连接。2021年1月18日6B&RPCC2005系列简介2021年1月18日7B&RPCC2021系列简介贝加莱2021系统是一种大型的、模块化结构的PLC，适用于最多10000个数字量和5000个模拟量的系统配置，因为系统模块和输入／输出模块分别在两个不同的总线系统上，所以有非常强大的数据处理能力。2021年1月18日8B&RX67I／O系统简介分布式设备的概念需要大量的远程输入输出。理想情况下，这些部件希望能直接安装在需要的地方，可以是设备中的任何位置。而且这也需要I/O模块有IP67保护。贝加莱〔B&R〕X67分布式I/O系统是一个满足上述需求的优化方案。这一系统能够大幅度降低接线、开关柜、调试以及效劳本钱。X67I/O系统的分布式结构提供了最大程度的灵活性。每条线路中最多可操作253个模块，并且每个模块间距离最大可达100米。B&RX67同时处理1000个数字量I/O以及50个模拟量I/O的刷新时间低于1毫秒。X67结构的一个重要特性是引入了成熟的EMC概念。配上完全360度屏蔽插头，X67模块具备了电缆屏蔽性能。在X67的外壳内，包括底板在内的所有元件都与同一个地极保持连接。整个接线的最后一环是底板螺丝与设备的连接。包括这一连接在内，从电缆到设备都有完全的接地保护。总线连接和模拟量连接均使用M12螺丝。2021年1月18日9B&R伺服控制器系列简介〔1〕

在推出包括伺服驱动和电机产品的ACOPOS

产品系列以后，贝加莱公司已经能够提供全套统一的自动化方案。针对行业的专用功能以及直观的工具将能够缩短开发时间并且留下更多的创新空间。在贝加莱伺服系统的电机中内置的参数芯片确保了最大平安性的因素之一。它包含了与电机功能相关的所有机械和电气数据。由于再也无需手工设置参数，因此启动时间得到很大缩短。同时平安操作也意味着在维护过程中能够调用相关数据并能够判断故障的原因。在工业环境中要保证正确操作就必须充分重视电磁兼容〔EMC〕。除了标准中规定的测试以外，还必须在恶劣条件下进行现场测试。ACOPOS的结果再次验证了测试实验室和实际操作中优异的测量指标。设备中还内置了CE指南规定的滤波器，它能够明显的简化安装过程。2021年1月18日10B&R伺服控制器系列简介〔2〕ACOPOS产品系列通过监测高温部件〔IGBT模块，制动电阻，电机线圈，以及电容〕，同样提高了操作平安性。电脑生成的模型能够计算出那些无法直接测量部件的温度。例如结点温度，这是一个关系半导体最大负载的关键参数。利用上述模型可以针对每个IGBT得到一个相当精确的值。这样热点就被剔除，而设备在低转速和堵转时也能得到全面的动态性能。制动电阻和电机线圈也以同样的方式监测。这种监测方式能够充分利用设备的绝对极限，因而用较低的本钱提供给用户更高的性能。2021年1月18日11B&R伺服控制器系列简介〔3〕伺服轴工作所需的I/O内置于ACOPOS驱动中。为用户提供的两个触发输入可用于精确测量任务或标签任务控制；利用模块式插入模块可以创立传感器和制动器配置；模块化概念使得用户可以选择最优配置来满足工程的需要。2021年1月18日12B&R伺服控制器系列简介〔4〕系统运行所有必需的数据都存放在控制器应用存储器中。这样维护工作就只是简单的设备更换，程序是无需更换的。系统重新启动以后控制器自动〔或根据用户要求〕安装系统所需操作系统。这一过程完成后，参数重新传递至伺服驱动。再也不会出现因软件版本不同引起的故障了。2021年1月18日13ACOPOS系统典型配置2021年1月18日14第六单元贝加莱自动化系统应用§6-2贝加莱自动化系统的应用§6-3B&R控制软件简介§6-4贝加莱自动化系统的使用单元小结§6-1贝加莱自动化系统概述2021年1月18日15B&R工业自动化系统的应用2021年1月18日16B&R工业自动化系统的优势1贯穿全集成自动化概念：所谓的全集成自动化是指贝加莱的产品覆盖集成了工业自动化产品的三要素：控制系统，人机界面和驱动系统。值得一提的是，这三个要素或目标共享一个软件平台，即贝加莱的AutomationStudioTM。它们的操作系统是统一的，即实时多任务的操作系统AutomationRuntimeTM。同时，贝加莱的AutomationNetTM是贯穿所有通信协议和介质〔Ethernet，Profibus，CAN，串口等〕的自动化网络，它能够在不同网络间提供自动路由。总结起来说，贝加莱的产品可以这样简洁的表述：一个工具〔软件平台〕，一个网络〔AutomationNet〕，多个目标。由此贝加莱真正能够做到：Onesupplierfortotalsolution。2021年1月18日17B&R工业自动化系统的优势2开放性和软硬件模块化：贝加莱产品的一个明显的特征就是开放性。这个开放性首先是以标准化为保障的，在这个根底上贝加莱的系统可以很容易地实现与第三家产品的连接。例如在网络接口的开放性上，提出了“不要求别人适应于我们，而力求我们适应于别人〞的理念。2021年1月18日18B&R工业自动化系统的优势3高性能产品的通用性与专业化的有机结合：通用性与专业化看起来似乎是互相矛盾的概念。但由于贝加莱产品的软硬件模块化结构，使得产品走出了一条独特的道路：贝加莱的产品面向工业自动化各个行业，产品整体性能越来越强，然而对于每一个行业贝加莱都有针对性的硬件专家模块和软件功能库。比方为了使智能分布式网络站与站之间具有高度的实时性，贝加莱推出了具有实时性的网络EthernetPowerlink，网络站间的刷新周期由此可以提到400μs。2021年1月18日19B&R

工业自动化系统的应用1贝加莱织机控制系统方案：本控制系统根据当今世界最新控制理念，采用贝加莱新型智能控制器作为主控制系统，实现完美的织机控制功能。

●采用交流伺服电机控制送经装置，具有高精度、准确、迅速的反应能力。●采用贝加莱高性价比的集成一体化人机界面，通过高速X2XI/O总线连接高速I/O，可靠性高而且同时具备敏捷控制与高速响应特点。配有工业以太网、RS232和两个USB接口，可方便地与其他选用设备〔包括计算机机中监控系统〕通过可靠的通讯方式进行连接。

●更加广泛的通用性。根据纬种类的不同，引纬系统的每路主喷嘴、辅助喷嘴、挡纱销的时间均能单独设定，实现了不同种类、不同支数纬纱的多色投纬。

贝加莱织机控制系统方案的主要功能特色：

●由B&R专用模块对张力传感器信号进行采集，信号检测精度可达0.03克。通过伺服电机控制送经量，可随时保持均匀经纱张力。送经操作及经纱总张力的设定、变更均在人机界面上进行。2021年1月18日20B&R

工业自动化系统的应用2贝加莱粗纱机控制系统方案：●本控制方案依据当今最新控制理念，采用贝加莱高性能PCC〔可编程计算机控制器〕的分布式模块化控制结构以及B&RAutomationStudio，取代以往粗纱机由上位工控机完成运算功能，PLC或单板机完成控制驱动的控制模式，使分析运算和控制驱动集于一体，大大提高了控制系统的稳定性和实时性。●主控制系统选用由B&RPowerPanel〔PP41〕，完成粗纱机的各项电气控制功能和数据运算，通过人机界面进行根本的工艺参数设定，并可随时修改、调用和存储。同时系统可保存30种纺纱工艺配方，供用户调用。所有的报警都可以加以记录保存以便日后查看。●多功能液晶显示人机界面，四电动机变频调速，并具有张力检测与自动控制、自动整定纺纱工艺参数、自动落纱等功能，锭翼速度最高可达

1800rpm。另外，通过软件优化性设计，实现了整机总功率最小化，整机功率为22KW。●由于PCC具有强大的网络通讯功能，能够方便地实现织机的远程计算机集中监控功能，增强管理的科学性，提高管理效率。

贝加莱粗纱机控制系统方案的主要功能特色：2021年1月18日21B&R

工业自动化系统的应用3贝加莱吹瓶机控制系统方案：

贝加莱吹瓶机控制系统方案的主要功能特色：●控制局部采用贝加莱高性能系列PCC，其模块化功能可以满足客户的各种配置需要；同时系统采用了CAN-BUS总线，可节省客户的电气接线本钱与时间。●人机界面采用6寸单色液晶面板或大屏幕真彩色人机界面，可适用中、高档机型；具有中英文切换功能，图形界面友好直观，操作方便。●温度控制采用贝加莱特有的智能PID调节，能自整定优化参数，温控精度到达±1℃；同时具有预加热与定时加热功能。●电子尺定位具有手动、自动调校两种方式；可以显示各个输入输出点状态并具有强制输出功能，方便客户接线与调试。●支持以太网功能与远程诊断功能，实现网络管理。2021年1月18日22B&R

工业自动化系统的应用4贝加莱印花机控制系统方案：

贝加莱印花机控制系统的主要功能特色：●贝加莱全伺服印花机控制方案采用实时工业以太网POWRERLINK

驱动伺服控制系统,充分发挥贝加莱伺服的强大处理能力,同时具有更快的实时响应特性，实现17轴伺服之间高精度同步，同步精度小于0.1毫米。●贝加莱伺服控制系统提供了许多功能强大的专业化功能，可以方便的满足各种控制需求。●伺服单元多点温度监测使得采用同样功率的贝加莱伺服系统比通常伺服系统具有更高的过载能力。●专业的品质统计管理系统，自动监控生产过程中的各种重要数据，方便用户进行质量管理。●配合强大的内嵌式网络功能，可将该单机设备方便的连接到控制网络，进行生产过程监控。2021年1月18日23B&R–东华大学实验室系统

1“贝加莱公司与东华大学工业控制网络实验室〞中贝加莱公司的大、中、小型PLC共有42套，其中：大型机2021系列共2套，中型机2005系列共有4套，小型机2003系列共有36套。这42套PLC按照工业控制网络的构架分为三层网络：36套2003分为四组，每组与1套2005用现场总线CAN相互连接〔模拟工业控制网络中的现场控制级〕；4套2005分成2组，每组与1套2021用现场总线Profibus_DP相互连接〔模拟工业控制网络中的过程监控级〕；两套2021及1台工控操作站之间用Ethernet相互连接〔模拟工业控制网络中的企业生产管理级〕，整个系统安置在两个实验室中，每个实验室的网络结构图如以下图所示。2021年1月18日24实验系统结构EthernetProfibus_DPCAN2021年1月18日25B&R–东华大学实验室系统2原那么上学生实验都在2003系列PLC上进行。每台2003PLC旁都配有1台PC机作为该PLC的编程及监控设备〔内装各种所需软件〕。每台2003PLC旁还都配置相应的实验装置：扭子开关〔用于数字量的输入〕、电位器〔用于模拟量的输入〕和LED光柱〔用于模拟量的输出显示〕。每台2003PLC上均配置了CPU模块、数字/模拟量混合输入输出模块、数字量输入输出模块。

在每台PC

机中已装有WindowsXP

操作系统，以及实验所需的贝加莱PLC

的编程软件AutomationStudioV2.29和工业监控软件WindowsControlCenterV6.0，分别用于对PLC

系统的配置编程及人机界面的监控组态设计。各台PC

机分别与各自对应的PLC

之间通过RS232

接口相连接。2021年1月18日26第六单元贝加莱自动化系统软件简介§6-2贝加莱自动化系统的应用§6-3B&R控制软件简介§6-4贝加莱自动化系统的使用单元小结§6-1贝加莱自动化系统概述2021年1月18日27根底编程软件AutomationStudioAutomationStudio是奥地利贝加莱公司推出的，基于Windows98/2000/XP/NT平台上的，支持用户开发贝加莱PLC〔可编程计算机控制器〕应用程序的软件包。AutomationStudio集系统配置、程序编制/编译、调试/诊断为一体，使用户开发、输入、调试和修改应用控制程序都极为方便。AutomationStudio提供的PLC编程语言非常丰富，有梯形图LAD，指令表IL和高级编程语言：结构文本ST，顺序功能图SFC，AutomationBasic，ANSIC等，用户可选择一种语言编程，必要时，也可混合使用几种语言来进行编程。2021年1月18日28AutomationStudio

主界面2021年1月18日29工程工程的建立2021年1月18日30用户程序的编写2021年1月18日31AutomationBasic

简介

AutomationBasic是一种以文本为根底的高级编程语言，语言的结构符合IEC1131-3的标准。AutomationBasic的命令系列不仅使自动化任务简单化，也使程序易于阅读，这样PLC的编程效率在许多情况下远远高于LAD〔梯形图〕和IL〔语句表〕的编程语言。2021年1月18日32AutomationBasic

数据类型

类型名称位宽数值范围应用BOOL10～

1开关量信号DINT32-2147483648～2147483648开关量信号INT16-32768～32767模拟量信号SINT8-128～127

UDINT320～4294967295

UINT160～65535

USINT80～255

REAL32-3.4*1038

～3.4*1038

STRING322～32767个字符

文本、字符串

TIME160～4294967295毫秒

时间

DATE_AND_TIME

8从1970年开始

日期

2021年1月18日33AutomationBasic

变量声明

在AutomationStudio的程序中，要定义出每个触点的变量名，而且要使用变量声明表来申明变量名与硬件〔输入点、输出点、存储器〕之间的关系〔如下表中定义了两个变量Display和Src〕。变量名数据类型有效范围初始值有效范围初始值DISPLAYUSINTglobal

memoryScrUSINTglobalmemory2021年1月18日34AutomationBasic根本命令数学命令：

①=，赋值②+，加法③-，减法④*，乘法⑤/，除法⑥mod，取模2021年1月18日35AutomationBasic根本命令比较命令：①=，等于②<>，不等于③>,大于④>=,大于等于⑤<,小于⑥<=,小于等于

2021年1月18日36AutomationBasic根本命令逻辑命令：

①NOT,非②AND,与③OR,或④XOR,异或

2021年1月18日37AutomationBasic根本命令IF-THEN

命令：

〔1〕简单的if语句〔if与then必须在同一行中〕if条件描述then 条件满足时执行的操作endif〔2〕ifelse语句if条件描述then 条件满足时执行的操作else 条件不满足时执行的操作endif2021年1月18日38AutomationBasic根本命令CASE

命令：

case表达式ofactionn0...n1：条件满足时执行的操作Aendactionactionn2...n3:

条件满足时执行的操作Bendactionactionconstant:

条件满足时执行的操作Cendactionelseaction:

以上条件均不满足时执行的操作Dendactionendcase2021年1月18日39AutomationBasic根本命令LOOP

命令：

〔1〕增量计数循环语句loopPV=表达式1to表达式2do 操作语句endloop〔2〕减量计数循环语句loopPV=表达式1downto表达式2do 操作语句endloop2021年1月18日40AutomationBasic根本命令Select

状态选择命令：

select state 状态1

操作语句1A when 条件1

操作语句1B next 状态2 state 状态2

操作语句2Awhen 条件2

操作语句2B next 状态3…… state 状态n

操作语句nA when 条件n

操作语句nB next 状态1 endselectGoto

命令：

goto语句标号

2021年1月18日41监控组态软件WinCC

简介WinCC是用来处理生产和过程自动化中的图形显示和控制等任务的工业监控软件包。WinCC提供了在工业上用于图形显示、信息、归档和报表的功能模块。其强大的驱动程序接口、快速图象更新和平安归档功能具有很高的可用性。WinCC为用户提供了基于开放式接口的解决方案。这些接口可将WinCC集成到复杂的、公司级的自动化解决方案中。通过标准接口ODBC和SQL能够访问所集成的归档数据。对象和文件的插入可通过OLE2.0和OLE常规控制〔OCX〕来完成。2021年1月18日42WinCC

集成环境2021年1月18日43WinCC工程工程的建立2021年1月18日44WinCC

变量管理器在WinCC中，图形的变化、数值的改变、控制参数的输入等都是通过“变量〞〔或称为标签，Tag〕来传递数据或状态的。在WinCC中的变量分为内部变量和外部变量两种。外部变量的个数是受到限制的〔在购置WinCC时，是以外部变量的个数来计算的〕。内部变量的个数那么不受限制〔只受限于计算机的内存容量〕。所有需使用的变量〔内部变量和外部变量〕使用前都必须在变量管理器中定义〔变量名、变量的数据类型等〕。内部变量的定义较为简单：在左边窗体中选中“内部变量〞按鼠标右键，选择“新建变量〞〔“变量组〞是为了让用户更方便地管理变量〕。2021年1月18日45WinCC

变量的定义2021年1月18日46WinCC

简单应用方法

1开关断开时

开关合上时

下面两幅画面分别表示了图中开关处于不同状态下的情形：当鼠标指