智能以太网I/O系统使PLC更有效

作者:Dominik Reissner 文章来源:ADDI-DATA公司 发布时间:2013-05-27
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现场总线的出现使得以太网更新换代有条不紊的进行着.与此同时,可编程控制器(PLC)的应用领域被扩展到以前的关键应用程序.


如果PLC接收来自外部设备的数据,FC6可以用来指示该设备的参数(如:绝对地址、接收到数据的大小和内存位置等)。因此,TCP/IP协议连接和串行连接方式之间没有区别或只有很小区别

现场总线的出现使得以太网更新换代有条不紊的进行着。与此同时,可编程控制器(PLC)的应用领域被扩展到以前的“关键”应用程序。尽管PLC以其快速的测量采集、信号分析和数值计算成为低速情况下管理I/O系统的理想选择,但是PLC到目前为止在很多情况下还是有其局限性。本文以集成于曲轴试验台上的测量系统为例,展示以太网I/O系统的智能性。可以在PLC平台上,利用以太网和一个标准协议,如TCP/IP协议进行复杂快速的测量和信号处理(比如确定平均值),既简单可靠又具有成本效益。

高度的灵活性和良好的价值组件使得PLC观念获得了成功。除了控制调节之外,PLC可以越来越多地实现其他功能,如警报、可视化和数据记录等。

需克服的障碍

系列工作使得可编程逻辑控制器比硬接线可编程逻辑控制器的速度要慢。那么,是否应用程序的快速测量时代真的要结束?当然不会!艰巨任务如来自电感/数字传感器、轴编码器或模拟输入的几个频道同时读取或几个信号类型同时采集,可以用高性能的电子测量设备来实现。这方面的例子是通过采集缓冲器中的几个测量值,以便保留数据以备后用或高速采集和评定独立于PLC循环的数值。

挑战:旋转部分的长度测量

生产曲轴时,现代驱动的高旋转需要最高的精准度。质量控制是一个必然。其中一个测试任务是旋转机轴上定义间隔内测量值采集的长度测量。这里的测量仪器可以直接整合到生产过程中或放置于单独的试验室。

在图中所示的例子中,控制器控制着机轴测试台,阀门和挡光板的正常输入/输出除外,其他输入/输出如增量转轴编码器需用于测试机轴,转轴编码器提供角度的适当信息用于记录转动测试项目的位置。角度数据随后被分配到相关的测量值。表面与位置的同时采集使得存在表面错误的工件被精准地修正。与其他任务相比,这种计算密集型任务如果只依靠在周期时间内用PLC来完成,成本高且依赖条件多。

电子测量仪器需要做什么

电子测量仪器需要完成以下工作:同时记录表面质量和位置以在已知的错误点实现精确校正;计算最小值和最大值或均值以将预定义公差内外的任何不规则项进行分类,或减轻PLC负荷;在测试项目附近的生产大厅直接部署;在高温和防水环境中可靠运行;轻松地连接至PLC;在标准以太网内进行通信,为推动生产质量,将数值转发至IT层面;无需编程即可执行参数设定,例如可通过一个集成的Web界面实现;无需特别的程序或SPC即可执行诊断和监测任务;板载临时存储使得任何数值都不会丢失。

久经考验且代表高技术发展水平的协议

以太网TCP/IP协议是一个在办公室/IT层面和生产层面上分布广泛的协议,即使它开发于20世纪70年代,现在也绝不是一个过时的解决方案。TCP/IP协议,传输控制协议/因特网互联协议,是一个网络协议的统称,由于它对互联网的重大意义,也被称为互联网协议。1982年由美国国防部引入TCP/IP协议为军用计算机网络的标准协议,此决定证明该协议不是“玩具”。目前,该标准还允许在网络中无障碍地集成电子测量设备和其他类型设备。

不需要特殊线路或通信总线连接PLC和模块,其他模块可以很容易地附加到网络中。一个小的软件增强功能即足够使PLC访问其他模块,PLC只需要一个用来管理TCP/IP协议的以太网控制器。有硬件解决方案(通信处理器-CP)或软件解决方案可供选择,但是在测量值非常多的情况下需使用硬件解决方案。一个单独的硬件控制器可以实现更快的通信速度,减少PLC CPU上的负载,使之少于通过依靠PLC CPU上以太网管理软件的方式的负荷。

实质上就是通信

在同步通信过程中,PLC触发模块中的单独测量,也就是说信息采集在需要那一刻就要开始。触发启动以这种方式,例如两个16通道以上的测量,然后测量自动停止。测量与PLC的周期同步,测量开始明确。只有当系统的采集已经执行完后,测量值才能被“立即”使用。这就要求通过PLC触发I/O系统中的测量程序,然后把数值转移到PLC。异步采集与PLC周期无关,即连续测量值。在这种模式下,PLC在需要测量值时就收集它们。这意味着PLC几乎没有工作。然而,有一个风险,如果PLC在其他地方使用,而不能收集数据的时候,可能造成测量数值的丢失。

以太网I/O系统支持的PLC

为了减轻PLC上的负载,并获得轴角编码器的数据,该应用将ADDI-DATA的两个智能以太网系统结合起来。以太网多功能计数系统MSX-E1701用来读取数据,评估增量式轴角编码器。用作长度测量的以太网系统MSX-E3701,使用电感位移传感器记录曲轴表面。MSX-E1701计数系统参数设置成每两度即自动发送触发信号至MSX-E3701,即每有20增量,增值即为3600的增量式轴角编码器。

在MSX-E3701系统中,通道数或一系列测量的数值等都会被记录下来,并且设置使用触发信号。通电状态下,两个系统可以自动加载保存的设置。只要MSX- E3701系统接收到从MSX-E1701计数系统发出的触发信号,测量就会自动启动。因此,数据的采集是通过触发输入器直接触发的。通过接收功能,PLC可以访问这些数值并保存在一个数据库中,之后这些数值可以根据需要做进一步处理。由于自己的智能化,该系统可以独立进行一些运算,如最小值、最大值和平均值等。

MSX-E系统的显著效益

MSX-E系统可作为多功能计数系统,用于长度测量。可以在微秒领域实现级联和同步,从而实现测量值和位置的同步采集。可以在很多恶劣的环境条件中使用,此I/O系统可在从扩展级-40~+85℃的温度范围内使用。对应的防护等级为IP65,从而可以防止溅水和灰尘的侵害。具备了这些特性,此I/O系统即使没有开关柜的保护,也可以正常运行,这样可以节省金钱和计量室或生产车间的空间。

另外,该系统也配备了大量的保护电路,这包括一个高达1000V的光电隔离、一个短路和反向极性保护装置。通过Web服务器来实现参数设定和检测可以节省的时间,尤其在设置测量设备和创建灵活性的时候。因此,ADDI-DATA系统以此方式直接从技术员的电脑上获得数据,这些信息可以用来检查测量值是否正确,并转发到PLC上。TCP/IP协议可以简单地连接到PLC,实现技术层面或加密远程维护测量数据的无障碍转发。

总结

PLC程序员可以很容易的处理智能以太网I/O系统,因为它们是基于程序员都精通的技术。智能MSX-Exxxx系列以太网I/O系统与PLC兼容,结构紧凑,是用于测量、控制和调节任务的本地化解决方案。用户可以基于标准的以太网运用多渠道、同步和动态的测量设备,而不需要任何昂贵的特殊概念。由于它可将几个不同的系统结合到同一个机器上,并能进行逐一配置,测量和控制超载可编程逻辑控制器通常可以轻松实现的任务。因此,多亏了ADDI-DATA的I/O系统,现代PLC与过程控制程序之间的区别变得越来越少了。

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