基于PC-Based PLC的控制系統的解決策略與實(shí)例
PC-Based PLC也稱(chēng)嵌入式控制器,它不再像IPC那樣以機箱加主板為主體結構,再搭配諸如A/D、D/A、DI/DO等功能I/O板卡的組合產(chǎn)品,而是一個(gè)獨立的基于嵌入式PC技術(shù)的專(zhuān)用系統,適合應用于小型的SCADA系統。如泓格的I-8000系列, 其主機內部是40MHz主頻的80188 CPU,操作系統為兼容DOS的MiniOS7,其編程環(huán)境是基于PC的標準C語(yǔ)言程序,程序開(kāi)發(fā)過(guò)程與PLC極其相似:首先在PC上編寫(xiě)常駐任務(wù)程序,并將其編譯好后傳送到主機內的Flash上、再讓其脫機運行。另外為了使其具備PLC的優(yōu)勢特性,PC-Based PLC也可使用梯形圖編程,如泓格的ISaGRAF(配合I-8417/8817主機),相對于PLC而言,PC-Based PLC的優(yōu)勢在于擁有IPC強大的Computing、Data Processing和Communication功能,在軟件方面,PC-Based PLC支持IEC-61131-3(LD、SFC、FBD、IL、ST)的五種國際標準語(yǔ)言和軟邏輯。由于以上特點(diǎn),PC-Based PLC將會(huì )更加開(kāi)放和標準化,能適應更加復雜的控制和管控一體化信息的需求。
總的來(lái)說(shuō),IPC是開(kāi)放式架構、開(kāi)放式系統,PLC則是封閉式架構、封閉式系統,而PC-Based PLC介于二者之間,是開(kāi)放式架構、封閉式系統。嚴格地說(shuō),IPC一般承擔著(zhù)管理控制任務(wù)和協(xié)同下級小型控制器或智能現場(chǎng)設備的控制任務(wù),而PLC一般用作現地控制器。由于PC技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)的交替發(fā)展,使得研發(fā)PC-Based PLC的投資相對減少,會(huì )有更多的廠(chǎng)家來(lái)共同推進(jìn)PC-Based PLC的發(fā)展。因此,PC-Based PLC會(huì )有非常好的發(fā)展前景,但這并不意味著(zhù)在短時(shí)間內PC-Based PLC會(huì )取代PLC,PLC和PC-Based PLC將會(huì )在競爭的發(fā)展中逐漸走向融合[1 、2]。
2 基于PC-Based PLC架構系統的應用技巧
2.1 AI模塊
AI(Analog Inputs)的多寡對系統的運行的實(shí)時(shí)性和穩定性有較大的影響,尤其是當AI模塊較多時(shí)其影響更大。主要原因為:I-8000模塊的CPU僅僅是一款主頻只有40MHz的80188的控制器,其數據處理能力、存儲空間有限,導致其運算、邏輯處理以及事件響應的快速性就沒(méi)有IPC那么強大,由于CPU要完成一次A/D的整個(gè)過(guò)程必須要進(jìn)行采樣、保持、同步、轉換、存儲、處理以及運算等一系列的過(guò)程方可完成,比較費時(shí),因此,當要完成的AI通道數較多時(shí),必然會(huì )影響采樣的實(shí)時(shí)性和系統的穩定性。通常而言,在一個(gè)I-8000模塊中,一般不要超過(guò)兩塊如I-8017H系列的AI模塊為佳。
2.2 繼電器輸出模塊
繼電器輸出模塊對整個(gè)系統的影響最大,處理不好,將會(huì )導致整個(gè)系統崩潰和經(jīng)常出現當機、主機板燒壞等現象,由于I-8000模塊的供電一般為10~30VDC,總的輸入功率為20W,不像IPC的輸入功率為250W那么大,假如繼電器輸出模塊尤其是大功率繼電器模塊插放的太多,由于系統供電能量不足,將會(huì )導致其輸出不正常,控制系統經(jīng)常誤動(dòng)作,導致系統崩潰、當機,甚至會(huì )導致主控板燒壞,使系統的穩定性、安全性以及可靠性存在許多隱患因素。一般而言,像I-8060、I-8058、I-8063、I-8064、I-8065、I-8066、I-8068、I-8069等不要超過(guò)兩塊,尤其是I-8060、I-8063、I-8064、I-8065、I-8069這些功率模塊最好為一塊。假如系統要控制的功率繼電器較多,可以采用普通光隔開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊如I-8042利用多級放大的原理連接。
2.3 通信處理
在由PC-Based PLC架構的控制系統最為重要的一個(gè)環(huán)節便是與上位機進(jìn)行的實(shí)時(shí)數據通信過(guò)程,而這一環(huán)節往往是制約系統實(shí)時(shí)性和穩定性的因素,它容易出現數據瓶頸。因為上位機通常為Windows操作系統,應用程序一般有人機交互界面和實(shí)時(shí)顯示界面,而往往將人機交互界面和實(shí)時(shí)顯示界面設計為前臺窗口,數據通信、分析以及存儲設計為后臺運行,但Windows 并不是作為實(shí)時(shí)操作系統設計的,是搶先式、多任務(wù)、基于消息傳遞機制的操作系統,但僅憑消息調度機制,顯然不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)系統的要求,難以保證準確實(shí)時(shí)地完成前后臺控制任務(wù)。因此在Windows環(huán)境中,采用多線(xiàn)程技術(shù),可以有效地利用Windows等待時(shí)間,加快程序的反應速度,提高執行效率。用一個(gè)線(xiàn)程管理計算機數據通信,另一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)行數據處理、分析與存儲,這樣在滿(mǎn)足數據連續采集的同時(shí),增強了系統事件響應和通信控制的實(shí)時(shí)性。
PC-Based PLC與上位機一般采用RS-485、CAN、ModBus或者Ethernet,假如采用RS-485、CAN、ModBus時(shí),則要合理分配通信口,一般RS-485、CAN、ModBus的通信適配器卡有兩個(gè)口,因此假如控制系統有兩個(gè)I-8000模塊,上位機可以采用一個(gè)通信口與兩個(gè)下級控制器通信,但是假如有四、六個(gè)……,最好將其分成兩組,上位機則采用兩個(gè)通信口分別與其通信,上位機采用兩個(gè)線(xiàn)程編寫(xiě)通信程序,配置圖見(jiàn)圖1所示。

2.4 電源配置
假如一個(gè)控制系統有多塊I-8000模塊,考慮到系統的經(jīng)濟性以及安全性,最好每?jì)蓧KI-8000公用一個(gè)開(kāi)關(guān)或者線(xiàn)性電源,考慮到電源本身的功耗,此時(shí)電源的功率必須大于60W,并且每個(gè)電源模塊分別接入~220VAC或者~380VAC的電源,千萬(wàn)不要串接。選擇開(kāi)關(guān)電源時(shí)要注意選用系統功率因數大于0.99且紋波電壓Vrms≤1.0%、紋波系數≤0.2%的功率密度大、電磁兼容性好、低紋波開(kāi)關(guān)電源。同時(shí)將控制器I/O通道和其它設備的供電采用各自的隔離變壓器分離開(kāi)來(lái),有助于提高控制系統的抗干擾能力。
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