两种不同的软件解决方案
一方面软件是PAC和PLC主要的区别,而另一方面厂商在提供高级软件的方式上也有所不同。通常他们以目前已有的控制软件作为起点,不断增加PAC编程所需的功能、可靠性和易用性。一般说来,有两种提供PAC软件的方式:基于PLC控制的软件和基于PC控制的软件
基于PLC概念的软件方案传统的PLC软件厂商以可靠且易用的扫描式架构软件为起点,并逐渐增加新的功能。PLC软件根据通用模型而建立:输入扫描,控制代码运行,输入更新,以及常规功能执行。由于输入循环,输出循环和常规循环都是隐藏的,所以控制工程师只需关注控制代码的设计。由于厂商已完成了大部分工作,这种严格的控制架构使得建立控制系统更为容易和快速。这些系统的严格性也能让控制工程师在开发可靠的程序时无需深入了解PLC的底层操作。然而,作为PLC主要优势的这种严格的扫描式构架也导致其灵活性的欠缺。绝大多数PLC厂商通过在已有的扫描式架构中增加新的功能来建立PAC软件,这些新功能包括以太网通信,运动控制和高级算法。然而,通常他们会保留PLC熟悉的编程方式以及其在逻辑和控制方面固有的特点。因此这种PAC软件通常是为了适合特殊类型应用而设计的,如逻辑,运动和PID,但是对于定制的应用则缺乏灵活性,如通信、数据记录或定制的控制算法。
基于PC概念的软件方案传统PC软件厂商以非常灵活的通用编程语言为起点,能提供对硬件的深层次访问。该种软件也具有可靠性、确定性以及预设的控制架构。尽管工程师能为PLC编程人员建立起扫描式构架,但是它并不是基于PC的软件所固有的。这些使得PC软件极为灵活,非常适合那些需要高级的架构、编程技巧或者系统级控制的复杂应用,但却使本应简单的应用复杂化。
这些厂商首先要能提供通用操作系统如
Windows所不具备的可靠性和确定性。它们可以通过采用实时操作系统(RTOS)如来自Ardence的Phar Lap或Wind River的VxWorks来实现。这些RTOS能控制系统的各个层面,从I/O读写速率到控制器上各个线程的优先级。然后为了使工程师能更为容易地开发出可靠的控制程序,厂商增加了抽象层和I/O读写架构。因而这种灵活软件非常适合于定制控制,数据记录和通信,但舍弃PLC编程架构的代价是使程序的开发难度增加。
NI已开发出能运行LabVIEW程序的一系列PAC运载平台。LabVIEW已成为测试和测量软件的事实标准。它具有直观的类似于流程图的图形化编程方式,并通过易用的界面来提供高级编程语言所具备的所有功能。利用LabVIEW RT和LabVIEW FPGA,我们能结合LabVIEW和实时操作系统并直接下载到FPGA(现场可编程门阵列)平台来提供可靠性和确定性。
基于PAC的视觉和测量应用NI具有测量的行业背景,它通过引入高速测量和机器视觉使PAC超越了简单的I/O。在许多工业应用中需要高速采集测量结果以用于振动或功率品质分析。采集到的数据用来监测旋转机械的状态,确定维护时间表,识别电机的磨损程度以及调整控制算法。工程师们通常使用专门的数据采集系统或独立仪器来采集这些数据并利用通信总线把数据输入到控制系统。而NI的PAC正可以以每秒百万个采样点的速率直接进行高精度的测量,并把数据直接传送到控制系统来立即处理。
工程师们也可以在他们的控制系统中使用视觉功能。过去十年中视觉在自动化领域已得到了迅猛地发展。在生产环境中,有许多产品缺陷或错误使用传统的测量方法是很难识别出来的,而通过视觉方式则能检测。常见的应用包括用于生产或装配检验的零件检测,如检查电路板上器件的位置是否正确,识别光学字符(OCR)来检查日期条码或对产品进行分类,以及进行光学测量来找出产品的瑕疵或对产品按质量等级进行分类。目前许多工厂采用独立的智能摄像头,它要和生产处理控制器进行通信。NI的PAC引入带有逻辑和运动控制的视觉或是高速测量功能,从而使得工程师们无需集成其他的硬件和软件平台。
PAC免除了对于专门硬件的需要PAC代表着可编程控制器的最新技术,它未来发展的关键取决于嵌入式技术的引入。比如要能通过软件来定义硬件。电子厂商常使用现场可编程门阵列(FPGA)这样的电子器件来开发定制的芯片,它可以让新设备智能化。这些设备包含有能执行多种功能的可配置逻辑块,连接这些功能块的可编程交联点以及为芯片输入输出数据的I/O块。通过定义这些可配置逻辑块的功能,其彼此连接以及相应的I/O,电子设计人员即可以开发出定制的芯片,而不需要花钱来生产专门的ASIC。FPGA如同有一个计算机,其内部电路能被重新连接来运行特定的应用程序。
以前只有那些熟悉底层编程语言如VHDL的硬件设计人员才能利用FPGA技术。然而,现在工程师们已可以用LabVIEW FPGA来开发出定制的控制算法并把它下载到FPGA芯片上。通过该特性工程师们可以使硬件具备实时的功能,如限度和接近传感器检测和传感器状态监控。由于控制代码直接在芯片上运行,所以工程师们能快速开发采用定制的通信协议或高速循环的程序:数字控制循环速度可高达1 MHz,模拟控制循环的速度可为200kHz。
LabVIEW用于自动化控制 由于LabVIEW (ni.com/china/labview)具有强大的功能和图形化编程的易用性,基于LabVIEW的PAC 非常适合有如下要求的应用:
- 图形化 由于LabVIEW 编程天生引入图形用户界面,您可以为控制系统提供图形化人机界面。
- 测量(高速数据采集,视觉和运动)。NI在包括视觉采集的高速I/O方面有着长期经验,因此您可以在您的标准控制系统中使用振动或机器视觉等功能。
- 处理能力: 在某些应用中,您需要有专门的控制算法、高级的信号处理或数据记录。使用LabVIEW,您可以用NI或第三方的工具来建立定制的控制代码,实现如JTFA的信号处理,或本地及远程记录数据。
- 平台: 利用 LabVIEW,您能开发出用于各种平台的代码,这些平台包括PC,嵌入式控制器,FPGA芯片或手持式PDA。
- 通信 :利用LabVIEW的数据库连接,OPC和基于网络浏览器的操作界面,您能很容易地把数据传送到企业数据库中。
NI PAC系统NI提供五种基于
LabVIEW的PAC平台。
PXI是由多个厂商制定的基于CompactPCI架构的工业标准化PAC硬件平台,它能提供模块化、紧凑而坚固的工业化系统。PXI系统的嵌入式控制器内置上GHz的高性能处理器。您可以选用来自NI或第三方厂商的PXI和CompactPCI模块。PXI能提供最为广泛的I/O,包括有1000 V的隔离式模拟输入,高容量数字I/O,用于机器视觉的模拟/数字帧抓取器,联合多轴运动模块。PXI模块的前端都配置有方便电缆连接的接口。PXI平台提供全面的测量模块,以及包括CAN,DeviceNET,RS-232,RS-485,Modbus和Foundation Fieldbus的广泛连接性。
Compact FieldPoint产品系列包括有可热抽换的模拟和数字I/O模块和控制器,并带有以太网和串行总线接口。其中I/O模块能直接连接热电偶、RTD、应力计、4-20 mA传感器、5-30 V的直流信号以及0-250 V的交流信号。Compact FieldPoint
网络通信接口能自动通过以太
网络传送数据。您也可以以读写本地I/O的方式来读写经由
网络传输的几英里之外的I/O。由于软件的接口非常简单,您可以快速地建立和编写Compact FieldPoint应用程序,但又不失复杂控制,数据记录和通信的强大功能。
Compact Vision System整合了高性能Intel处理器、FPGA,数字I/O和三个1394端口。这种PAC天生就可以通过FireWire(IEEE1394)技术在控制应用中使用视觉功能,并兼容80多种工业摄像头。利用CVS上的可重复配置FPGA和数字I/O通路,您也可以进行低通道数的数字和步进电机控制。当使用LabVIEW编程时,您还能配置该系统以得到高性能的视觉以及高速的数字控制和步进电机控制。
CompactRIO是基于FPGA的可重复配置控制和采集系统,它是为需要高度定制和高速控制的应用而设计的。该架构采用实时嵌入式处理器,并结合可重复配置I/O(RIO)的FPGA内核来实现复杂的算法和定制的计算。CompactRIO平台可使用多达八个模拟或数字I/O模块。这些模块可由NI或其它厂商提供。CompactRIO平台非常适合如机器控制这样的复杂和高速应用,并且,对于那些通常需要开发专门的硬件的应用,结合了FPGA的这种系统也是非常好的选择。
标准的工业计算机也可以使用NI所提供的广泛的PCI模块。这些插入式板卡包含有为模拟和数字I/O,运动控制和机器视觉而设计的硬件。要得到确定性、实时的性能,可结合PCI硬件和运行于基于PC的实时操作系统上的LabVIEW来实现。LabVIEW RT可被加载到绝大多数标准的工业PC上,从而能提供用于工业测量和控制的低成本平台。
由于NI能提供广泛的测量和控制平台,这使得PAC可用于几乎所有的应用。您可以使用网上的评估版进行编程以了解有关LabVIEW的更多信息,或致电 (800) 820-3622或021-65557838向NI工程师了解更多有关PAC产品与技术信息。