目前,PLC的主流厂商有A-B、Siemens和Modicon等。工控机的主流厂商有上海康泰克、北京康拓和研华、艾讯等。
PLC和工控机在其技术发展的历程中,为了适合工业现场应用的需要和用户二次开发的需要,都积极地发展高可靠性、网络化用户开发软件方面的技术性能。以下将***介绍PLC和工控机在硬件、软件和网络方面技术应用现状和发展趋势。
二、PLC和工控机的硬件技术现状和发展
PLC和工控机终用户为冶金、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保等行业,其主要的用途为:
1、顺序控制
顺序控制是应用领域,它包括单机控制、多机群控制、自动生产线控制,如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配机械、包装生产、电镀流水线和电梯控制等。
2、运动控制
应用在电力拖动系统或伺服电机的单轴或多轴位置控制。
3、过程控制
采用模拟量模块能控制物理参数,例如温度、压力、速度和流量等,并提供PID等闭环控制的功能。
4、数据处理
可以支持数控机床的控制和管理、多轴控制等。
由于自动化系统的要求日益提高,传统的提供I/O点服务的PLC和工控机已经无法满足复杂的工艺要求。因此,PLC和工控机在硬件系统上有了根本的变化。
PLC系统在模块上的技术发展有:
1、处理器模块
配备大容量内存,为满足实时控制的要求而优化设计,除了一般的I/O扫描和控制、远程数据交换外,支持大型的集成控制、通讯、并行运算、处理器立后台程序和处理器输入中断等功能。如A-B公司的ControlLogix处理器模块在它的内核中设计有通信功能,借助于它的无源数据总线,系统的瓶颈得以消除。这种灵活的结构允许多个处理器、网络以及I/O在一个机架中搭配使用而没有限制。
2、信息协处理器模块
读取主处理器的数据表和状态文件,或通过语言程序将数据写入主处理器,程序可以在实时多任务环境下以及立于PLC处理器的方法,单在协处理器中运行。
3、语言协处理器
通过C和Basic的接口来进行复杂的计算和算法实现。
4、网络适配模块
在现场总线与处理器之间提供通讯接口,以便PLC处理器和I/O模块进行远程的数据交换。
5、具有特殊功能的I/O模块
如A-B公司在其产品中提供了智能变送器模块、温度控制模块、称重模块、开环速度控制模块、塑料制造模块、力矩控制模块、编码模块、可组态流量计模块、电流同步模块等。这些模块的设计考虑了特殊行业的需要,使得复杂的控制功能以模块化的方式得以解决,提高了可靠性水平。
同样,工控机也从I/O板卡的基础上飞速向前发展,大规模集成电路和计算机本身的革命性发展给工控机提供了舞台。工控机系列产品除了全系列的I/O板卡外,还发展了一体化工作站、带电子盘的工控机、远程RTU、适用于仪表行业的微型工控机、适用于视频和多媒体行业的工控机、适用于通讯行业的带监控液晶屏的工控机、与PLC合一的特殊工控机以及防爆型工控机。
工业现场的应用环境要求PLC和工控机具有很高的可靠性,而可靠性是靠电磁兼容特性(EMC)和容错技术来的。PLC和工控机要经过严格的电磁兼容检测,如辐射敏感度检测、谐波/电压波动/电压骤降检测、静电/脉冲/雷击检测、电磁干扰检测等。EMC了设备在本质上的抗干扰特性。但是,要控制设备不出故障是不可能的。因此,采用容错设计的系统对要求不能停机、不能失控的高可靠系统是十分重要的。目前重要的容错设计技术有Watchdog和双机热备(包括主机、模块和通讯介质的热备)。热备系统的工作对用户来说是透明的:即当故障发生时,所有对故障点的切除和数据的备份都是在短的控制周期内自动完成的。此项技术的完成包括了设备硬件和软件二个方面。图2给出了PLC双机冗余系统的结构。
由于全模块化结构采用 SFPplus/SFP 和多种介质模块,因此可以在网络扩展和转换(例如,从铜缆转换为光缆)中取得无限的灵活性(例如,采用更多的终端、更高的数据传输速率以及 PoE 端口),并可降低贮存成本
通过在 KEY-PLUG 上提供的*,无需更换现有硬件,即可改装 3 层交换功能(IP 路由)
可在运行期间更换介质模块
网络具有可用性:
冗余电源
基于光纤或双绞线的冗余网络结构(冗余管理器、热备功能和集成 STP/RSTP/MSTP)
通过插入式 C-PLUG/KEY-PLUG 交换介质方便地进行设备更换
发生故障时常地重新组态网络
电源单元具有丰富的安装选件,可以提供具有前置和后置端口的各种型号的设备,因此,使用非常灵活。
SCALANCE XR-500 交换机理想适用于各种工业网络,以及,工业网络与现有公司网络之间的集成。该交换机具备丰富的诊断功能和高传输速率,可以用来实现自控制级直至管理级的不同工厂区域和分布式设备之间的连网,是高工厂可用性的。由于基本设备具有可扩展性并且有 3 层交换功能,可面向相关应用建立网络并随时进行调整和扩展。
SCALANCEXR-500 交换机适用于电气和光纤型工业以太网的总线形、星形或环形拓扑的建立。某些型号产品还设计有内置式 SFP+ 插槽,可以配装 SFP+ 插入式收发器(10 Gbit/s)或 SFP 插入式收发器(1000 Mbit/s);多 12 个介质模块插槽,可以配装 4 端口电气型和/或光纤型介质模块。该系列交换机的传输速率高达 10 Gbit/s,可以用作工业工业以太网的骨干交换机,也可作为工厂总线中的集线器(支持冗余连接)。
采用介质模块或 SFP+/SFP,可以:
通过以后在空闲介质模块插槽中插入额外的介质模块扩展网络
改变电缆连接技术,例如,从铜缆改成光纤电缆,或从多模改成单模 FOC
改变数据传输率,例如,从 1000 Mbit/s 改成 10 Gbit/s
SCALANCE XR-500 工业以太网交换机带有坚固的金属外壳(防护等级为 IP20),针对在 19 英寸控制柜中安装进行了优化。用于为 SCALANCE XR-500 供电的电源装置 (85 - 264 VAC) 还针对 19 英寸机柜进行了优化,可直接安装在 SCALANCE XR522/XR528 的后面,或使用连接电缆进行连接(将电源装置安装在 19 英寸机架中)。SCALANCE XR-500 的数据端口可位于设备的前面或后面(具体取决于设备型号)。
交换机具有:
XB005交换机6GK5005-0BA00-1AB2
CSM1277交换机6GK7277-1AA10-0AA0
X208PRO交换机6GK5208-0HA10-2AA6
XF204-2交换机6GK5204-2BC00-2AF2
X208交换机6GK5208-0BA10-2AA3
W747-1以太网模块6GK5747-1AA30-6AA0
X005交换机6GK5005-0BA00-1AA3
X201-3P交换机6GK5201-3BH00-2BA3
XF208交换机6GK5208-0BA00-2AF2
X201-3P交换机6GK5201-3JR00-2BA6
XB004-1交换机6GK5004-1BD00-1AB2
XB008交换机6GK5008-0BA10-1AB2
W788-1交换机6GK5788-1FC00-0AA0
RJ45交换机6GK5734-1FX00-0AA0
电气交换机6GK5208-0BA00-2AC2
X204-2交换机6GK5204-2BB10-2AA3
XF204交换机6GK5204-0BA00-2AF2
XM400交换机6GK5408-0GA00-8AP2
XC206-CSFP交换机6GK5206-2BS00-2AC2
XC224交换机6GK5224-0BA00-2AC2
M12交换机6GK5748-1GD00-0AA0
XC106-2交换机6GK5106-2BB00-2AC2
XB005G交换机6GK5005-0GA00-1AB2
X204交换机6GK5204-0BA00-2BA3
X204-2TS交换机6GK5204-2BB10-2CA2
通信模块CM1542-1交换机6GK7542-1AX00-0XE0