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佛山騰鳴自動化控制設備有限公司,。

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在過去的幾十年里,，可編程邏輯控制器（PLC）一直被廣泛用于自動化領域,，而在可預知的未來，PLC仍將長盛不衰,。面向離散控制而設計PLC的實際上已經成為工業(yè)領域一個具有偉大意義的統(tǒng)治性工具,。

　　隨著工業(yè)用機器和工廠系統(tǒng)的復雜性的增加，PLC已經很難也不可能成為完成所有自動化任務?，F在的自動化系統(tǒng)已經超越了PLC的功能范圍,，使得工業(yè)機器領域的工程師必須在自動化系統(tǒng)中集成更多更先進的I/O、處理和控制策略,。

　　新的可編程自動化控制器（PAC）硬件系統(tǒng)就是這樣一個非凡的PLC系統(tǒng)擴展方案,，能夠很容易整合到PLC系統(tǒng)中，給工業(yè)機器增加更多的先進功能,，并提高機器的效率,。

　　1、需求：如何提高機器的效率

　　如何提高機器的效率,？讓我們來看看IntegratedIndustrialSystems（I2S）公司是如何做的,。I2S在現有的PLC系統(tǒng)上實現極大的改進。這是一個來自美國的私有原始設備制造商,，數十年以來一直致力于制造**的軋制設備和控制系統(tǒng),，用于全世界的鐵和非鐵金屬行業(yè),。在這一領域的雄厚技術底蘊使之成為行業(yè)的**。

　　I2S也曾經長期使用PLC來自動化和控制生產的軋制設備,。最近幾年他們一直在試圖更新軋制設備控制系統(tǒng),，以提高效率和質量。為了提高煉鋼設備的效率和質量,，他們主要對其伽馬測量系統(tǒng)進行了改進,，以便能更準確地控制金屬厚度。

　　數年以來,，伽馬測量系統(tǒng)一直是I2S產品家族中的標志性產品,，現在依然廣受歡迎，系統(tǒng)的很多硬件和軟件特征都已經過時了,。為了更新該系統(tǒng)并改進其機器,，I2S公司需要一個具有更**的模擬輸入分辨率的方案，以連接伽馬測量傳感器和**信號處理,，從而從傳感器中獲取模擬信號,，實現高度**的厚度測量,，再由PLC使用在軋制機器的控制系統(tǒng)中,。

　　2、伽馬測量儀技術

　　伽馬測量儀使用“镅”作為恒發(fā)射源,，這一發(fā)射源位于“C”框架組裝的較低部,。結構的頂部是一個接收器和前置放大器。當通過發(fā)射源和接收器之間的間隔時,，金屬帶會吸收一部分輻射,，吸收量視其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器進行測量,，并轉化成帶厚度測量,。實施改造第一步：現有設備試驗

　　為了節(jié)省時間和費用，公司先試著在已有的PLC系統(tǒng)中進行**模擬測量和處理,。PLC的模擬I/O和信號處理無法達到所需的**度,。I2S公司要確保運行于PLC中的控制系統(tǒng)不會因為額外I/O和處理的增加而減少。

　　他們需要這么一個系統(tǒng),，這個系統(tǒng)能夠從伽馬傳感器中獲取模擬信號并進行處理以計算**的厚度測量值,，并能將這個厚度測量插入到PLC控制系統(tǒng)中。所用的PLC不適合高性能處理和高速模擬I/O,。

　　第二步：如果現有設備無法奏效,，就試試其它方法

　　在認識到PLC無法提供連接伽馬測量傳感器所需的I/O和處理后，轉向了PAC技術,。它選擇了國家儀器的CompactRIOPAC,，以提供改進軋制機器質量所必須的附加功能,。CompactRI/O是一個可重置嵌入式系統(tǒng)，既結合了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點和可靠性,，又能提供更多**I/O和處理,。國家儀器的所有PAC都可以通過其LabVIEW圖形編程工具來編程，可以很容易進行編程和配置,。

　　第三步：添加**I/O

　　CompactRIO有一個嵌入式現場可編程門陣列（FPGA）芯片和實時處理器，可通過內置的LabVIEW功能塊來編程,。它還擁有超過30個模擬和數字I/O模塊,，具有內置信號調節(jié)（反鋸齒、隔離,、ADC,、DAC等）、高速計時（模擬I/O速度達到800kHz,，數字I/O速度達到30MHz）和高分辨率（24bADC）,，可與任何工業(yè)傳感器或者觸發(fā)器連接。

圖1CompactRI/O架構

　　使用CompactRIO模擬輸入模塊來連接伽馬級厚度傳感器,，以提供**測量所需的高速計時和分辨率,。由于每個I/O模塊都是直接和FPGA相連的，工程師們于是能使用LabVIEWFPGA來輕松自定義CompactRIO的模擬I/O速率,。第四步：添加**處理

　　從伽馬傳感器獲得模擬數據之后,，CompactRIO使用內置的NILabVIEW實時浮點功能塊來在實時處理器中對數據進行處理，并將之轉化成**的厚度測量,。

　　LabVIEW的實時功能塊對數據進行確定的**對數處理（如下面的等式1和等式2所示）,，以進行計算厚度測量值。由于LabVIEWReal-Time具有內置計算和分析功能,，PAC能夠很容易進行這一操作,。

　　等式1：logI=（logI0）y/μ=（y/μ）logI0

　　等式2：y/μ=logI0/logI=log（I0-I）

　　CompactRIO系統(tǒng)在FPGA和實時處理器中進行所有的I/O和信號處理，并將高**度厚度測量傳輸到相連的PLC上,，又不會降低現有PLC控制系統(tǒng)的速率,。借助于CompactRIO的性能，I2S的工程師可以為伽馬級傳感器添加這一自定義測量和分析功能,，而不需要犧牲軋制機器的控制速度,。

　　第五步：整合PAC

　　每個軋制機器都帶有三個形成網絡的CompactRIO系統(tǒng)。這三個系統(tǒng)都是智能節(jié)點,，能利用一個工業(yè)標準Modbus/TCP,、TCP/IP或UDP協議進行通信。其中有兩個系統(tǒng)與伽馬級傳感器連接，并進行模擬輸入測量和**處理,，來計算**厚度測量值,。

圖2典型系統(tǒng)拓撲

　　第三個CompactRIO系統(tǒng)則從兩個系統(tǒng)中取得厚度值，并轉換成模擬輸出測量值,，輸入到正在控制軋制機器的PLC上,。所有三個系統(tǒng)都通過以太網連接實現了互連，并使用一個UDP以太網信息協議來傳輸厚度測量值計算,。將PAC連接到現有PLC架構上有三個基本方法,。