技術頻道

      論PLC的發展趨勢

        一、前言
        長期以來,PLC始終處于工業自動化控制領域的主戰場,為各種各樣的自動化控制設備提供了非??煽康目刂茟?。其主要原因,在于它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案,適合于當前工業企業對自動化的需要。另一方面,PLC還必須依靠其他新技術來面對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊,尤其是工業PC所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術的采用、系統開放性和價格。
        PLC技術展的最終趨勢仍然是人們所爭論的焦點之一。大多數人認為,PLC將會繼續失去市場份額;更有甚者認為,在工業PC面前,PLC將會一步一步走向死亡;但也有一部分人相信,一些特殊工業應用領域仍將為PLC提供一定的市場份額。
        在全球工業計算機控制領域,圍繞開放與再開放過程控制系統、開放式過程控制軟件、開放性數據通信協議,已經發生巨大變革,幾乎到處都有PLC,但這種趨勢也許不會繼續發展下去。隨著軟PLC(SoftPLC)控制組態軟件技術的誕生與進一步完善和發展,安裝有SoftPLC組態軟件和基于工業PC控制系統的市場份額正在逐步得到增長,這些事實使傳統PLC供應商在思想上已經發生了戲劇性的變化,他們必須面對現實,在傳統PLC的技術發展與提高方面作出更加開放的高姿態。對于控制軟件來講,這是PLC控制器的核心,PLC供應商正在向工業用戶提供開放式的編程組態工具軟件,而且對于工業用戶表現得非常積極。此外,開放式通信網絡技術也得到了突破,其結果是將PLC融入更加開放的工業控制行業。
        二、開放和基于工業PC控制
        PLC制造商已經開始注視基于工業PC控制技術所帶來的強大沖擊。有專家甚至認為,新商務活動所帶來的新技術和開放技術規范將會埋葬傳統PLC。PLC制造商認為,雖然在工業現場安裝有大量的PLC控制設備,但他們仍然需要聯合工控軟件公司,以便開發他們自己的基于工業PC的過程控制軟件。
        誠然,幾年前在工業現場明顯存在著新舊PLC混合使用的情況,工業用戶不得不同時學習相關的新舊知識,甚至彼此借鑒學習。大多數PLC制造商為工業用戶僅僅提供了軟邏輯和一種操作平臺。
        在高端應用方面,很難進一步區分PLC控制系統和工業PC控制系統之間的差異,因為這兩者均采用了同樣類型的微處理器和內存芯片。形象地打個比喻,如果你忘掉工業PC和PLC這些詞語字面上的含義,那么在箱子里所能夠觀察到的恰恰是一些基本計算機硬件技術,我們更多觀察到的卻是那些基本技術的復雜化和混合體,這些技術被有效地組合到控制系統中去。
        另外,采用開放控制的原因一方面是系統功能集成的需要,另一方面也是由于一些工業用戶對功能過分苛求所致。如果能夠給予高度的重視,就能夠獲得更多的基本技術知識。PLC制造商專注于系統功能化,而工業用戶則專注于系統應用。人們可以看到,將來的發展趨勢是將更多的功能進一步集成到一個控制箱內。因而像順序控制和過程控制這樣的事件將會采用功能化方式進行處理,其他像運動控制等也能夠共享到相同的控制結構體系中。
        可以相信,PLC技術將繼續向開放式控制系統方向轉移,尤其是基于工業PC的控制系統。后者除了在靈活性方面比傳統PLC具有截然不同的優勢外,還具有其他優點,如能夠縮短系統投放到市場的周期,降低系統投資費用,提高從工廠底層到企業辦公自動化的數據信息流動效率等。
        關于工業PC控制系統的實時響應問題已經得到很好的解決,也許其主要的東西仍然隱藏在技術背后,但缺乏相應的跟蹤記錄。對于PLC來講,堅固性是其主要特點之一,這已經有相當多的跟蹤記錄來驗證。工業用戶仍然非常小心地對待PLC,他們正在對PLC作不同的技術測試工作。在利用一種新技術時,工業用戶需要考慮的問題是要冒多大的風險,同時需要考慮對其商務活動能夠帶來多少機會和收益。
        但工業用戶不完全相信開放式控制系統所帶來的好處。隨著技術的進一步發展,他們開始逐漸淡化這些思想觀念。工業用戶正在平衡采用新技術所存在的風險和給他們的商務活動所帶來的收益,以便為今后的決策提供有效的保障。
        工業PC技術提供了許多功能,能夠增強PLC的功能特性,包括內藏視頻和高速浮點數字協處理器。盡管Microsoft公司沒有進一步提升該項功能特性的計劃,但新的WindowsCE3.0完全能夠更好地滿足過程控制的需要。
        不久前,Siemens公司公布了一套新的基于開放式控制系統的軟件產品,即3.0版本的SIMATICWinAC(Windows自動化中心)。WinAC是基于WindowsNT,與SIMATICS7PLC兼容的適合于工業PC的控制系統解決方案。WinAC3.0提供了具有較高集成度的Profibus現場總線局域網的連接性能,以及遠程程序設計。此外,它還為現場控制設備本地化集成提供了一種新的DeviceNetI/O設備驅動程序,用于連接所安裝的DeviceNetI/O設備。
        Steeplechase軟件公司也已推出了一套支持硬實時過程控制的嵌入式WindowsNT操作系統接口部件。該部件進一步結合了Steeplechase公司采用SBS技術并運行于WindowsNT環境的工業CompactPCI的硬實時控制軟件?,F在,Steeplechase公司的可視化邏輯控制器已經升級到5.0版。該控制器適合于WindowsNT4.0和Windows2000兩種操作系統,它的實時引擎能夠直接與普通的Ethernet和TCP/IP集成在一起。5.0版本的控制器利用了一種增強型OPC服務器驅動程序,因而比以前的版本具有更快的運行速度。其他一些特點還包括新OI網絡特性,以及能夠讓工業用戶自己設計出豐富多彩的動態圖形畫面等。
        Transysoft公司最近推出了新版本的ISaGRAF系列工業控制組態軟件包,即ISaGRAFPRO,它是基于IEC61131-3國際標準,并獨立于任何硬件平臺的軟邏輯自動化控制軟件包。在一個網絡化過程控制系統環境中,該軟件包能夠應用于多種組態和分布式控制系統的開發,它包含了一套開發工具、應用程序工作平臺,以及相應的“虛擬機器”運行時目標。該運行時目標能夠運行于各種各樣的硬件平臺。
        CTC自動化工程公司已經發布了一套新的控制軟件包MachineLogicPCLC(工業PC邏輯控制器),該軟件可以讓工業PC扮演PLC的角色,且仍然保持著工業PC的功能特性。該軟件能夠完成一臺PLC所確定的控制任務,并且與程序執行時間一樣快,均在1ms以內;還能夠同時處理多任務工作,但不能同時超過16個控制任務。一種具有優先級和多任務處理內核的機制保持著對每一件控制任務的跟蹤,確??刂迫蝿漳軌蛉〉米罡叩膬炏葯?。該軟件能夠運行全部5種IEC61131-3標準程序設計語言和PID控制程序,支持兩種類型的I/O控制設備。一種是像Profibus和DeviceNet等這樣的現場總線I/O設備;另一種是像ISA和PC/104這樣的工業PCI/O模板。另外,該軟件還提供了對控制系統的在線編輯組態功能。程序可以在Windows95/98和WindowsNT下開發并運行,但也能夠在RTXDOS下執行。
        SoftPLC公司也提供了一種工控軟件產品Tealware,有人非常形象地把這種軟件產品稱作穿著工業PC衣服的PLC。那些安裝在支架上的控制系統已經有了小型PLC的形狀系數,但SoftPLC公司的控制軟件已經被嵌入到CPU中。Tealware軟件能夠滿足各種類型工業用戶的需要,從小型、單機系統到大型、分散多控制工作站應用。其特點包括全系列I/O模件、內藏Ethernet和工業串行通信接口。
        最近,Tealware軟件已經升級到2.3版本。其中,控制軟件提供了事實上無限的梯形圖邏輯控制步序,同時允許有超過百萬字的數據表;許多OI/SCADA應用接口;內藏Java引擎和FTP服務器用于遠程維護與管理;支持用戶自己編寫的C、C++、Java程序和設備驅動程序;適合于嵌入式Web服務器用;程序設計的在線運行模式;堅固的I/O模件支持能力和許多其他標準PLC功能;可以運行所輸入的,或者是經過轉換的A-B公司的PLC-5、PLC-2/PLC、PLC-3和SLC-500程序。
        三、Ethernet的擴展與進一步容納Web技術
        當前,在所有過程控制領域,最大的發展趨勢之一就是Ethernet技術的擴展。PLC也例外,現在,越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口部件。在最近的幾年間,我們已經看到,發展比現有普通小快靈PLC更加強大的PLC是種趨勢。Ethernet將會成為PLC的通信標準嗎?也許最終結果是這樣的,但現在還為時尚早。對于在PLC上提供Ethernet接口將能夠解決所有通信問題,人們普遍存在著誤解。Ethernet僅僅定義了OSI參考模型底部的幾層協議標準,如果上層協議相互之間不能兼容,那么仍然不可能進行相互之間的通信處理。打個比方,這如同一個不懂英語的中國人與一個不懂漢語的美國人之間是不能夠通過電話進行對話一樣。因此,協議就是設備之間相互通信的語言。
        另一方面,前進的步伐已經邁出,我們只有迎著困難而上,為了將Ethernet技術應用到工廠底層的現場過程控制設備中去,ODVA協會為此建立了一套全球性標準技術規范,即Ethernet/IP標準,以便能夠解決在實際工作中所遇到的困難。
        向Ethernet靠近的一個目的在于通過Internet能夠連接到所希望的任何地方。實際上,在一些意想不到的地方,Web服務器正在顯露出其應有的威力。幾年前,有一些PLC系統已經內藏了Web服務器,這無疑又為PLC系統增加了更多的特點。其他類型的控制設備也正在準備進一步集成Web服務器。例如,SquareD公司已經有一個具備Ethernet連接接口的發動機控制中心,并正在準備開發一種內藏Web服務器連接接口的變速裝置。
        內藏Web服務器所體一風的益處包括開放網絡、商業工具的影響、客戶機/服務器關系。在過去,工業用戶可能會有代表性地詢問一些有關PLC方面的信息,但在現在,由于新技術的不斷誕生和發展,工業用戶很容易就可以得到有關這方面的信息。另一方面,隨著芯片和處理器大規模的生產,PLC生產制造商能夠生產并提供開放網絡的產品,讓工業用戶花較少的費用就能夠購買到功能非常完善的PLC產品。
        在為將PLC連接到Ethernet和Web上提供技術支持方面,Schneider公司已經成了先驅者之一。最近,該公司推出了一種運行于PremiumPLC平臺的新型快速Ethernet(100Mb/s)模件。該模件為PLC能夠連接到TCP/IP的Ethernet提供了全雙工自適應10/100Mb/s的連接速度,現場過程控制器之間可以共享實時數據信息,自動掃描MomentumI/O模件和其他任何基于Modbus通信協議的現場控制設備,采用一個嵌入式Web服務器提供HTML通信服務,同時提供了SNMP用于標準網絡通信管理。在一次展覽會上,Schneider公司還向工業用戶展示了他們有關透明工廠的觀念。
        另外,Schneider公司最近還推出了基于Modicon公司的MomentumMIE系列處理器的適配器,該適配器提供了標準IEC程序控制性能,進一步為e-制造提供了完美的解決方案。該適配器還提供了將智能化I/O系統和其他現場過程控制設備連接到Internet和Ethernet的能力,現場過程控制設備包括所有功能化實時過程控制器。
        幾年前,Rockwell自動化公司也在其PLC產品中提供了Ethernet接口,而且正在堅定不移地穩步提高Ethernet的功能特性。該公司最近已經公布了一種柔性I/O模件解決方案,這種柔性I/O模件利用非專利版本的Ethernet技術能夠提供實時過程控制性能。A-B公司提供的1756型ControlLogixI/O也是基于標準EthernetTCP/IP和UDP數據傳輸協議的組件,其應用層使用了一種開放式、面向對象、基于生產者/消費者的技術。這種技術在ControlNet、DeviceNet和FF現場總線H1網絡系統中也能夠找到。
        同樣,其他許多公司也已經推出了Ethernet通信接口模件。例如,來自于IDEC公司的OpenNetPLC控制器所提供的通信接口,實現了與DeviceNet、LonWorks和Interbus等現場總線設備的兼容。該控制器利用一個Interbus遠程I/O主卡件能夠處理不超過480點本地I/O和512點遠程數字量I/O。
        Sierra公司所提供的8051型工業通信橋路能夠讓彼此之間互不兼容的PLC、DCS、RTU和SCADA系統很好地集成在一起。這種工業通信橋路通過RS-232、422、485,或者Ethernet通信鏈路實現了高速網絡應用。該橋路控制器同時提供8個RS-232串行通信接口,2個RS-485/422隔離串行通信接口,2個10Base-TEthernet接口,以及一個用于冗余熱備份橋路的連接器。
        來自于ProSoft公司的多制造商接口套裝組件為A-B公司的PLC、SLC、ControlLogix和FLEXI/O(包括1771、1746、1765和1794)平臺提供了串行通信能力。每一個模件包含了一個80386處理器,并同時嵌入有DOS操作系統,因而,可以被看作是具有I/O能力的工業PC,另外,該控制器同樣具有“A>”磁盤操作提示符,以及Autoexe c.bat和Config.sys文件。應用程序可以是從簡單的ASCII通信到復雜的32位控制算法。
        另一家通常從事運動控制方面研究的公司Giddings&Lewis也為其PiC(可編程工業控制)和MMC(機械與運動控制)系列應用于運動控制方面的產品增加了EthernetTCP/IP接口。這些單元部件提供了可以連接到工廠內部Intranet和Internet的能力,允許現場過程控制器之間共享數據信息?,F場過程控制器與工業PC之間通常采用OPC服務器設備驅動程序來連接實時數據信息,利用Ethernet網絡系統和Web技術可以進行遠程文件傳輸、程序設計和系統維護。
        現在,越來越多的企業正在計劃將其所有自動化控制設備逐步連接到企業范圍內的信息系統中去。對于工業用戶來講,也許他們已經注意到有關EthernetforControl系列控制解決方案,該技術更加依賴于Ethernet和Internet。幾乎所有PLC供應商在其部分系列化產品中均提供了Ethernet連接特性,而且有些公司已經確定將Web服務器徹底嵌入到他們的設備內部,以便充分展現PLC的性能特點。利用PLC的Web連接特性,工業用戶不但可以從任何地方監控控制系統的運行狀況,而且還可以像利用系統手冊一樣獲取所需要的任何數據信息。
        當然,如果工業用戶正在著手將其控制系統連接到Internet,則必須為此設置安全的信息發布地址。另外,為了防止黑客進入到控制系統中去,還必須安裝一套安全性能較好的防火墻軟件。
        SoftPLC公司在網絡安全性方面投入了極大的熱情和興趣,他們將一個具有實時和確定性的Java虛擬機器嵌入到過程控制器中去。Java使其不僅能夠運行基于Web的ActiveX控件對象,同樣也能夠運行Servlets。Servlets是個運行于Web服務器任務高度集成在一起,能夠提供動態Web頁面內容。Servlets程序代碼清晰可見、面向對象設計、模件化,開發起來非常簡單明了,Servlets也提供了數據信息安全性能,允許進一步限制實時數據信息,如僅僅是所選定的工業用戶,或者是所選定的注冊數據信息。如果過程控制器被有效地連接到Internet,那么安全性對其是非常的重要。
        黑客的入侵還不是唯一的煩惱,如果網絡系統癱瘓,我們首先需要干什么呢?黑客入侵的解決方案是采用冗余。在過程控制器中采用冗余IP地址、冗余網絡系統、冗余通信電纜,以及熱備份等方式,當突發事件發生時能夠很好地為過程控制系統提供服務。
        許多PLC供應商在其產品的開發過程中仍然繼續不斷地改進和提高通信性能,其開發方向主要面向于Ethernet技術和基于Web技術。
        Omron公司在其產品中提供了全部Ethernet連接能力,借助于TCP/IP數據傳輸協議,其產品完全適合于所有Ethernet技術規范。另外,該公司最近還發布了幾個新的基于Profibus-DP的產品。在CS1控制器平臺上,提供了主單元部件允許建立在Profibus-DP網絡上所有過程控制器設備在亡命產臺上的運行特性;同時還提供了一套新的Sycon-DP組態工具軟件包,允許工業用戶很容易就能夠進行過程控制系統的組態和網絡的委托管理;此外,一種新的多I/O終端可以作為Profibus-DP從部件,所組成的通信單元提供了一個接口用于連接一個或者更多的I/O模件單元,有Ethernet技術規范。另外,該公司最近還發布了幾個新的基于Profibus-DP的產品。在CS1控制器平臺上,提供了主單元部件允許建立在Profibus-DP網絡上的所有過程控制器設備在該平臺上的運行特性;同時還提供了一套新的Sycon-DP組態工具軟件包,允許工業用戶很容易就能夠進行過程控制系統的組態和網絡的委托管理;此外,一種新的多I/O終端可以作為Profibus-DP從部件,所組成的通信單元提供了一個接口用于連接一個或者更多的I/O模件單元,與該公司的C200H系列PLC還能夠很好地結合在一起工作。
        Rockwell自動化公司在其產品中也積極地增加了對Ethernet連接性能的支持,包括專門提供用于ControlLogix的Ethernet/IP、FLEXI/O、MicroLogix和PanelView系列產品。類似產品還有ProcessLogix、PLC和SLC500過程控制器系列。通過進一步改進和提高,其產品能夠同時支持隱式和顯式兩種數據信息的傳輸,借助于隱式數據信息傳輸方式,其數據字段僅僅包含了實時I/O數據信息。
        在ControlLogixEthernet/IP陣容中包含了一個Ethernet/IP橋路模件、一個Ethernet/IP通信接口模件、RSLinx軟件包和一個Ethernet/IP通信接口收發器。FLEXI/O網絡接口模件適合于Ethernet/IP,包括一個10/100Mb/sEthernet/IP,包括一個10/100Mb/sEthernet/IP光纖適配器。對于MicroLogix、ompactLogix、SLC500過程控制器和其他利用DF1協議的過程控制設備,支持顯式數據信息傳輸方式的是1761-NETENIEthernet接口。
        Automationdirect.com公司為其D2-240和D2-250型PLC推出了一種新的Ethernet遠程主模件(H2-ERM)。這種新模件通過高速Ethernet鏈路可以將本地CPU基本單元連接到遠程從I/O子系統。每個模件能夠支持16個附加的DL205模件單元、16個終結器I/O子系統、4個全擴展DL405子系統,或者此3種類型中任何之間的混合體。使用五類UTP電纜連接的子系統內部之間不能超過100m。采用中繼器可以對傳輸距離和節點數量進行擴展,若采用光纖傳輸介質其距離能夠達到2000m。
        Advantech公司最近推出了WebLink2040/SDA產品,該產品嵌入了Web服務器軟件,通過它可以將任何機器、過程控制器和智能傳感器與基于Web技術的HMI-SCADA軟件一起連接到Internet或者Intranet。該產品還可以允許工業用戶從全球范圍內的任何地方通過Internet安全訪問實時數據信息,以便監視和控制任何現場過程設備或者系統。此外,通過該公司的AdvantechStudio套裝軟件可以讓工業用戶在任何時候、任何地方就能夠將所完成的實時動態圖形畫面、趨勢記錄、報警記錄、報表和配方轉換到標準瀏覽器。
        另外一種來自Newport公司的Web服務器模件是iServer,該模件有可能實現將現有的PLC和其他控制設備連接到Internet。這種DIN架裝式模件單元允許不超過32個具有串行通信接口的控制設備連接到Ethernet和Internet,擔當一種Web服務器和與RS-232、422、485兼容的Ethernet串行橋路。
        但是,并非所有PLC通信性能的改善都是針對Ethernet或者Internet的。不久前,Rockwell自動化公司就針對ControlNet公布了新版本并適用于A-B公司的PLC-5C現場控制器和SLC500適配器模件。1747-ACN15和1747-ACNR15適配器模件為SLC(1746)I/O所提供的確定性和非確定性網絡連接特性現在與其PLC-5C現場控制器完全兼容。
        Moeller電子公司先前一直采用具有自主版權的通信協議,而現在也已經開始轉向開放網絡協議。他們所推出的被叫做XI/ON的新一代I/O結構體系將成為其PLC開發完整的一部分。利用該結構體系可以進行片段和模塊式的設計工作,它所集成的網關允許連接到Ethernet、Profibus-DP、DeviceNet、CANOpen以及更多的網絡系統。
        PLC相關通信性能的增強除體現在硬件方面以外,還充分體現在軟件方面。例如,KEPware公司為其KEPserverEX系列產品推出了新一代32位Control-LogixEthernetOPC服務器驅動程序。該OPC驅動程序軟件改善了OPC和DDE客戶與A-B公司的ControlLogix現場控制器之間的速度和連通性;還提供了一套靈活的人機界面;可以自由利用A-B公司的OPC服務器套件。它還包括PLC5/SLC505Ethernet驅動程序。它也進一步優化了1756的ENET接口,改善了通信性能,并支持該公司的自動化標識符數據庫。
        四、過程控制應用
        盡管傳統PLC被應用于離散過程控制領域,但現在,PLC已被廣泛應用于連續過程控制領域,而且基于連續過程控制技術的發展趨勢正在進一步得到增長。通信是PLC應用的關鍵技術,這種技術在PLC領域已經得到擴展。同系統一樣,對PLC進行分散化處理已經成為可能,所以更容易進行管理,以便能夠更好地集成在一起。
        面對傳統工業過程控制市場所存在的巨大競爭壓力,許多PLC供應商正在開始主動轉移他們所服務的過程控制應用領域,而且必須放棄傳統PLC應用已經占據的一些市場份額。
        經過較短時間的努力開發,Siemens公司便陸續推出了基于過程控制的PLC產品,1990年以前就推出了SIMATICPCS產品,而在1997年便將產品提升到了PCS7.這種開發工作一直要持續到Siemens公司滿意為止,但隨著各種各樣新技術的不斷誕生和發展,所開發工作不會停止的。盡管離散和連續過程控制應用都使用了同樣的硬件產品和網絡系統,可能還需要額外增加一些特殊模件,但它們之間始終存在著一些不同的差異。只要將不同類型的應用軟件裝入到同樣的系統之中,就能夠完成不同的過程控制應用。
        任何PLC供應商將會繼續全神貫注于批量和混合型過程控制的研究開發。作為一個很好的例子,Schneider自動化公司正好給我們帶來了其QPC(QuantumProcessControl)產品,在過程控制領域能夠使得一個控制系統真正實現完全目標化。QPC利用一套網絡化分布式PLC系統來完成過程控制應用。QPC完全基于QuantumPLC和MomentumI/O操作平臺,能夠從單個QuantumPLC逐步延伸到分布式系統中去,并且也能夠全部與Ethernet、Internet和TCP/IP技術完全集成在一起。
        Rockwell自動化公司計劃進一步增強A-B公司的ControlLogix多功能控制器的過程控制性能,同時增加一套冗余解決方案和流量儀表模件。其1756-CFM可組態流量儀表模件將提供支持兩通道0-120kHz范圍內頻率輸入的能力,可以接受大多數渦輪或者質量流量儀表的輸入信號。在6.0版本的RSLogix5000中,將同時提供功能模塊圖表(FBD)和過程控制指令表兩種編程方式。其ControlLogix平臺也同時集成了RSView可視化HMI軟件部件。在ControlLogix中,ActiveX面板顯示控件與過程控制指令表同時工作,并在RSView的基礎上為過程控制應用提供完美的畫面顯示。另外,其RS系列批量控制應用也提供了集成化S88批量處理能力。
        Toshiba公司發布了其V系列集成化過程控制器,該控制器能夠進一步結合PLC系統、DCS和工來控制計算機。其主要特點包括:為所有3種操作平臺模式提供了一套公共的組態工程師工具包;為任何順序控制器、回路控制器和計算機模件的結合提供了一種公共的底板總線結構體系;為全局過程變量和WindowsNT4.0提供公共的標識符數據庫;還提供了一套公共的基于Ethernet的LAN網絡系統。該控制器程序設計語言兼容IEC61131-3標準。其Web連接性能有助于工業用戶進行遠程組態、發現并修理故障等工程化活動。
        Siemens公司的PLS7過程控制系統最初是基于SIMATICS7-400型PLC,最近已經升級到5.0版本。其最大的特點之一就是具有柔性分布式服務器/多客戶結構體系,完美地結合了開放式總線結構?;赑rofibus和HART現場總線的通信協議被廣泛用于現場控制設備的集成;Profibus現場總線、工業Ethernet、TCP/IP被用于系統總線;EthernetTCP/IP和快速Ethernet被用于終端總線和企業集成的連接。
        同樣,Rockwell自動化公司也推出了增強型ProcessLogix分散型控制系統。隨后,又公布了其FlexLogix分散型控制系統,其中內藏有5430型FlexLogix控制器和現有的FlexI/O控制設備產品。5430型控制器與A-B公司的ControlLogix多功能控制器使用了與Rockwell自動化公司相同的過程控制軟件包RSLogix5000。
        Rockwell自動化公司的ControlLogix5550多功能控制器,為滿足運動控制的需要已經增加了3種新指令,同時也增加了兩種新的坐標類型。通過允許RSLinx軟件用一個請求命令能夠接收全部標識符數據列表的方式,網絡數據吞吐量得到了極大的提高。另外,OI工具現在具備了圖形化接口,允許對趨勢圖表和柱狀圖的數值進行監控,大大增加了一個系統的瀏覽工具。
        在WatlowAnafaze公司推出的PPC-2000混合型溫度控制器中,將多回路PID控制功能和可編程邏輯控制功能集成在同樣的過程控制軟件包內,具有處理48個PID回路和48個數字量I/O點能力。
        Moore公司推出了專門為過程控制領域設計的基于Internet技術的控制系統Procidia。該系統通過Internet技術的控制系統Procidia。該系統通過Internet和企業內部Intranet,利用基于工業PC的HMI和OPC服務器的自組態方式進行本地和遠程操作與控制。
        VMIC公司帶來了基于工業PC的控制器VMIPC-8400,該控制器同時嵌入了相應的IOWorks過程控制軟件包。VMIPC-8400遵循IEC61131-3國際標準,非常適合于連續過程控制和PLC應用的需要。
        五、冗余特性
        在工業過程控制領域,每年對具有更高可靠性系統產品的需求都在逐年增加,其中絕大多數是受經濟利益的驅動所產生的。工廠停機損失所帶來的代價是極其昂貴的,而且所造成的生產成本也會隨之增加。尤其在歐洲,一系列規章制度的主體正在逐步得到完善和加強。現在公布的IEC61508標準為過程控制系統的安全性能提供了設計依據,該標準主要針對可編程電子系統內的功能性安全設計而制定的。
        PLC在安全停機系統領域的應用已經有了很長一段時間。也許Triconex和Pilz公司能夠為我們提供許多這方面應用的見解,但其他PLC供應商也正在瞄準這一應用領域的前景,同時也使得一些PLC硬件供應商感到非常棘手。SoftPLC公司已經推出一種冗余系統的解決方案來滿足這一應用需求,而且在實際工程中也得到了應用。其應用經驗告訴我們,主要秘訣在于對硬件和獨特I/O結構體系的仔細選擇,并且他們也尋找到一些適合于該領域應用的總線系統以及其他不匹配的東西。
        其他個別著名的PLC供應商在安全和冗余性應用方面新近也提供了相應的產品。Rockwell自動化公司正好推出了GuardPLC1200和2000系列安全型過程控制器,并與其現有的PLC系統一起為全部自動化系統提供監控和調節的安全性操作。該過程控制器內藏冗余的CPU系統,利用內部測試電路檢查I/O模件的運行狀況,而不是直接使用冗余的I/O模件。系統遵循IEC61508標準安全技術規范,并同時得到了TuV產品服務機構的一致認證,完全能夠應用于具有SIL3級安全等級要求的自動化過程控制應用。
        Rockwell自動化在其ControlLogix平臺也為工業用戶增加了冗余性選擇。一種新的軟件部件適合于1757-SRM系統冗余模件,以便做出適當的選擇。它可使用RSLogix5000程序設計軟件與其他一些模件一起組成冗余系統,并可以使用供電電源、機箱和ControlNet橋路等標準部件。
        Schneider自動化公司為工業用戶在臨界應用方面提供了一種Quantum系列熱備份方案選擇。當類似數據信息通過Quantum系列遠程I/O處理器時,它所連接的主處理器和數據信息需要通過來回式的校驗鏈路檢查以及處理器本身的過濾。熱備份處理器能夠監控ModbusTCP/IP、Modbus+和Modbus通信接口的地址,所以對于客戶計算機通信其控制傳輸器是顯式傳輸的。
        Triconex公司不久前公布了一系列新產品。其中包括能夠應用于不超過450個測點的小型應用系統的新版本Tridenttriple模件冗余控制器,其特點除包括一個模擬量輸出模件、一個脈沖量輸入模件和一個增強型通信功能模件以外,還包括現成的模擬量輸入、數字量輸入/輸出,以及固態繼電器輸出模件。另外,該控制器還完全兼容OPC連接技術規范,同時得到了TuvRheinland組織機構的鑒定并符合SIL3級安全等級要求,也符合DINAK6級安裝技術規范。
        Triconex公司還推出了一種新版本的TRICON2003PLC產品,其主要特點是數字處理器的處理速度比原來的版本要高出兩倍以上。與以前的版本相比,TRICON2003PLC同樣兼容OPC連接技術規范。
        Siemens公司已經開始積極主動介入這一應領域,并及時推出了SIMATICS7-400F產品。該產品屬于其高端S7-400PLC的一個具有自動保安裝置的版本,主要目的是為安全停機系統應用而設計的。它能夠滿足IEC61508標準所制定SIL3安全等級的運行要求。如果有臨界應用情形發生,控制器能夠進入到用戶定義的安全狀態,以便按照預定的順序執行停機程序,隨后就可以向工業用戶提供診斷數據信息報告。系統程序由SIMATICSTEP7通用開發環境來完成,該開發環境為工業用戶提供了程序模塊庫和安全功能模塊。
        GEFanuc公司去年就已經推出了型號為Max-ON的熱備份冗余軟件,該軟件被應用于標準系列90-30PLC系統,通過GeniusLAN通信網絡,遠程I/O彼此之間可以進行通信。軟件由即插即用型子程序組成,以便進一步完成諸如變量同步、冗余I/O總線控制、程序等價測試、主CPU的挑選以及高級診斷等一系列任務。
        六、運動控制
        PLC在運動控制領域的應用也已經有很長一段時間了,而且還保持了很好的增長趨勢。
        最近,Automationdirect.com公司計劃為其DL205PLC推出具有四通道高速計數器的H2-CTRIO模件。該模件單元支持4個獨立可組態的100kHz計數器/定時器通道,還具備4個隔離高速DC輸出通道,并運行于獨立的CPU掃描程序,使其具備了非常快速的響應能力。該模件也能夠通過本地基于計數事件的處理器進行編程,而不需要從控制CPU中得到任何協助。程序設計通常采用DirectSoft32和Think&Do工控組態軟件包來進行。
        結合機械和運動控制方面的內容,Giddings&Lewis公司提供了基于工業PC的MMC(機械與運動控制)軟件產品PiCProforWindows,該軟件兼容于IEC61131-3標準的梯形邏輯圖和功能模塊圖表程序設計方式。該軟件內藏于PCI總線模件中,當宿主工業PC停機以后,該模件單元能夠繼續運行操作。其特點包括不超過32個軸向的模擬量控制或者SERCOS伺服系統控制,具備運動控制性能,內藏OPC服務器驅動程序、電子郵件和文件傳輸器,以及為DeviceNet或者Profibus提供的通信接口,另外還提供了標準Internet和Intranet訪問工具。
        七、軟件工具
        現在,軟件工具繼續成為PLC用戶最感興趣的內容之一。對于PLC硬件,工業用戶只需要關心其性能和價格方面的內容即可。當前,越來越多的PLC用戶希望能夠尋找到更多的軟件工具和集成工具,以便能夠進一步提高PLC硬件的性能。
        工業用戶所有工作的目的在于實現系統集成,所以他們正在努力實現將運動軟件包、PLC、操作員界面甚至Internet結合在一起。同時,工業用戶還希望開放控制能夠完成邏輯控制,也能夠運行Java腳本程序。
        然而,問題在于工業用戶通常是通過購買PLC硬件產品的方式來免費獲得軟件工具的。如果工業用戶打算支付軟件費用,他們希望花同樣的費用能夠購買到與市場上質量相同的PC軟件。軟件供應商也正在努力開發,并希望能夠為工業用戶提供更多軟件工具的選擇機會。
        Rockwell自動化公司提供了基于RSLogix系列版本的袖珍型軟件RS-PocketLogix,該軟件運行在基于WindowsCE操作系統平臺的袖珍型計算機上,用于工廠底層SLC-500和MicroLogix可編程控制器的維護和故障處理,支持PLC-5和所預定的ControlLogix邏輯控制程序。
        現在,Rockwell自動化公司已經將軟件升級到RSLogix5000系列版本,該系列軟件版本采用了ControlLogix結構體系和Logix5550處理器。RSLogix系列版本軟件其自身已經升級到4.0,此外,借助于對A.I.系列入口命令、改進的安全性能和有效性對比,以及一種新地址向導的支持,能夠支持A-B公司的PLC產品和個別改進程序。
        Nematron公司也已經發布了5.40版本的工業自動化套裝軟件,該軟件增加了在線邏輯控制變更、流程圖表跟蹤等功能,允許工業用戶真實地跟蹤邏輯控制路徑,增強報表和編輯能力,包括標識符交叉搜索和所有報表打印等。為流程圖表開發所增強的編輯功能包括全程搜索、標識符名稱的替換、自適應流程圖表模塊,以及改進的剪切和粘貼性能,以便有能力將注釋性內容嵌入到流程圖表模塊。新版本軟件也增加了對OPC2.0的支持能力,包括標識符瀏覽和數據信息訪問等。
        Siemens公司的SIMATICSTEP7是一套全開放專業版軟件,并已經成為該公司通用開發環境軟件工具,直接用于組態、管理和維護工廠范圍內的自動化控制系統。該軟件使工業用戶可以將一個自動化工程項目再細分成設計階段、執行與測試、委托與啟動、運行,以及維護等,然后,將所有工作集成在單個軟件包內。單個自動化工程項目可以采用許多程序設計語言的任何組合來進行編程工作,從而在其中選擇最適合于所給定應用程序的那一部分。同樣的程序代碼能夠在基于工業PC的SIMATICWinAC控制系統中得到運行,以滿足軟件和硬件對實時性的要求。
        不久以前,新合并成立的Entivity公司已經發布了Think&DoLive軟件。該軟件是一套基于e-控制方案的產品,并集成了控制、通信和信息技術,同時也是一套能夠提高生產效率的現代化軟件工具。該軟件所內藏的機械和過程監控功能能夠與可操作的信息顯示結合起來,以便進一步提高生產效率。該軟件還能夠被應用作為綜合控制、通信和監控系統的解決方案,或者應用于遺傳算法控制系統。
        同樣,Automationdirect.com公司也推出了新版本的基于工業PC的過程控制軟件包,現在,該軟件包包括了全套OPC2.0兼容服務器,以及對RUNtimePC和WinPLC的完全性支持能力。
        Schneider公司推出其Modsoft系列產品的新一代軟件ProWORXNxt,該軟件為Quanturn、Compact和MomentumPLC等流行硬件產品平臺提供了基于Windows操作系統的圖形化用戶界面,也提供了與984系列產品兼容的梯形圖邏輯編輯器,為編程面板和PLC之間提供了直接或者網絡方式協同工作的連接選擇。另外,它還支持Modbus、Modbus+和依靠EthernetTCP/IP協議的局域網連接方式。其他特點包括組態環境中的最新型圖形化用戶界面、改進型文檔,以及支持所有梯形圖和文檔之間轉換的實用程序。
        最近,Giddings&Lewis公司為工業用戶提供了一套集成了IEC61131-3標準邏輯和運動控制編程環境的軟件產品,即PiCProforWindows。該軟件產品將所有特點集成在一個工程項目管理器之中,可以在線開發用戶幫助信息,還可以通過Internet進行程序設計,同時支持SERCOS系列運動控制產品。
        自從所有編程方式被軟件工具替代以來,PLC編程軟件已經發生了根本性的變化,而且這些軟件工具仍然保持著一定的增長趨勢,并且不斷有適合于各種應用的新特點誕生。
        Siemens公司推出的3.2版本STEP7-Micro/Win32程序設計軟件提供了一種新的FBD編輯器,以及與IEC61131-3標準兼容的梯形圖程序設計語言和FBD。該軟件能緊密地與Windows操作系統集成在一豐收,提供諸如增加/移動程序和定制安裝方式等一系列功能特性。同樣,在Windows中采用單個工程項目文件的方式更加容易對工程項目進行管理,如電子郵件和備份等。另外它還提供了新的保存方式選擇,只要雙擊工程項目文件就能夠自動啟動工程項目。
        SoftPLC公司正好也發布了TOPDOCNexGen(被稱為下一代)軟件。TOPDOC是一個梯形圖邏輯程序編輯器和用于SoftPLC開放結構體系控制軟件與過程控制器的維護工具。該軟件采用了Java程序設計語言進行開發,其主要特點是充分采用了Web技術,從一個Web瀏覽器上就可以進行遠程監控和修改PLC參數,而且能夠運行在Windows和非Windows操作系統平臺上,如Linux。
        Altersys公司和Indusoft公司進一步聯合起來,分別推出了基于Altersys公司ISaGRAF系列的Virgo自動化套裝軟件,以及基于Indusoft公司的Web工作室。Virgo套裝軟件能夠嵌入到WindowsCE中,并通過Internet與其他過程控制系統建立起通信鏈路。借助于ISaGRAF系列產品和IEC61131-3技術標準,Virgo套裝軟件包括了自動化過程控制系統(嵌入式或者非嵌入式)組態和運行所必需的軟件部件,如HMI、報警、事件記錄、趨勢記錄、硬實時控制和通信等。
        另外一種來自于IPMI公司的基于Java技術開發的軟件產品是EPSforJava,該軟件重新開發了新版本的圖形化繼電器梯形邏輯組態編輯器。由于該軟件基于Java程序設計語言,因此是一個交叉運行平臺,相同的拷貝可以運行在Windows95/98、Macintosh或者其他操作系統平臺,并同時支持Java運行環境。
        Entivity公司最近發布了版本號為6的Think&DoStudio軟件產品。該軟件產品是建立在Visio技術基礎之上,并在一個標準開發環境中集成了流程圖表控制邏輯、HMI、運動控制、PID回路控制、智能化I/O控制設備接口,以及工程項目文檔工具。該軟件可以完全升級并跨越MicrosoftWindows平臺,到目前為止,據說是第一套基于COTS軟件平臺的過程控制軟件包。其最顯著的特點之一就是所具有的自動查找和組態工具能夠使其非常容易地連接到智能化I/O過程控制設備網絡系統中去。
        八、硬件與軟件
        通過短短幾年的努力,我們不斷看到有許多新的軟邏輯控制軟件產品被推出。許多獨立軟件供應商已經開始出售這種軟件產品,傳統PLC供應商在他們的產品目錄中也已經開始逐漸增加基于工業PC的控制產品。另外,PLC開發費用中,軟件開發費用所占的百分數正得到穩定的增長。例如,Rockwell公司將40%的開發費用投入到硬件產品開發中,而將60%左右的開發費用轉移到了軟件開發工作上。其著眼點在于全球市場對軟件產品有強大的購買力,并要求軟件產品能夠更加完美地運行在工業標準平臺上。
        PLC一般總是使用梯形圖邏輯控制程序,現在,所有類型的其他產品正在努力獲得并使用一些或者全部與IEC61131-3標準兼容的程序設計語言,包括梯形圖邏輯圖表、功能模塊圖表、順序功能圖表、結構化文本和指令表等程序設計語言。
        然而,硬件、操作系統和應用軟件相互之間都是延緩此獨立的實體,與傳統的全集成PLC系統有很大的不同。隨著硬件和操作系統的不斷發展,操作系統所提供的標準商業化功能特性可能會進一步促使PLC變成一種更加不同的控制設備,這也就是PLC需要采IEC61131-3標準程序設計語言的原因所在。
        可以采取各種方式來解決PLC的編程問題。Rockwell公司對其所有產品均采用Logix系列軟件來編程,包括機器人控制器、軟邏輯控制器。傳統PLC系統全部采用RSLogix5000軟件進行編程工作。其他途徑包括微軟技術,像DCOM、ActiveX以及Sun的Java等,在將來,也許會使用Microsoft.Net技術,其中大多數編程方式是通過Sun宏系統和ONE(開放網絡環境)來發布的。
        基于WindowsCE的應用軟件和標準工具將允許工業用戶可以通過多重硬件生命周期的方式來保護他們所購買的軟件。這種趨勢將進一步改變工業用戶對傳統PLC產品產品的購買決心,而且仍然要涉及到PLC硬件技術規范、外圍設備和通信連接能力,這好像有些類似于購買一臺工業PC。相對于工為一用戶習慣性決定過程而言,他們需要認真評價一種過程控制器及其編程軟件的靈活性。這也有助于平息人們評價哪種程序設計語言是最好的爭論。梯形圖邏輯、流程圖表、靜態邏輯、功能模塊、IEC61131-3標準混合編程,連同VisualBasic和VisualC++等都能夠很容易地把基于WindowsCE的PLC作為一種對象來對待處理。不久以前,一些親的軟邏輯和基于工業PC控制的產品已經問世。
        來自于制造業數據系統(MDS)公司的WinMotion軟件在單個套裝軟件中提供了軟運動控制、軟邏輯控制(兼容IEC61131-3標準)和一套數據服務器,并不需要任何運動控制接口卡件,或者專用硬件產品。此外,它還能以實時方式提供連續包括維護、生產和質量等數據信息。該軟件可以運行在具有單個處理器并安裝有VenturComRTX軟件部件的WindowsNT操作系統平臺上。該公司還公布了一套開放式API接口,能夠讓工業用戶進步集成第三方軟件技術。

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