淺析新型PLC控制系統(tǒng)在TCO鍍膜生產(chǎn)線中的應(yīng)用

張 輝 王亞銘

（河南安彩高科股份有限公司浮法事業(yè)部，河南 安陽455000）

0 引言

相對于傳統(tǒng)概念的PLC控制系統(tǒng)，新型PLC控制系統(tǒng)是指基于先進的控制理論，使用新類型的軟硬件，具有開放標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)平臺，應(yīng)用靈活，擴展方便，易于通訊的工業(yè)控制系統(tǒng)[1]。它代表了自動化領(lǐng)域的創(chuàng)新和變革。有時稱之為嵌入式控制系統(tǒng)，有時又稱之為基于PC的控制系統(tǒng)，無論其外在表現(xiàn)如何，其先進的控制理念都是相同的[2]。本文將以三種在TCO鍍膜生產(chǎn)線中實際應(yīng)用的新型控制系統(tǒng)為例，討論其在工程中的應(yīng)用優(yōu)點和發(fā)展前景。

1 操控一體化PLC控制系統(tǒng)

1.1 應(yīng)用簡介

TCO鍍膜設(shè)備中的磨邊機使用的是貝加萊的新型PLC控制系統(tǒng)。磨邊機的作用是將玻璃的四邊及棱角磨掉，以利于后續(xù)工序的加工，防止因半成品的原因造成鍍膜缺陷。貝加萊控制理念認(rèn)為在傳統(tǒng)的過程控制中，每個組件都需要單獨編程，從而造成“功能分離”，使系統(tǒng)控制變得較為復(fù)雜。而貝加萊推出一種新的控制理論APROL，其目標(biāo)就是擺脫這種“功能分離”的理念，試圖提供給客戶一個完整的配置界面接口，同時可以在所有等級中都可以配置操作，這樣可以使用簡單的方法來控制復(fù)雜的系統(tǒng)[3]。

1.2 硬件配置

控制器采用的是貝加萊的Power Panel 65（以下簡稱PP65）。PP65是貝加萊一體化設(shè)計理念的延伸產(chǎn)品，它集操作、顯示、控制、通信于一體，內(nèi)置Geode LX800 500MHz處理器，使用TFT5.7英寸QVGA彩色液晶顯示屏，配置PowerLink、X2X接口，能夠滿足高性能的機器控制需求，具有更高的性價比。PP65作為控制核心單元，通過PowerLink連接X20 I/O系統(tǒng)，控制X64系列變頻器。

1.3 軟件編程

貝加萊控制器的編程軟件名稱為Automation Studio。Automation Studio是一個一體化工程開發(fā)平臺，是自動化業(yè)界較為強大的平臺級軟件。它可以滿足兩個維度的全集成開發(fā)：

（1）面向所有控制對象，PLC邏輯、運動控制、HMI畫面編輯、安全應(yīng)用開發(fā)、回路調(diào)節(jié)算法設(shè)計、行業(yè)工藝算法集成、液壓控制、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與開放的總線連接；

（2）面向全開發(fā)流程，從項目配置、電氣圖導(dǎo)入(EPLAN)、MATLAB/Simulink仿真建模的代碼導(dǎo)入、編程、調(diào)試、診斷與最終生產(chǎn)維護。

Automation Studio軟件除支持標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程語言外，還提供對C++語言的直接支持。磨邊機的工程開發(fā)環(huán)境就是全部用C++語言完成的。

2 基于PC的軟PLC控制系統(tǒng)

2.1 應(yīng)用簡介

玻璃加熱爐控制采用的是倍福公司的基于PC的軟PLC控制系統(tǒng)。倍福公司產(chǎn)品范圍包括各種工業(yè)PC、EtherCAT I/O端子模塊和現(xiàn)場總線組件、驅(qū)動技術(shù)以及TwinCAT自動化軟件等[4]。它們可組合形成一個可擴展的模塊化控制，為產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的每項任務(wù)提供一個最佳的解決方案。倍福的可升級開放式自動化軟件TwinCAT就是一種基于PC設(shè)計的軟PLC運動控制解決方案。采用一種基于以太網(wǎng)的高速EtherCAT現(xiàn)場總線，它可為有嚴(yán)苛要求的工藝階段提供最佳實時性能，而無需在中央處理器內(nèi)配備特殊硬件。

2.2 硬件配置

其主控制器由兩臺倍福工控機組成，一臺為服務(wù)器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集及處理工作；另一臺為軟PLC控制器，操作員可通過人機交互界面實施操作指令及對工藝參數(shù)的調(diào)整和控制。PLC控制器和現(xiàn)場控制模塊之間的連接全部采用基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線EtherCAT來實現(xiàn)。

2.3 軟件編程

TwinCAT自動化軟件既可完成軟PLC控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控運行，又可實現(xiàn)程序的編程與組態(tài)。除了國際電工委員會規(guī)定的5種編程語言外，TwinCAT還支持結(jié)構(gòu)化文本語言。結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）是一種用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的類似于高級語言的編程語言。在多數(shù)大中型的PLC控制系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量之間的復(fù)雜關(guān)系，還可實現(xiàn)其他編程語言較難實現(xiàn)的用戶程序編制。

3 嵌入式S7-mEC控制器

3.1 應(yīng)用簡介

TCO鍍膜生產(chǎn)線玻璃自動上下片設(shè)備，可實現(xiàn)自動堆垛和玻璃傳送控制，其控制器使用的是西門子S7-mEC嵌入式控制器。S7-mEC是S7-300系列中一種模塊化嵌入式控制系統(tǒng)，具備當(dāng)前最新的嵌入式PC處理器技術(shù)和操作系統(tǒng)。它包括基礎(chǔ)模型EC31 CPU和可供選擇的擴展模塊EM（PC或者PCI-104接口）。嵌入式控制器的模塊化設(shè)計，結(jié)合了目前尖端PC技術(shù)優(yōu)勢，并經(jīng)過試驗證明值得信賴。

3.2 硬件配置

TCO鍍膜玻璃上片和下片設(shè)備共用一個SIMATICS7-mEC控制器，由于上片和下片設(shè)備之間距離較遠(yuǎn)，中間通過網(wǎng)絡(luò)交換機和光纖完成通訊連接。控制系統(tǒng)中所有設(shè)備的通訊均采用ProfiNET協(xié)議，ProfiNET最突出的特點是它的實時性，最小實時周期為250us，另外一個突出特點是借助以太網(wǎng)，可使設(shè)備的故障診斷更加靈活，同時網(wǎng)絡(luò)擴展也非常方便。上下片設(shè)備的硬件配置與傳統(tǒng)PLC也有不同，其由S7-mEC由PC和UR兩個模塊組成。

3.3 軟件編程

S7-mEC控制器可以預(yù)裝WinAC RTX 2008軟件和可視化操作軟件，可使用STEP 7編程，支持SIMATIC通信體系和診斷功能。通過WinACODK可以將C/C++程序集成到WinAC的實時運行環(huán)境中，也支持其它Windows軟件運行。

4 總結(jié)

長期以來，PLC控制廣泛應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域，為過程控制系統(tǒng)提供了可靠的應(yīng)用保證。但隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出各種基于PC的PLC控制系統(tǒng)，其不但具有性能高、價格低、系統(tǒng)開放、豐富的擴展功能等優(yōu)勢，還可以完全融入網(wǎng)絡(luò)時代的信息系統(tǒng)中。因此，新型PLC控制器技術(shù)發(fā)展迅猛，以倍福等為代表的各廠家紛紛推出自己的產(chǎn)品，大有取代傳統(tǒng)PLC控制之勢。新型控制系統(tǒng)集PC控制和傳統(tǒng)PLC控制的兩者優(yōu)點與一身，在實際應(yīng)用中性能優(yōu)良，發(fā)展前景非常廣闊。

［1］武中華,朱立峰,李濤.PLC綜合知識及應(yīng)用[J].科技信息,2010(08).

［2］李強.PLC在工業(yè)機械手中的應(yīng)用[J].電子世界,2014(14).

［3］卞海玲.淺談PLC技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2010(02).

［4］謝振東,張繼福,李金順,矯書華.淺談PLC在工礦控制領(lǐng)域應(yīng)用中應(yīng)注意的問題[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2009(13).