如何选择正确的控制逻辑

发布时间：2005-11-22 作者：Mark T. Hoske, CONTROL ENGINEERING主编

    离散应用有多种多样的选择方案，系统集成者为你解说如何正确选择控制策略。

    为自动化系统提供的控制策略选择，其范畴在不断地扩大，当可供选择的控制逻辑不多时，作出相应的选择并不困难。但面对当前难以计数的选择方案时，你应该从什么地方开始呢？

    考虑到以下的事实：微处理器功能日益强大和相关软件允许控制逻辑集中化、分散化或高度分布化。硬件和软件平台是完全不一样的，驻留控制逻辑的硬件，包括PLC、单板计算机、PC机、继电器或各种嵌入智能的设备，如I/O模块、防护用光幕，甚至于工业用打印机。软件的选择包括IEC61131-3语言和其他，可使用市场上供应的现成设计或可选择由用户定制的设计。

    面对所有这些选择，应在控制工程设计过程的那一阶段进行考虑和作出决定呢？在最近的工程项目中，系统集成商解开了这个难题，他们描述如何使你的下一个自动化项目更易于设计和能够更成功地实现。

　　考虑自己的需求
　　Automated Control System Inc（ACSI）总裁Scott Shaw说：“当进行控制逻辑设计时，需考虑的因素包括：用户提出的标准、人员配备和技能水平，当前和建议技术的培训要求以及安装基础等。必要的条件则包括：系统负载，过程数据的控制，循环控制比率和温度等环境条件以及其他因素等” ，Shaw还说，“除考虑环境条件外，操作员培训和熟练程度以及今后项目的需求对系统设计的决策均会产生影响，以ACSI正在进行的流量测试系统为例，嵌入式控制和离散I/O模块能在3～10ms内给出测量结果。在一个最近设计的制造加工单元，因为需要快速作出决策，某些控制是分散的和运行于闭环回路，并在需要时和中央PLC进行通信（参阅细线焊接图的边注）。”

　　留有充分时间以进行设计
　　不要急于从设计转向实现，投资时间于设计过程的初始阶段是走向成功的关键，总工程师又是革新者Sam Hammond这样建议。通晓所有需求和环境条件是设计决策的开始点。然后，确定能用于控制逻辑的可操作的结构并分隔硬件、通信和软件能运行于特定工作环境的结构是最基本的要求。至此，Hammond继续说，你已作好准备可以开发一台样机和实现你的设计。制造样机，进行修改，已有的硬件和对集成的要求，所有这一切都应包含在你的项目规划之内。

    最大的挑战或许是如何实现到传统系统的接口，Hammond接着说：“当某些技术，如以太网正在制造业环境中开始广泛使用，旧的串行设备经常会受到冲击，这些情况需要各种各样的解决方案和编程工具。”

    Hammond注意到采用分布逻辑的决定有时候是由可靠性驱动的，并对一给定频率的事件起肯定的正面作用，什么是嵌入式控制能做的和什么是中央控制器能做的，两者之间的界限很快地变得越来越模糊，这趋势使得在什么地方安排控制逻辑，对用户将更为透明。Hammond认为，今后的编程软件基于特定的应用需要，看来需推荐在驻留智能的地方。

    逻辑的定位
    虽然分布式控制和集中式控制两者都工作得很好。Daniel Parrish, Tegron公司工程副总裁说：在一单个控制器中保持逻辑集中化的优点是：
    ■ 易于管理   因为只是在一个有限的空间内管理和维护代码。这是由Rockwell Automation等公司开创的，紧接集成自动化之后的驱动力量。这方面的例子是Control Logix平台集成了离散和运动控制以及Process Logix平台集成了离散和过程控制。Entivity公司的Think&Do软件承诺控制逻辑和HMI的集成。同样的集成可在Wonderware和GE Fanuc的产品中见到，将代码库组合在一个单一容器内可以增强维护性，降低开发和推广、应用的成本。
    ■ 易于维护    将每一件事都集中在一个地方加强了可维护性，分布的解决方案会降低系统作为一个整体的可视性以及子系统的可互操作性。工业发展的趋势，例如需要外部源的维护和高的工程维护费用极大地影响对系统设计的要求，也就是要求系统应易于理解和方便维护。
    ■  降低成本    集中化的结果还可以降低成本，但并不总是如此。

    Parrish指出，将控制逻辑移向分布式或嵌入式控制器，也有其优点，这包括更快地作出决策，在设备层或部件层作出决策比在中央控制器作出同样的决策明显地要快得多。而且，决策所需要的数据典型地驻留在动作点（但并非总是如此）。分布式控制能提高系统的可伸缩性，在项目实施后，如提出需要增加控制，不会对上层管理控制器造成大的冲击。Parrish还说：增加逻辑不会对现有的其他逻辑控制带来问题。

    Parrish同意：如出现故障，集中化更容易找到问题所在。他说明：“当在清晨2:00时，控制系统发生了某些故障，而你需要尽快找到故障点在何处。如控制是分布的，就会有这样的问题，即对数据该做些什么--数据仍应该是分布的或发送到中央数据库？设备导则和应用系统能决定数据的要求。”

    Shaw告诫，其他人员也同意，对一个特定的应用系统，客户所提出的需要和系统实际上真正需要的是什么，两者可能是不同的。集成商和咨询人员可能着重于探索项目的需求，而最终用户或协同集成商的OEM（原始设备制造者）应考虑审查技术规范以便寻找是否存在另一种选择前景并考虑后者是否能更好地适合应用系统及其关联的事件。

    Parrish说：“我更喜欢基于软件的对象。应用标准、紧凑、集合等方法表达的功能使代码有更高的可视性，因此更容易进行检验、维护、更新和重复使用，从而明显地节约时间和精力。”

    PLC、PC和嵌入式控制各有千秋，这3者均有其情有独钟的拥护者，需避免对这3者或任何其他形式的控制陷入争端。应选择最佳地适合你的应用和其运行环境的那一个方案。PC机迅速强大的功能，将促使更容易地使用PLC硬件和软件。

　　相关更多信息，请访问下列网站
　　Automated Control Systems Inc.
　　www.autoctrlsys.com
　　DVT
　　www.dvtsensors.com
　　Entivity
　　www.entivity.com
　　Innoventor
　　www.innoventor.net
　　National Instruments
　　www.ni.com
　　Rockwell Automation
　　www.rockwell.com
　　Tegron
　　www.tegron.com
　　Wonderware
　　www.wonderware.com　
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　　制造单元加速细线的焊接
　　这个制造单元制备复杂的起爆器或触发器，用于汽车气囊，商业开矿和爆破以及军事、航空、航天用爆炸螺栓的注填剂等，这个生产线使用不少控制平台来达到高速生产，每个循环不到3秒钟。
　　该生产线有3台机器，27个过程和检验站以完成爆炸粉剂的配制，机械压力控制，机器视觉伺服控制，细线焊接电气测试和激光焊接等。

　　用于机器视觉引导的焊接系统的技术规格是：
　　■  50纳米  X-Y行程    n  0.0007英寸  位置容差  
　　■  0.0005英寸  线径
　　■  3～5克  线张力
　　■  0.4微米  持续跟踪测量的焊接
　　■  80克  焊接力
　　■  7轴运动控制
　　Automated Control system Inc承担设计和系统集成，DVT公司的有关产品用于机器视觉系统。

　　压环机密封灌装线上的罐头顶盖
　　这个机器识别、导向和将一个顶盖密封在茶罐外包装上，一个多摄像机视觉系统和电机控制器用于检验罐头侧上的性能特征标识，一个旋转刻度盘和气动机器人用来移动茶罐以通过这个检验区。所有的控制和逻辑集中于PXI总结的本地控制器。该独立的控制器用于顺序地馈送茶罐，通过检测其位置来控制交互作用。编程工具是National Instruments公司的LabView和Imaq image过程处理软件。硬件包括NI的PXI-1000B Generate通用机架，PXI-8175嵌入式控制器（WIN2000），PXI-6527Qty 3隔离的数字量I/O模块，PXI-1409 4通道黑白图像采集器和PXI-7342 4轴步进控制器。Innoventor公司承担设计和系统集成。