淺析新型PLC控制系統(tǒng)在TCO鍍膜生產線中的應用

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，具有開放標準的系統(tǒng)平臺，應用靈活，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鍍膜生產線中實際應用的新型控制系統(tǒng)為例，討論其在工程中的應用優(yōu)點和發(fā)展前景。

1 操控一體化PLC控制系統(tǒng)

1.1 應用簡介

TCO鍍膜設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)控制變得較為復雜。而貝加萊推出一種新的控制理論APROL，其目標就是擺脫這種“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是貝加萊一體化設計理念的延伸產品，它集操作、顯示、控制、通信于一體，內置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、安全應用開發(fā)、回路調節(jié)算法設計、行業(yè)工藝算法集成、液壓控制、網絡構建與開放的總線連接；

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

Automation Studio軟件除支持標準的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)。倍福公司產品范圍包括各種工業(yè)PC、EtherCAT I/O端子模塊和現場總線組件、驅動技術以及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，為產品生產過程中的每項任務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設計的軟PLC運動控制解決方案。采用一種基于以太網的高速EtherCAT現場總線，它可為有嚴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，一臺為服務器，負責數據采集及處理工作；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的調整和控制。PLC控制器和現場控制模塊之間的連接全部采用基于以太網的高速現場總線EtherCAT來實現。

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還支持結構化文本語言。結構化文本語言（ST）是一種用結構化的描述文本來描述程序的類似于高級語言的編程語言。在多數大中型的PLC控制系統(tǒng)中，常采用結構化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量之間的復雜關系，還可實現其他編程語言較難實現的用戶程序編制。

3 嵌入式S7-mEC控制器

3.1 應用簡介

TCO鍍膜生產線玻璃自動上下片設備，可實現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)，具備當前最新的嵌入式PC處理器技術和操作系統(tǒng)。它包括基礎模型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計，結合了目前尖端PC技術優(yōu)勢，并經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備共用一個SIMATICS7-mEC控制器，由于上片和下片設備之間距離較遠，中間通過網絡交換機和光纖完成通訊連接。控制系統(tǒng)中所有設備的通訊均采用ProfiNET協議，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，可使設備的故障診斷更加靈活，同時網絡擴展也非常方便。上下片設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

長期以來，PLC控制廣泛應用于各種自動化控制領域，為過程控制系統(tǒng)提供了可靠的應用保證。但隨著信息技術的不斷發(fā)展，涌現出各種基于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，還可以完全融入網絡時代的信息系統(tǒng)中。因此，新型PLC控制器技術發(fā)展迅猛，以倍福等為代表的各廠家紛紛推出自己的產品，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綜合知識及應用[J].科技信息,2010(08).

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

［3］卞海玲.淺談PLC技術的發(fā)展及應用[J].現代制造技術與裝備,2010(02).

［4］謝振東,張繼福,李金順,矯書華.淺談PLC在工礦控制領域應用中應注意的問題[J].中國新技術新產品,2009(13).