汽車設(shè)備中基于PC的自動(dòng)化控制

李嘉陵

摘 ?要：采用PC-Based ControL控制思想的產(chǎn)品比較多， WINAC Basis，winac RTX， Slot-PLC、WinCAT、SoftLogix、Visual Logic Controller、FactorySuite/ InControl、PARADYM-31 4.0、Think&Do等產(chǎn)品是其中比較突出的。本文想就其中的二種系統(tǒng)進(jìn)行介紹：

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì);基于PC-based控制技術(shù)的概述;基于PC的自動(dòng)化展現(xiàn)了美好的應(yīng)用前

我國(guó)汽車工業(yè)正處于高速發(fā)展階段，產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)汽車設(shè)備的自動(dòng)化控制程度提出了越來越高的要求，基于PC的自動(dòng)化控制運(yùn)用對(duì)汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化具有重要的意義，是現(xiàn)代化汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

一、自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì) 目前工業(yè)自動(dòng)化正在經(jīng)歷一個(gè)快速變革的時(shí)代。面對(duì)來自全球化經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，包括汽車企業(yè)在內(nèi)的很多企業(yè)都面臨著提高工廠的生產(chǎn)效率、降低庫存、減少開銷等挑戰(zhàn)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，在自動(dòng)化系統(tǒng)中采用新一代的硬件和軟件是必然選擇。

在工業(yè)和制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中，我們經(jīng)歷了繼電器或電子線路控制方式、單板機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)控制機(jī)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等多種形式。應(yīng)該說，它們都得到或正在廣泛的應(yīng)用，擁有大量的用戶和實(shí)例，也有許多熟練掌握其使用規(guī)律的工程技術(shù)人員。隨著工業(yè)及制造業(yè)向規(guī)模化方向的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化程度的要求越來越高，又由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及IT技術(shù)的大規(guī)模的普及和應(yīng)用，控制技術(shù)得到了飛速發(fā)展。綜合國(guó)外的發(fā)展動(dòng)態(tài)，我們可以看到如下趨勢(shì)：

1、標(biāo)準(zhǔn)化的程度加深

任何技術(shù)都不可能獨(dú)霸天下，各廠家是既相互競(jìng)爭(zhēng)又相互合作，目前，一些大的自動(dòng)化廠商都滿足如下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）IEC 61131-2 工業(yè)可編程控制器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

（2）IEC 61000-3 電磁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)

（3）IEC 61000-4 高頻干擾

（4）IEC 204-1 機(jī)械安全性標(biāo)準(zhǔn)

（5）IEC 9001 包含設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試、安裝服務(wù)的質(zhì)量體系工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

2、計(jì)算機(jī)能力的集成

傳統(tǒng)的邏輯順序控制功能已不能滿足當(dāng)今工業(yè)控制任務(wù)的需求，必須具備計(jì)算機(jī)的能力，如系統(tǒng)的快速響應(yīng)來滿足系統(tǒng)的高速需求、系統(tǒng)分時(shí)特性來滿足系統(tǒng)的多任務(wù)設(shè)計(jì)、編程語言的高級(jí)化來滿足設(shè)計(jì)人員的不同層次、較大的存儲(chǔ)空間滿足較大的應(yīng)用程序的需要。

3、智能分布式

計(jì)算機(jī)控制思想和系統(tǒng)的開放性、兼容性整個(gè)控制系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體可分為 管理層、控制層、現(xiàn)場(chǎng)層三層。而控制層和現(xiàn)場(chǎng)層是控制系統(tǒng)的靈魂，必須具有標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線模式、智能分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。使系統(tǒng)的可擴(kuò)展性良好，無論點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展，還是對(duì)多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持都具備模塊式結(jié)構(gòu)。通過上面的分析，我們可以得出幾個(gè)結(jié)論：

（1）工業(yè)控制機(jī)（IPC）和計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS）和PLC正在相互 融合。

（2）智能式分布控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線得新型控制思想，而PC-Based Control系統(tǒng)以其開放的結(jié)構(gòu)易于通訊的特性越來越受到人們的重視，它代表著自動(dòng)化領(lǐng)域的創(chuàng)新和變革。

二、基于PC-based控制技術(shù)的概述 目前，采用PC-Based ControL控制思想的產(chǎn)品比較多， WINAC Basis，winac RTX， Slot-PLC、WinCAT、SoftLogix、Visual Logic Controller、FactorySuite/ InControl、PARADYM-31 4.0、Think&Do等產(chǎn)品是其中比較突出的。本文想就其中的二種系統(tǒng)進(jìn)行介紹：

其一是SIMATIC基于PC的自動(dòng)化控制解決方案：是指將控制、HMI、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理以及所有運(yùn)行在一個(gè)通用的PC平臺(tái)上的集成化解決方案。每一個(gè)自動(dòng)化解決方案的核心是它的控制器。西門子在基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制器是 SIMATIC WINAC（Windows Automation Center），WINAC是一個(gè)對(duì)于西門子基于PC自動(dòng)化的解決方案的集成平臺(tái)。能與SIMATIC的所有產(chǎn)品有機(jī)的集成在一起。具有以下特點(diǎn)：WINDOWS NT與 SIMATIC WINAC 的結(jié)合性較好，通過 WINAC ODK （開發(fā)的開發(fā)工具）、COM/DCOM和OPC技術(shù)，易于與運(yùn)動(dòng)控制、視頻控制、人機(jī)界面和其他PC任務(wù)相集成，采用先進(jìn)的PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線和ET-200分布式I/O技術(shù)，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。SIMATIC WinAC 根據(jù)功能需要，WinAC可以分為幾個(gè)組件： WinAC控制（Controlling）組件可以使使用者象使用可編程控制器（PLC）一樣，使用個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行過程控制。為進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用其它技術(shù)，SIMATIC WinAC ODK（開放式開發(fā)工具包）可以集成運(yùn)動(dòng)控制、視頻系統(tǒng)和用戶定義的C/C+ + 代碼程序，以支持任何用戶開發(fā)的擴(kuò)展程序、專用程序庫和附加程序包。 SIMATIC WinAC包括三種類型的產(chǎn)品：SIMATIC WinAC Basis是運(yùn)行于標(biāo)準(zhǔn)Windows NT的軟件PLC，特別適合與有大量 的數(shù)據(jù)處理，如 復(fù)雜配方、產(chǎn)品檢測(cè)、質(zhì)量分析、物料跟蹤等，而無特別精確的時(shí)間要求的自動(dòng)化系統(tǒng)。對(duì)于需要高度的確定性和實(shí)時(shí)性的自動(dòng)化系統(tǒng)，如運(yùn)動(dòng)控制、高速I/O和快速閉環(huán)調(diào)節(jié)的控制任務(wù)，WinAC RTX 基于微軟認(rèn)證的Windows NT實(shí)時(shí)擴(kuò)展內(nèi)核VenturCom，是用戶的理想選擇。 對(duì)于置于PC的PCI擴(kuò)展 總線 的插槽型PLC。它能做到控制任務(wù)獨(dú)立于Windows NT，操作性能和指令集基于S7-400 CPU，插卡上集成了MPI、DP通訊接口，適用與西門子工業(yè)控制PC和普通商用PC，其模塊 插件連同電源擴(kuò)展板只需要一個(gè)PCI擴(kuò)展插槽，極大的節(jié)省了安裝空間。電源擴(kuò)展板選件用于提供獨(dú)立于PC電源的供電，使WinAC SLOT在無PC斷電時(shí)也可以正常 運(yùn)行。存儲(chǔ)器卡選件可通過電 池后備對(duì)處理器 數(shù)據(jù)進(jìn)行保持。適合于對(duì)控制的確定 性、有效性和可靠性 有較高要求的應(yīng) 用場(chǎng)合。

其二是美國(guó)的Entivity Inc.公司提供給用戶的產(chǎn)品是Think & Do5.2解決方案，它是組成Entivity Inc.公司PC-Based Control系統(tǒng)的核心軟件。在普通的PC機(jī)（或工控機(jī)）上安裝了Think & Do 以后，通過I/O卡（及各種流行總線網(wǎng)卡）或串口連接各種I/O硬件就可以組成一個(gè)完善的控制系統(tǒng)，它既可以用來做順序控制又可以用來做過程控制，還可以用來做數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該軟件具有以下的功能，如流程圖邏輯控制（包括運(yùn)動(dòng)控制、PID回路控制及串行通訊）、集成的人機(jī)接口（HMI）、支持多種I/O網(wǎng)絡(luò)及流行的現(xiàn)場(chǎng)總線、標(biāo)簽名數(shù)據(jù)庫、在線調(diào)試及修改工具等。邏輯控制的編程方式采用簡(jiǎn)單易用的流程圖方式，與人們常用的傳統(tǒng)的梯形圖邏輯相比，它有極好的可讀性以及簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)。Think & Do軟件的另一個(gè)重要功能就是人機(jī)接口（HMI），這個(gè)功能與市場(chǎng)上流行的各種監(jiān)控軟件的功能是相同的。它可以和流程圖控制邏輯同時(shí)開發(fā)，并為用戶提供友好的操作員界面及動(dòng)態(tài)的、圖形化的流程顯示、操作控制、參數(shù)記錄、故障報(bào)警、系統(tǒng)診斷等功能。

三、基于PC的自動(dòng)化展現(xiàn)了美好的應(yīng)用前 我們可以看到采用基于PC的自動(dòng)化有很多的優(yōu)點(diǎn)如：快速項(xiàng)目組態(tài)在PC上完成;使復(fù)雜的通訊接口簡(jiǎn)單化;與PLC/PC上下位機(jī)的解決方案相比的價(jià)格優(yōu)勢(shì);通過PC不斷增長(zhǎng)的性能和存儲(chǔ)能力，提高生產(chǎn)率; 系統(tǒng)獨(dú)立于制造商的標(biāo)準(zhǔn)，而采用通用的標(biāo)準(zhǔn)和用戶的標(biāo)準(zhǔn);人機(jī)界面與控制相集成的緊湊解決方案，節(jié)省了安裝空間;分布化的自動(dòng)化解決方案變得簡(jiǎn)單易行;將生產(chǎn)過程與辦公世界相集成;大量的減少了連線和通訊負(fù)荷。用戶越來越多的需求，是在PC上集成Internet和Intranet技術(shù)，這為基于PC的自動(dòng)化展現(xiàn)了美好的應(yīng)用前景。 我們可以看到基于PC的自動(dòng)化現(xiàn)在正迅速的增長(zhǎng)。在PC的幫助下，可以在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上真實(shí)的實(shí)現(xiàn)任何自動(dòng)化任務(wù)，如開環(huán)和閉環(huán)控制、人機(jī)界面和運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng)在一個(gè)應(yīng)用中，除了傳統(tǒng)的PLC任務(wù)外還需要有其它PC的任務(wù)時(shí)，基于PC的自動(dòng)化當(dāng)是用戶的第一選擇。