1、Title pagePC 控制控制:PC 兼容的开放式控制系统兼容的开放式控制系统 结构比较结构比较:传统方式与传统方式与PC PC 控制技术控制技术 新自动化结构新自动化结构:工业工业PCPC机作控制系统机作控制系统 执行执行:PCPC控制的基本任务控制的基本任务 PC PC控制控制:信息技术与自动化技术的结合信息技术与自动化技术的结合结构比较结构比较:传统方式与传统方式与PC控制技术控制技术传统的传统的 PLC 和和 NC 在自动化结构中在自动化结构中,PC 实现操作员界面实现操作员界面 处理处理 HMI 程序并完成通信任务程序并完成通信任务 在三个系统中它的在三个系统中它的CPU功能最强
2、功能最强 传统的传统的 PLC 带有协处理器卡的标准带有协处理器卡的标准 PLC I/0 通过现场总线或并行电缆通过现场总线或并行电缆LeistungDUDU.32 32 可视化界面可视化界面PLCNC控制控制 NC-对对PLC的位移控制的位移控制 位移闭环控制在专门的位移闭环控制在专门的NC硬件协处理器上执行硬件协处理器上执行 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的 在这个自动化结构中，在这个自动化结构中，PC 实现操作员界面实现操作员界面 处理处理 HMI 程序并完成通信任务程序并完成通信任务 在三个系统中它的在三个系统中它的CPU功能最强功能最强 协
3、处理器协处理器-PLC 标准的标准的PLC作成协处理器卡作成协处理器卡 I/O 通过现场总线通过现场总线Leistung NC-移动控制通过协处理器移动控制通过协处理器 在协处理器卡上执行移动控制在协处理器卡上执行移动控制 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的结构比较结构比较:传统方式与传统方式与PC控制技术控制技术 PLC 和和 NC 作成作成 PC 的协处理器卡的协处理器卡SteuerungDUDUSPSNC.I/O 驱动单元驱动单元现场总线现场总线可视化界面PLCNC结构比较结构比较:传统方式与传统方式与PC控制技术控制技术 在在PC上的上的PLC
4、 和运动控制和运动控制 优点优点 集中的结构提供了较好的灵活性集中的结构提供了较好的灵活性 接口少，效率高接口少，效率高 现场部件通常是非智能型的，不用设置即可被容易地更换现场部件通常是非智能型的，不用设置即可被容易地更换 在在PC上的上的PLC 具有硬实时能力的软件具有硬实时能力的软件PLC I/O 通过现场总线实现通信通过现场总线实现通信,支持所有标准支持所有标准 NC-在在PC上的运动控制上的运动控制 位移闭环控制在位移闭环控制在PC处理器上执行处理器上执行 位置测量和速度控制通过现场总线与位置测量和速度控制通过现场总线与 MC 循环时间同步循环时间同步 进行交换进行交换I/Ofor P
5、LC伺服伺服,FI,继电器继电器位置测量位置测量3 相相电机电机vs可视化界面I/ONC 移动控制移动控制IEC61131-3 PLC驱动单元驱动单元新自动化结构新自动化结构:工业工业PC 作控制系统作控制系统扫描仪扫描仪电话上网电话上网打印机打印机ProfibusInterbusCANopenDeviceNetLightbusSercosEthernet DOS/Windows NT/CEI/O 映射映射应用程序平台应用程序平台 操作员界面操作员界面 Scada Windows 应用程序应用程序程序开发平台程序开发平台 SystemManager PLC NC PTP NCI I/OServ
6、er PLCServer NC PTPServer NCI Server实时核扩展实时核扩展用户模式用户模式核模式核模式VGA显示器显示器ModemRS 232 C并行口并行口局域网局域网软软 盘盘硬盘硬盘新自动化结构新自动化结构:工业工业PC 作控制系统作控制系统 软软 PLC/标准标准 PLC 基准基准 系统能力和资源稳定增加系统能力和资源稳定增加!(仅仅!)在软件上实现在软件上实现:稳定而快速地执行稳定而快速地执行 基准基准:执行时间执行时间 混合的位和字指令混合的位和字指令 装载装载,存贮存贮,比较比较 基准基准:系统限制系统限制 软软PLC程序程序(兆字节兆字节)兆字节兆字节 标志存
7、储器标志存储器 极大的极大的 I/O 处理映象处理映象 (兆字节兆字节)80012001000800600400200070451523标准 PLCPC上的软PLC标准 PLC对对1000个个PLC指令的执行时间指令的执行时间快速 PLCPentium 233 AMD K6-2 333 Pentium III 600Execution time/s新自动化结构新自动化结构:工业工业PC 作控制系统作控制系统 软软 NC PTP 基准基准 系统设计系统设计:可优化循环时间和坐标可优化循环时间和坐标 数量数量 系统设计推荐系统设计推荐:大约大约 50%的负载用作的负载用作 NC-任务任务,剩余容量
8、用于剩余容量用于 PLC 和和 NT 下的下的 HMI 程序程序 基准基准:执行时间执行时间 具有外形轮廓具有外形轮廓 定位定位 附加位移闭环控制附加位移闭环控制 循环时间和执行时间循环时间和执行时间建立系统负载建立系统负载 执行时间执行时间/循环时间循环时间100=系统负载系统负载(%)在奔腾在奔腾III 系统上每个轴约需系统上每个轴约需13 s 执行时执行时间间350300250200150100 50015102030Execution time/s 52 s 75 s 132 s 252 s 370 s 400450在在 Intel 奔腾奔腾 III 500 MHz 系统上，软系统上，
9、软 NC PTP 对对 N 个坐标的执行时间个坐标的执行时间坐标数量坐标数量新自动化结构新自动化结构:工业工业PC 作控制系统作控制系统 PC 控制与传统控制的比较控制与传统控制的比较 传统控制组成传统控制组成 硬件硬件:可视化可视化 PC,PLC,NC/CNC 模块模块,微处理器系微处理器系 统统 软件软件:多个操作系统多个操作系统,编程语言编程语言,编程系统编程系统 接口接口:在硬件设备之间在硬件设备之间,在软件系统之间在软件系统之间,集中式配集中式配 电柜电柜 成本成本100%40%传统传统PCC复杂性复杂性传统传统100%60%PCC降低降低-40%降低降低-60%PC 控制组成控制组
10、成 硬件硬件:PC 和现场总线和现场总线,支持所有标准支持所有标准 软件软件:Windows NT 操作系统操作系统,PLC,NC PTP,NCI,倍福倍福 TwinCAT,应用程序应用程序:Windows 软件产品和软件产品和 C,C+,VB,Delphi 接口接口:标准化软件接口标准化软件接口,分布式配电柜分布式配电柜 优点：优点：成本低成本低 减少了组件减少了组件:可靠性增加可靠性增加,改善了互换性改善了互换性 降低复杂性降低复杂性:减少工程量减少工程量,把较多的时间把较多的时间 用于过程的优化上用于过程的优化上系统比较系统比较新自动化结构新自动化结构:工业工业PC 作控制系统作控制系统
11、PC 硬件是标准化的和可互换的硬件是标准化的和可互换的现场总线现场总线 I/O 通过现场总线实现标准化，因此可互换通过现场总线实现标准化，因此可互换因特因特x86 处理器系列和微软操作系统保持了连续性处理器系列和微软操作系统保持了连续性PC 控制提供了控制提供了 PLC,NC,闭环控制闭环控制,.-在标准硬件上完成项目应用在标准硬件上完成项目应用独立于硬件供应商独立于硬件供应商独立于硬件供应商独立于硬件供应商 对软件和专项技术的投资得到长期保护对软件和专项技术的投资得到长期保护某一厂家的所有设备采用同一个标准的硬件平台某一厂家的所有设备采用同一个标准的硬件平台 PC控制的基本任务控制的基本任务
12、 比较比较:传统传统 PLC 运行模式运行模式 标准标准 PLC:程序被周而复始循环地运行程序被周而复始循环地运行,固固定定 周期是运行模式之一周期是运行模式之一标准标准 PLC上上 一个程序的实时运行一个程序的实时运行 PLC 周期周期PLC 周期周期读输入读输入程序运算程序运算写输出写输出读输入读输入程序运算程序运算写输出写输出t 软件软件 PLC:预留了操作系统的计算容量预留了操作系统的计算容量 软件软件 PLC 以固定周期运行以固定周期运行,剩余的剩余的 PC 容量用于运行容量用于运行 Windows NT 和和 HMI 程序程序 PC 上上 一个一个 PLC 程序的实时运行程序的实时
13、运行PLC 周期周期PLC 周期周期读输入读输入程序运算程序运算写输出写输出Windows NT和和 HMI 程序程序读输入读输入程序运算程序运算程序运算程序运算读输入读输入写输出写输出t PC控制的基本任务控制的基本任务 在在 PC 上运行上运行 PLCWindows NT和和 HMI程程序序 PLC 任务任务 和和 NC 任务定时地通过多任务去运行任务定时地通过多任务去运行 周期性地获取周期性地获取操作系统的计算时间操作系统的计算时间Windows NT和和 HMI程序程序NC 服务服务PLC 服务服务在在PC 上上 一个一个 PLC 程序和程序和 NC 控制的实时运行控制的实时运行PLC
14、 周期周期(例如例如.2ms)PLC 周期周期tt PC控制的基本任务控制的基本任务 在在 PC 上运行上运行 PLC 和和 NCNC 周期周期(例如例如.1ms)NC 周期周期NC 周期周期NC 周期周期1ms2ms3ms4ms5ms例如例如.PC控制的基本任务控制的基本任务 TwinCAT 系统管理器负责系统管理器负责 I/O 连接连接 特性特性 连接连接 I/O 设备和任务变量设备和任务变量 连接连接 各任务之间的变量各任务之间的变量 相容数据域和过程映象的交换相容数据域和过程映象的交换 开放性开放性:支持所有支持所有(现场总线现场总线)标准标准 倍福倍福 Lightbus Profib
15、us InterBus CANopen DeviceNet Sercos 以太网以太网 TCP/IP PC 卡上的存储器接口卡上的存储器接口(DPRAM)在线分析在线分析 在线描述在线描述 在线观察窗在线观察窗 强制和写任务变量及强制和写任务变量及I/O 设备设备 PC控制的基本任务控制的基本任务 IEC61131-3 软件软件 PLC TwinCAT 先进的先进的 PLC-编程系统编程系统 5 种编程语言种编程语言 (语句表语句表;梯形图梯形图;功能图功能图;流程图流程图;结构文本结构文本)可以功能库可以功能库/功能块的形式连接功能块的形式连接 C 语言语言 强大的库管理强大的库管理 自由在
16、线调试自由在线调试 先进的先进的 PLC-调试器调试器 监视器监视器 流程控制流程控制,电力流程电力流程 单步运行单步运行,断点断点 观察表观察表 数据跟踪数据跟踪,示波器示波器 在线写在线写,强制强制,在线变更在线变更 通过通过 TCP/IP 实现世界范围的远程连接实现世界范围的远程连接 PC控制的基本任务控制的基本任务 TwinCAT NC PTP 执行执行 NC 运动控制运动控制 坐标结构坐标结构 最多最多 256 个坐标个坐标 无需坐标配置无需坐标配置 无需选择坐标类型无需选择坐标类型 无需测量映射系统和驱动无需测量映射系统和驱动 坐标类型坐标类型 伺服轴伺服轴:电动的电动的,液压的液
17、压的 步进电机驱动步进电机驱动 变频驱动变频驱动 坐标功能坐标功能 PTP 定位定位 主主/从功能从功能 电子变速箱电子变速箱 凸轮系统凸轮系统 飞轮前馈飞轮前馈 PLC 接口接口 坐标控制功能块坐标控制功能块 通过通过 NCPLC 结构实现结构实现 循环接口循环接口 0,00,20,40,60,8020406080100 速度速度 m/min时间 sec-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-2024681012 加速度加速度 m/sec/sec-202 跳变跳变 scaled to-1,0,+102004006008001000PTP:DYNAMICS 位置位置 mmPTP
18、 定位定位:s,v,a,da/dt坐标结构坐标结构通过功能块实现动作控制通过功能块实现动作控制 PC控制的基本任务控制的基本任务 对自动化的软件接口对自动化的软件接口 微软标准微软标准 ActiveX-组件组件:AdsOCX,DLL 访问方法访问方法:同步同步,异步异步,循环循环,更改报告更改报告 对对 Visual Basic,Visual C+,Delphi,等的接口等的接口.自动化的标准自动化的标准 OPC-服务器服务器(针对过程控制的针对过程控制的OLE)短时间访问短时间访问 本地本地/远程远程访问访问 OPC 用户端接口用户端接口,如如 Scada 系统系统 信息技术与自动化技术的完
19、美结合信息技术与自动化技术的完美结合全部集成于全部集成于NT 系统，利用所有系统，利用所有NT 提供的服务提供的服务机器机器 1服务工程师服务工程师机器机器 2机器机器 3PC-控制控制PC-控制控制PC-控制控制视频视频 监视监视用户现场用户现场服务器服务器服务器服务器PC 工作站工作站PC 工作站工作站客户工程师客户工程师无线局域网诊断无线局域网诊断用笔记本电脑用笔记本电脑ISDN,调制解调器调制解调器,互联网互联网远程网远程网无线无线 局域网局域网局域网局域网视频视频 监视监视视频视频 监视监视视频视频 监视监视ISDN,调制解调器调制解调器,互联网互联网信息技术与自动化技术的完美结合信
20、息技术与自动化技术的完美结合 通过通过 email 传递传递错误报告错误报告机器机器 1服务工程师服务工程师机器机器 2机器机器 3PC-控制控制PC-控制控制PC-控制控制用户现场用户现场服务器服务器服务器服务器PC 工作站工作站ISDN,调制解调器调制解调器,互联网互联网远程网远程网局域网局域网ISDN,调制解调器调制解调器,互联网互联网 分分为为 4 层的层的 IT 系统系统:基于基于PC 并并采用采用 NT 技术的系统技术的系统:管理层管理层 过程管理过程管理 过程监视过程监视 过程控制过程控制信息技术与自动化技术的完美结合信息技术与自动化技术的完美结合 对管理层和生产层的对管理层和生产层的 IT 集成集成局域网局域网IT 管理层管理层服务器服务器生产模型生产模型PC 工作站工作站PC-控制控制PC-控制控制PC用作传统用作传统PLCPC 工作站工作站 主控系统主控系统:基于基于NT 的的 PC 控制控制 PC 技术技术 I/O:开放的现场总线系统开放的现场总线系统
