合适控制器的挑选

设备控制器种类众多,本文将介绍如何挑选最适合您应用的设备控制器。

用于机器自动化的控制器非常多。你可以为应用选择一个与之匹配的控制器。然而,过多的选择也会引起混乱。本文将介绍一些最好的控制器,并指出每个控制器最适合哪种应用。表中列出了每个控制器的主要特性,这可以为你提供指导。

让我们自下而上介绍第一类控制器,它们能迅速提高功能性和连通性。

继电器更智能

继电控制器刚问世时非常简单,只适用于有继电器和定时器的地方。现在其性能已经接近微型PLCs,使其成为控制简单机器的更好选择。据IHS研究公司称,这些扩展功能导致需求增加,2014年售出继电器约120万台,预计全年增长率为6%。

图1. 智能继电器一般提供一个完整显示屏,而且往往还有一个外部显示屏显示相同的信息。(感谢IDEC公司提供的所有图片)

大多数智能继电器配备一个前面板字母数字显示屏(图1)以及一个可选的外部文本显示面板。通常情况下两个显示屏显示相同的信息。当主机被安装在控制外壳内、无法在正常运行期间被看见时需要使用外部显示屏。

虽然大多数智能继电器可以通过其完整显示屏或外部显示屏编程,但更常见的方法是使用PC编程软件,在购买智能继电器时通常会免费赠送PC编程软件。编程后,智能继电器的报警设置和其他数值等设定通常可以通过其完整显示屏或外部显示屏进行修改。

新款智能继电器拥有一个以太网端口,而不是串行或专用的通信协议端口。该端口可用于连接PC进行初始编程,然后在完成编程后连接到其他设备。其他设备可能包括外部文本显示面板、其他智能继电器或以太网交换机。

一些新款智能继电器具有内置网络服务器功能,可以进行网页编程并存储于继电器中,能使用任何网络浏览器进行远程访问。此功能通过互联网将智能继电器与全世界连接起来,使其便于远程访问。一些供应商正在编写智能手机的应用程序,它可以通过苹果和安卓手机与智能继电器通信,这大大提高了远程访问的速度和便捷性。

梯形逻辑或功能块是可选的编程语言,使用它很容易为简单操作编写有效的程序。内部程序的存储空间有限,所以操作不能过于复杂。过去的智能继电器I/O是完全离散的,但是现在一些新型继电器已经配备了模拟I/O。

至于允许的最大I/O数量,IDEC公司新推出的FL1F智能继电器通过其基本型号和扩展型号能处理多达60个I/O。这60个I/O包括了多达24个离散输入,20个离散输出,8个模拟输入和8个模拟输出。

如果该数量的I/O还不够或者还需要图形显示或更精密的控制等其他功能,就只能进一步选择PLC或PAC。

PLC主导市场

可编程逻辑控制器(PLCs)和可编程自动化控制器(PACs)是驱动全球机械控制的主要动力,这是有原因的。首先PLC作为继电器的替代品于上世纪六十年代问世,这些控制器随后主宰了机械控制市场。在整个PLC/PAC领域,IHS估计2014年的销量为800万台左右,并预测增长率为7%左右。

虽然没有明确定义PLC与PAC之间的区别,但IHS和其他一些公司将它们归为一类,而PAC的功能比PLCs更多,特别是对于控制非常复杂的系统。PACs能实施高级的运动控制,集成视觉系统并完成对模拟回路的高级控制(可能给PLC增加不必要负担的一系列任务)。

这些控制器的范围从配备了大约32个内置I/O点的微型PLCs到能够处理成千上万个I/O的全能PACs。例如,图2所示的PLC可以处理多达492个I/O。

PLCs和PACs可以选择多种操作界面。第一种是供应商的操作界面图形终端,它一般通过一个专用接口连接到控制器。第二种是嵌入式人机界面,它包含在某些类型的嵌入式平台上运行的第三方人机界面软件。第三种是基于PC的人机界面。

PLCs和PACs通过PC软件进行编程,对程序进行任何修改都需要使用PC。编程PC一般通过一个以太网端口连接到PLC或PAC。虽然没有PC无法修改程序,但许多参数可以通过操作界面装置进行调整,比如设定值和报警值。如果操作界面装置是基于PC的人机界面,这时还可以使用PC进行编程。

PLCs和PACs能控制几乎所有机械。现在许多PLC和PAC配备了内置PID和运动控制。充足的板载内存使其可以实时而高速的控制多个I/O点和控制回路,即使是多轴运动控制这样的复杂应用。

I/O范围可达数万个点,包括多种类型的本地和远程I/O模块。具有高速扫描功能的特殊I/O模块可以处理高速应用。如果要求很高精度可使用高分辨率模块。远程I/O模块通常包含在机械的安装版本内,无需安装机柜。

网络的选择众多,几乎所有PLCs和PACs都配备了多个以太网端口,并支持各种以太网协议。通常基于这些端口的通信可以采用脚本语言进行编程,执行这类任务时它比梯形逻辑更强大、更容易使用。

说到编程,这些控制器支持IEC 61131编程语言,包括梯形图、功能图、结构化文本、指令表和顺序功能图。

即使拥有所有这些功能,一些应用仍然要求更高的性能,这让工业计算机成为了最佳选择。

强大的PCs

在机器控制领域工业计算机(IPCs)是最好的,它结合了PC的性能、连接性与PLC的耐用性。相应地,其成本也很高,仅适用于要求最高的应用。

如今许多现代工业计算机都有机架安装版本,这使其在外观和形状上类似于PLC或PAC。IPC I/O也很相似,可以选择本地机架安装和远程版本,并且很容易扩展到成千上万个的I/O点。IPC对所有控制器都是最开放的,因此可以添加几乎任何类型的I/O,通常是通过增加插入卡来处理特定协议。

由于IPC非常开放,所以非常易于连接,它能够连接到几乎任何类型的人机界面、控制器、视觉系统或上层的计算平台,如数据库、ERP系统、制造执行系统。

就像PC一样,IPC也可以被配置成虚拟机,这意味着它可以同时运行多个操作系统。例如,一个实时操作系统用于控制,一个Windows操作系统用于运行人机界面,而第三个操作系统用于执行机械视觉等专项任务。

在编程语言方面,IPC适用于所有IEC 61131语言以及C++、Virtual Basic等PC语言。由于可以使用多种不同语言,IPC编程软件的费用通常相当高。

可以按需求扩展程序和数据存储内存,执行大型实时控制程序并存储制造数据。存储数据的方式也很多,包括内部磁盘驱动器、光盘和跳转驱动器。

让IPC更划算的方法是将控制与人机界面功能相结合。完成这一结合后只需一台工业监控就可以创建强大的图形界面。这一概念正在以PLC+HMI组合单元的形式逐渐应用到更多应用中,正如在专业控制器边栏中讨论的一样。

机械控制的三个主要选择是智能继电器、PLC/PAC和IPC。每个选择都有其优点,因此做出正确选择将有助于降低成本与复杂度,同时为具体应用提供所需的性能。

本文作者Don Pham是IDEC公司的产品经理。

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