个人计算机丢掉其漂亮外表

作者：Dan Hebert

欢迎访问e展厅 展厅 7 工业PC/工控机展厅 DCS卡, 平板电脑, 工控板, 单板机, 监控系统, ... 通过新的、更实用的外形结构，基于PC的控制得到越来越多的认可。控制系统工程师们被迫使用桌上型Windows系统的PC进行重要的过程控制。对于实时过程控制，不管是否合理，许多最终用户系统集成商都担心应用PC。许多工程师和技术人员的观点是：PC不可靠，他们中的许多人没看到在过程控制中有对PC的需要。美国Los Alamos国家实验室的车间工程师Paul Parker说 ：PC的系统开销比较高，这是因为Windows软件故障引起系统崩溃、障碍和重新启动等造成的。Paul Parker问：为什么会有这些苦恼？什么时候PLC的花费会少于PC？PC的优点是什么？ 为什么过程控制中使用PC而非PLC，我们对此有具体的理由。表1说明如果应用中需要的不仅仅是简单的离散和模拟控制时，选择PC不失为一种成本效益的方法。 即使这些原因中的一个或多个与你的应用有关，使用PC仍然是没有意义的，除非PC被证实是可靠的、便宜的、以及代替PLC或DCS的公认选择。 行业对PC的接受程度越来越高。基于PC的控制是离散零件制造技术的中流砥柱，这在汽车行业中十分显著。根据世界著名的技术市场研究公司Venture Development所说，在过程控制中，PC控制也有一个重要的快速增长。行业接受正在增长，但是怎样才能符合成本效益？ 办公用PC的价格每天都在下降，工业用PC的价格现在也有相同的趋势。几年前，工业用的PC和办公用的PC的价格比大约是4：1，但是现在他们的价格比已经下降到大约2：1，甚至更小。行业接受正在上涨，价格正在下降，所以在过程控制中应用PC的唯一障碍是PC的可靠性。不幸的是，在用户的使用中，对于基于PC控制的销售商和他们的支持者来说，这是一个最大的障碍，这主要是由于过去很少有基于PC控制的应用。 操作系统工作不正常 很难逃避历史，在过程控制中，PC有一个相当不成熟的过去。对于苛刻的过程控制，许多用户都喜欢应用低成本的桌上型电脑的PC操作系统，这常常导致损失惨重的结果。主要的问题区域之一是Windows操作系统。桌上型电脑的操作系统主要是为了非实时的和非关键的应用。较早期的操作系统版本（NT系统之前的版本）尤其受不清楚的故障、蓝屏死机、频繁的重启动等的影响。 在很大程度上我们已经通过基于PC的操作系统的应用减轻了这个问题的严重性。另外，各种各样的嵌入式版本的操作系统，比如CE和嵌入式XP系统，实时的PC操作系统也能在Linux操作系统中应用。比如VxWorks、QNX、LynxOS公司也能提供良好的实时操作系统。 这些系统的可靠性如何？美国西屋公司的Ovation DCS控制系统主机就是VxWorks操作系统，它并有一个冗余的PC可以运行。Ovation DCS控制系统经常被用在控制电力、水、废水车间，这些系统控制点的I/O超过10,000个。VxWorks操作系统也在美国宇航局（NASA）的火星登陆计划中应用。QNX操作系统习惯于在外科应用中控制机器手。 桌上型电脑的操作系统可能不太适合实时过程控制，但是其它的基于PC的操作系统就可以了。对于基于PC的过程控制，就只剩下最后一个障碍，那就是PC本身的可靠性。 坚固耐用的模块化 兼容机的设计目的并不是在苛刻的环境中连续运行，部分销售商选择了不知名的、外表不出众、但性能可靠的模块作为合适的代表。 美国SBS Technologies公司称，有关这个模块的大小问题，考虑到小的外形结构在与DIN导轨安装组合时，允许设计者放置基于PC的处理器在一个不容易被维修的地方。美国Automation Direct公司说，现在虽然我们仅仅让PC和PLC底板连接，但是我们正在研究独立的或者模块化的I/O点。模块化是好的，也是坚固耐用的。Online Development公司的负责人说，我们的基于CE的嵌入式控制器是一个带PLC功能的PC。很明显，嵌入式PC的销售商正在设法让用户们相信PC的坚固与耐用。 这个变化超出了纯粹的术语概念。与一个桌上型PC相比较，这些PC常常有完全不同的外形规格。除了模块化，其它的外形规格包括：插入式PLC底板卡片、机架式计算机和单板式计算机。 表2总结了桌上型PC和工业PC的一些关键区别。大多数工业PC不能满足所有的这些标准，但是所有的工业PC确保满足其中的一部分功能。应用中需要用户来选择有合适功能的PC。其次我们将考虑一些过程控制应用，看在哪里能用到这些耐用的PC。 一些有模块化的外形结构的新型工业PC，不仅缺乏和桌上型电脑的相似性，而且耐用、体积小。 我们设计的第一个控制系统就是基于PC控制的应用。我们承担一个陈旧设备的继电器、定时器和模拟仪表控制系统的重新设计。该控制系统需要广泛的过程控制、采用先进技术的HMI以及先进的控制。 我们的选择是简单的。可以用一个PLC进行过程控制，用一个有可视化软件的工业PC作为HMI，用一个自定义的单板计算机进行先进控制。或者用一个工业PC完成上述所有的事情。最后，我们决定用一个在DOS下能进行实时操作的PC。利用一个现成的软件包，它能与功能块控制、HMI、C++工具包相结合，来操作我们先进的控制算法。此外，我们还使用了一个标准总线的PC、一个工业监控器、Opto公司的Opto22 I/O器件。这个系统工作很正常，而且非常可靠，到目前为止，它是最低成本的选择方案。 编程标准的提高 IEC 61131标准定义了5种不同的编程语言：梯形图（LD）、结构文本（ST）、指令集（IL）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）。许多软件销售商经销使用基于这5种编程语言的Windows的软件包。它可以在PC上对应用进行编程，然后把程序下载到期望的目标平台或者控制器里。 在许多过程控制应用中，英国的Open Automation and Control公司使用ICS Triplex公司的ISaGRAF软件是符合IEC 61131标准的编程软件。该公司使用不同的PC，其中就包括Online Development公司的基于CE的控制器。 在一个有Windows操作系统的PC上配置系统后，ISaGRAF软件能被下载到任何一个实际的目标控制器里。Windows（NT/2000/XP/嵌入式NT/嵌入式XP）、Windows CE（版本3和.Net）、QNX、Linux（RTAI）、Venturcom RTX等操作系统也能直接支持。用户能把配置的应用在这些操作系统中下载下来，而不需要用户编程。 其它的平台和操作系统通过一个源程序工具包来支持。ICS Triplex公司的全球销售主任说，在任何操作系统或者任何平台上，我们为工具包提供示例源程序，它们能被用在控制器接口，以及比如警报、事件、趋势、网络等领域。我们的用户可以在任何他们想使用的地方放置这些控制器，包括PC、驱动器或者网络设备。 Open Automation and Control公司发现ISaGRAF/Windows CE平台比PLC更适合于过程控制。IEC 61131标准的开放性和基于PC的控制器能获得更好的解决方案。通常，PLC的I/O不能应付过程应用。 基于PC的控制器能与许多销售商的I/O一起应用。多个通讯接口允许不同类型的而且也是不同销售商的I/O同步应用。在过程控制里，好的算法和一个规则的执行时间是必须的，通常，PLC销售商在这些方面做的不够好。而在许多过程应用里，符合IEC 61131标准的功能块图表语言工作得却很好。任何符合IEC 61131标准的5种编程语言的同步和交互应用都是基于PC控制的一个主要属性。 Open Automation and Control公司认为他们应用了桌上型PC和工业PC，但是两者的选项是抵制的。一般情况下，PC是不耐用的。它能被安装在一个合适的外壳上，但是这是昂贵的，而且体积大。TECLA公司的基于CE的控制器结构非常紧凑、而且耐用。 美国HyRadix公司制造的气体处理设备能从天然气或者液化石油气中提取富氢煤气。富氢煤气通常在燃料电池和工业氢中广泛应用。HyRadix公司采用了PHOENIX CONTACT 公司的一套基于PC机技术的控制编程软件PC Worx。该软件采用PLC国际标准IEC 61131的编程语言软件包，这个软件包是专为基于PC机的逻辑控制器和Phoenix公司的Interbus总线控制器而设计的。HyRadix公司应用一个包含HMI的嵌入式CE平台作为目标控制器。 在HyRadix公司的系统中，模拟环路的控制是通过传统的PID回路和其它复杂的控制算法的组合来实现的。这个系统包括状态控制和过程故障处理逻辑，也包括有关数据原型和现场测试单元的数据资料记录的重要要求。现场测试单元对远程访问的要求是：在世界上任何地方都能对系统进行配置。 基于这些要求，最好的解决方案是基于PC机的控制。HyRadix公司的高级控制工程师Janus Kubinski先生说，与传统的PLC相比，带集成HMI（HMI界面是用微软公司的嵌入式VB语言开发的）的基于Windows CE的系统成为一个更有吸引人的解决方案。带HMI面板的PLC控制器的集成指明了我们产品的尺寸和成本的要求，在Windows CE环境中考虑了受限的但是足够的数据采集和相互连接性。 应用 美国华盛顿州Vancouver市的自动化控制系统公司应用工业PC，控制美国5个最大的水力发电设施。该公司声称这些发电厂的水力发电容量大约占美国发电总量的11%。自动化控制系统公司（ACS）正在其它7个发电厂安装基于PC的控制，它们的发电总量将占美国发电总量的6%。 在这些应用中，自动化控制系统公司应用了美国SoftPLC公司的250多个控制器。每个控制器都是奔腾133—266MHz的系统，并带32Mb的Ram和20—32Mb的固态闪存盘。SoftPLC公司的一些控制器有附加的通讯接口，目的是为了和功率测量计、调节器、励磁系统的集成。这个系统使用了MTL公司的30,000多个I/O点以及Intellution公司的96个监控和数据采集系统（SCADA）节点。 自动化控制系统公司的总裁说，基于PC的控制让我们应用最佳组合的组件，比如严格符合IEEE—472标准的I/O。我们还以Modbus Master通讯协议程序的形式在继电器梯形逻辑中增加了功能。即使当PLC提供Modbus通讯协议时，硬件设备的性质也使其增加的附加的通讯接口的成本十分昂贵，或者说不可能发生。 附加的要求包括保持SoftPLC的时钟和某一准时报告要求的辅助时钟同步。对SoftPLC指令系统的扩展部分是用Java语言编写的。SoftPLC给我们可靠的实时性能，并给我们一个能根据功能性和灵活性的要求几乎是无限的编程的能力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/24/2005)