控制系统连接更新

许多工业工厂和设施正在通过整合工业物联网(IIoT)元素和实施其他工业4.0计划来执行资产数字化项目。实现这些努力的一个关键因素是现场设备(如传感器和仪器)与高级计算平台之间的连接。连接通常是通过公司内部网和互联网。

现场设备通常使用操作技术（OT）通信协议和传统有线信号，而Intranet和Internet使用IT协议。因此，OT之间的桥梁是通信集线器的形式，这是适合于更新的可编程逻辑控制器（PLC）和人机接口（HMIS）的角色。

让我们看看如何使用plc和HMIs从OT现场设备连接到公司内部网和互联网，以及说明这些类型的应用的示例。

控制器连接

plc必须连接到各种各样的现场设备和其他组件，以执行传统的控制和监控任务。为plc提供输入的分立器件包括限位开关、位置开关、光电传感器和其他指示通断状态的元件。独立的PLC输出为电机，开/关阀门和其他开/关设备提供开关命令。为plc提供输入的模拟设备包括分析仪、仪器、rtd /热电偶和其他具有不同输入的组件。模拟PLC输出驱动变频驱动器、控制阀和其他设备在一定的速度或位置范围内运行，通常缩放为0到100%。

这些传统的离散和模拟连接对大多数类型的PLC应用都是常见的，在许多情况下增加了数字通信链路。从一个变频驱动器到一个PLC，只需一根数字通信电缆就可以用来交换信息，而不是安装一束电线和电缆。一组驱动器通常可以通过某种基于以太网的网络(如Modbus TCP)连接到PLC，从而进一步减少所需的布线和电缆。智能仪器和分析仪产生许多数据点，因此通常也通过网络连接到PLC。

不太常见的通信方法，但在某些应用中至关重要，通过RS232C / RS485网络进行串行。许多较旧的现场设备（例如称重尺度）可以仅提供这种类型的数字通信链路。一些PLC提供蓝牙和其他形式的无线连接，用于网络到兼容设备。

一些特殊的行业和应用，如楼宇自动化，通常需要支持BACnet/IP通信协议，这是许多较新的plc的特性(图1)。J1939是另一种特殊协议，通常用于连接工厂内的车辆，如叉车。

PLC使用这些通信方法来收集监视和控制的数据，也可以操纵和存储此数据。SD存储端口和MINI-B USB端口通常用于扩展的数据存储，并且可以通过公司Intranet和Internet和Internet与更高级别的计算平台进行更高级别的计算平台，均可通过以太网与更高级别的计算平台进行数据存储。

对于仅使用单个控制器来集中多个现场设备的应用程序，PLC作为通信枢纽工作得很好，但具有多个PLC和其他控制器的应用程序通常由HMI更好地服务。

控制中心

人机界面通常不会直接连接到现场设备，而是通过中间的PLC或其他类型的控制器与这些设备交换数据。对于具有少量I/O的应用程序，具有实时控制功能的HMI可用于提供节省空间的一体化自动化解决方案。

HMI通常需要同时与许多不同的控制器通信，这就需要支持多种协议(图2)。一些最常见的控制器类型通过数字数据链路连接到HMI，包括plc、变频驱动器和称重系统。

现代HMI通常为超过100个串行和网络工业协议提供支持，例如BACnet / IP，Modbus RTU主/从和Modbus TCP / IP。用户应该查找能够同时支持多个协议的HMI，因为这允许具有许多源和系统的持续数据交换。

HMI不仅可以连接到许多不同的数据源，它还可以提供板载数据存储，以及通过插入USB和SD存储卡端口的设备进行额外存储。

可以格式化所有这些存储的数据，以便与资产管理系统，企业资源规划系统和其他更高级别的计算平台进行交换。这些通信通常通过以太网进行实时数据交换。

对于累积数据的定期传输，文件传输协议（FTP）功能可以在本地存储器，外部存储器设备或基于云的文件，数据库或数据存储平台之间复制或移动文件。FTP提供了一种方便且有效的远程文件传输方法，并由大多数上层计算平台以及一些新的HMI支持。

监控移动资产

许多工厂和设施使用叉车、卡车和其他工业车辆将人员、设备、原材料和物资从一个地点转移到另一个地点(图3)。这些工业车辆资产自然具有自己的自动化系统来监控和控制操作。这些系统通常为J1939协议提供支持，一些plc也是如此。

在典型应用中，可以通过J1939协议将PLC直接添加到车辆上并与其车辆本地控制系统与其通信。在这些实例中，使用组合PLC / HMI单元通常有助于，因此驱动程序可以查看操作状态详细信息并接收消息。

可以添加互锁和其他编程，因此仅在车辆处于运动时显示某些类型的关键信息，例如警告以减少速度，仅在车辆静止时可访问其他信息。PLC / HMI单元可以通过有线或无线链路连接到资产管理系统以进行数据交换。

在另一种应用中，在换班结束时，车辆将通过J1939通信手动连接到PLC。这将允许车辆传输其运行状态，如里程，电池寿命和其他运行参数的PLC。PLC将依次将这些信息发送给资产管理系统，通常通过以太网链路。如果在车辆和PLC之间添加无线通信，当车辆移动时，数据可以通过J1939协议发送，增加了另一层功能。

BACnet建筑

商业和工业建筑和设施通常包含大量的包装装置，如暖通空调、空气净化、水软化剂、锅炉、冷水机、冷却和过滤系统(图4)。每一个装置通常都有自己的本地控制系统，所有的设备都与中央控制和监控系统相连。

从这些设备到中央系统的连接可以用硬线连接，但这只能提供有限的数据交换，并需要广泛的布线和电缆。一个更好的方法是使用BACnet/IP进行数字数据交换，BACnet/IP是大多数楼宇自动化打包单元以及许多人机界面和plc都支持的协议。

这允许HMI、PLC或两者都用于监控和控制，并用于多个封装单元之间的协调。与通常缺乏灵活性和特性的专有建筑管理系统相比，将各种系统与这种类型的解决方案集成是一个重大改进。

与其他应用程序一样，HMI或PLC可以将子系统连接到更高级别的计算平台，例如建筑物的资产管理系统，通常通过以太网连接。

最后的话

plc和hmi具有正确的连接和通信功能，非常适合将现场设备和设备连接到更高级别的计算系统，除了提供常规监控功能外，还提供双重功能。当以这种方式使用时，不需要购买、安装和集成新的通信硬件或软件，降低了成本和复杂性。

这篇文章发表在IIoT为工程师补充的控制工程和设备工程．请参阅下面补充的其他文章。