工业控制器的选择:超越基础

大多数工业控制器，如可编程逻辑控制器(plc)和可编程自动化控制器(pac)，可以处理基本功能，如实时控制离散和模拟输入/输出(I/O)连接。事实上，这种类型的功能对于大多数控制器都是给定的，主要关注的是处理所需数量的I/O点的能力，这通常很容易确定。

当指定工业控制器时，关注点往往转向其他功能，如数据处理、通信和高速控制。识别选择和实现控制器所需的功能以及功能如何改进设计的知识会有所帮助。

数据处理功能

具有高级基于标签名编程的现代控制器具有各种数据处理功能，包括内置的数据日志记录。一些高级控制器还可以与企业级系统(如企业资源规划(ERP)系统)中的标准数据库进行交互。

将数据直接记录到连接到控制器的USB存储设备上是一项重要功能，并且通常是许多应用程序的要求。带有数据记录器功能的控制器通常支持格式化的USB笔式驱动器或MicroSD卡，每个都有高达32gb的存储空间。

数据日志记录通常是基于事件或计划的。事件由状态变化触发，例如布尔标记的边缘转换。计划的数据日志记录被配置为定期发生，例如每分钟、每小时、每一天或每一个月。

可以记录的标记的数量通常是有限的，但是对于每个计划或触发的事件，至少应该存储50个标记值。系统错误也应该存储，包括错误或事件的时间和日期。日志文件名应该是可配置的，或者根据用户的偏好自动生成。

除了本地数据记录，一些控制器还可以与信息技术(IT)企业系统通信。一个例子是连接到控制器的OPC服务器。这允许服务器从工厂地面的控制器收集实时数据，并检索、添加、删除和更新标准数据库中的数据记录。这是通过支持与Microsoft Access兼容的数据库、结构化查询语言(SQL)服务器或开放数据库连接(ODBC)的连接来实现的。

市场上的一些软件工具，包括KepWare KEPServerEX，允许用户在IT企业系统和PLC之间建立连接，允许从PLC收集数据并保存在数据库中。这些服务器的配置工作通常是最小的，用户可以选择只收集他们的流程所需的数据。

这些数据库功能为跟踪物料移动和生产指标提供了实际应用。执行实际生产任务的控制器可以跟踪车间进度，以确保制造时间得到优化。它还可以跟踪材料的消耗。这些信息可以用来调整库存，以确保材料在需要时可用。

这些功能还可以用于跟踪产品从开始到结束的状态，在部件或产品制造时记录生产数据。最终产品的状态被保存，数据库内置的日期/时间戳功能可用于满足质量保证或审计需求。

通信能力

选择自动化控制器时要考虑的另一个重要特性是通信能力。应该提供多个以太网和串行通信端口，以便与人机界面(hmi)、电机驱动器和其他设备轻松集成(图1)。

这些高速以太网端口也可以用于点对点(P2P)或业务系统组网。这就需要对EtherNet/IP (ODVA)和Modbus TCP/IP以太网协议的支持。

其他通信端口应提供USB in/USB out, Mini USB, MicroSD，远程I/O, RS-232和RS-485连接。

这些连接可以实现简单的编程访问，连接到高速设备(如驱动器)，以及用于操作员监控的HMI集成。它们还支持发送电子邮件、扫描仪/客户端和适配器/服务器连接，以及用于远程访问的其他通信功能。

远程监控应用程序允许用户使用Wi-Fi (IEEE 802.11x无线)或蜂窝网络连接到控制器。远程用户可以通过在标记数据库中为远程访问而配置的用户标记监视本地控制器。

现代控制器应该内置了安全性，其中远程功能必须在与远程访问相关的硬件配置中启用，并选择数据库中的每个标记以启用远程访问。此外，对于任何可以从互联网访问的设备，强烈建议使用防火墙来确保安全。尽管控制器的远程访问功能可以并且应该配置密码保护，但由于互联网安全风险，安全加密的VPN连接是最佳实践(图2)。

与远程控制器访问相关的另一个保护功能是将帐户和IP地址分离，配置为允许用户在获得远程访问连接的情况下上传、下载或编辑程序。一个帐户不应该同时允许远程监控和程序修改。

控制器应该支持远程监控应用程序，并包括必要的安全性。授权用户应该能够将他们的智能手机或平板电脑连接到控制器上，通过Wi-Fi或蜂窝网络进行实时远程监控。

控制器中附加的web服务器功能允许通过系统标记、错误日志和事件历史进行远程故障排除，并允许远程用户检查记录在控制器u盘或MicroSD卡上的数据文件。

高速控制

驱动现代控制器选择的另一个特征是控制运动和其他高速应用的能力。执行这些功能需要高速I/O，还需要强大的处理器和对高速任务进行优先级排序的能力。

虽然有些控制器提供多个运动轴之间的协调，但即使是两个轴之间的协调运动通常也需要特殊的硬件和内置控制器功能。启动时，需要高速输出(HSO)模块和高速输入(HSI)模块。HSO模块生成脉冲和方向命令，命令伺服驱动器操作两个或多个伺服电机。这些脉冲和方向命令可以控制各种应用程序，如裁剪长度，拼接和协调x-y轴移动。

注册功能也可以用于HSO模块生成的移动命令。注册功能可以使用模块内置的I/O触发多个内部和外部基于位置的事件。通过HSI模块的传感器输入可用于触发移动的开始或停止，捕获编码器反馈位置，或打开/关闭或脉冲输出。

可编程鼓开关(PDS)和可编程限位开关(PLS)提供额外的高速控制功能。PDS能够以高达1 MHz的速率监控编码器等多种设备。这些输入信号用于协调和控制输出，速度可达每秒数万次。这种类型的硬件配置提供了独立于控制器扫描时间的精确运动控制，该时间可以根据处理器负载而变化。

PLS指令的工作原理类似于带限位开关的机械旋转凸轮，但凸轮的虚拟形状可以实时控制。由于此函数通常与HSI一起运行，因此它完全独立于处理器负载和相关扫描时间，从而为高速应用程序提供准确且可重复的计时。

数据记录，通信，运动

在选择plc、pac和其他工业控制器时，用户需要考虑的不仅仅是基本的控制和I/O要求。对于许多应用程序，控制器(图3)还需要大量的数据记录和通信功能，以及对高速应用程序(如协调运动)的控制。

韦恩珀克他是自动化控制集团产品经理。由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程， CFE传媒，mhoske@cfemedia.com．

关键词:工厂自动化控制器

工厂自动化控制器的选择应该更多地依赖基础知识吗

控制器协助数据处理，沟通

高速运动控制是一个工厂控制器函数。

考虑一下这个

现有的控制器可能工作得很好，但现代功能失去了什么竞争力?

回到基础:缩略语

本文中的缩略语包括:

CPU:中央处理器

GB: GB是1000mb(原来是1024)，1mb是100万字节

I / O:输入/输出

IP:互联网协议

IT:信息技术

兆赫:兆赫，100万赫兹

MicroSD:微型安全数字

ODBC:开放数据库连接

ODVA:开放的DeviceNet供应商协会，现在称为ODVA，代表多种工业网络协议，包括EtherNet/IP工业以太网协议。

OPC:过程控制的OLE (OLE:对象链接和嵌入)，来自OPC Foundation

PAC:可编程自动化控制器

PLC:可编程逻辑控制器

SQL:结构化查询语言，用于关系数据库通信

TCP/IP:传输控制协议，Internet协议

USB:通用串行总线

VPN:虚拟专用网

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作者简介

Winn Paulk是AutomationDirect的自动化控制组产品经理。他在多个行业从事各种自动化设备的设计、编程、安装、维护和维修超过25年。他10年前加入AutomationDirect，担任技术支持工程师，并在自动化控制集团担任了7年的产品工程师。在加入AutomationDirect之前，他曾在多个行业工作，包括工业织物、压铸和机械加工、装配和建筑产品。

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