在過去的幾十年里，可編程邏輯控制器(PLC)一直被廣泛用于自動化領(lǐng)域，而在可預(yù)知的未來，PLC仍將長盛不衰。面向離散控制而設(shè)計PLC的實際上已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域一個具有偉大意義的統(tǒng)治性工具。

然而，隨著工業(yè)用機(jī)器和工廠系統(tǒng)的復(fù)雜性的增加，PLC已經(jīng)很難而且也不可能成為完成所有自動化任務(wù)?，F(xiàn)在的自動化系統(tǒng)已經(jīng)超越了PLC的功能范圍，使得工業(yè)機(jī)器領(lǐng)域的工程師必須在自動化系統(tǒng)中集成更多更先進(jìn)的I/O、處理和控制策略。

新的可編程自動化控制器(PAC)硬件系統(tǒng)就是這樣一個非凡的PLC系統(tǒng)擴(kuò)展方案，能夠很容易整合到PLC系統(tǒng)中，給工業(yè)機(jī)器增加更多的先進(jìn)功能，并提高機(jī)器的效率。

1、需求：如何提高機(jī)器的效率

如何提高機(jī)器的效率?讓我們來看看IntegratedIndustrialSystems(I2S)公司是如何做的。I2S在現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)上實現(xiàn)極大的改進(jìn)。這是一個來自美國的私有原始設(shè)備制造商，數(shù)十年以來一直致力于制造一流的軋制設(shè)備和控制系統(tǒng)，用于全世界的鐵和非鐵金屬行業(yè)。在這一領(lǐng)域的雄厚技術(shù)底蘊(yùn)使之成為行業(yè)的領(lǐng)袖。

I2S也曾經(jīng)長期使用PLC來自動化和控制生產(chǎn)的軋制設(shè)備。最近幾年他們一直在試圖更新軋制設(shè)備控制系統(tǒng)，以提高效率和質(zhì)量。為了提高煉鋼設(shè)備的效率和質(zhì)量，他們主要對其伽馬測量系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，以便能更準(zhǔn)確地控制金屬厚度。

數(shù)年以來，伽馬測量系統(tǒng)一直是I2S產(chǎn)品家族中的標(biāo)志性產(chǎn)品，現(xiàn)在依然廣受歡迎，但是系統(tǒng)的很多硬件和軟件特征都已經(jīng)過時了。為了更新該系統(tǒng)并改進(jìn)其機(jī)器，I2S公司需要一個具有更精確的模擬輸入分辨率的方案，以連接伽馬測量傳感器和高級信號處理，從而從傳感器中獲取模擬信號，實現(xiàn)高度精確的厚度測量，再由PLC使用在軋制機(jī)器的控制系統(tǒng)中。

2、伽馬測量儀技術(shù)

伽馬測量儀使用“镅”作為恒發(fā)射源，這一發(fā)射源位于“C”框架組裝的較低部。結(jié)構(gòu)的頂部是一個接收器和前置放大器。當(dāng)通過發(fā)射源和接收器之間的間隔時，金屬帶會吸收一部分輻射，吸收量視其厚度和密度而定。剩下的一部分就由接收器進(jìn)行測量，并轉(zhuǎn)化成帶厚度測量。

實施改造第一步：現(xiàn)有設(shè)備試驗

為了節(jié)省時間和費用，I2S先試著在已有的PLC系統(tǒng)中進(jìn)行高級模擬測量和處理。但是，PLC的模擬I/O和信號處理無法達(dá)到所需的精確度。I2S公司要確保運(yùn)行于PLC中的控制系統(tǒng)不會因為額外I/O和處理的增加而減少。

因此，他們需要這么一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能夠從伽馬傳感器中獲取模擬信號并進(jìn)行處理以計算精確的厚度測量值，并能將這個厚度測量插入到PLC控制系統(tǒng)中。但是，所用的PLC不適合高性能處理和高速模擬I/O。

第二步：如果現(xiàn)有設(shè)備無法奏效，就試試其它方法

在認(rèn)識到PLC無法提供連接伽馬測量傳感器所需的I/O和處理后，I2S轉(zhuǎn)向了PAC技術(shù)。它選擇了國家儀器的CompactRIOPAC，以提供改進(jìn)軋制機(jī)器質(zhì)量所必須的附加功能。CompactRI/O是一個可重置嵌入式系統(tǒng)，既結(jié)合了傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點和可靠性，又能提供更多高級I/O和處理。國家儀器的所有PAC都可以通過其LabVIEW圖形編程工具來編程，因此可以很容易進(jìn)行編程和配置。

第三步：添加高級I/O

CompactRIO有一個嵌入式現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片和實時處理器，可通過內(nèi)置的LabVIEW功能塊來編程。另外，它還擁有超過30個模擬和數(shù)字I/O模塊，具有內(nèi)置信號調(diào)節(jié)(反鋸齒、隔離、ADC、DAC等)、高速計時(模擬I/O速度達(dá)到800kHz，數(shù)字I/O速度達(dá)到30MHz)和高分辨率(24bADC)，可與任何工業(yè)傳感器或者觸發(fā)器連接。

圖1CompactRI/O架構(gòu)

I2S使用CompactRIO模擬輸入模塊來連接伽馬級厚度傳感器，以提供精確測量所需的高速計時和分辨率。由于每個I/O模塊都是直接和FPGA相連的，工程師們于是能使用LabVIEWFPGA來輕松自定義CompactRIO的模擬I/O速率。