Title page PC 控制: PC 兼容的开放式控制系统 结构比较: 传统方式与PC 控制技术 新自动化结构: 工业PC机作控制系统

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1 Title page PC 控制: PC 兼容的开放式控制系统 结构比较: 传统方式与PC 控制技术 新自动化结构: 工业PC机作控制系统
执行: PC控制的基本任务 PC控制: 信息技术与自动化技术的结合

2 结构比较: 传统方式与PC控制技术 传统的 PLC 和 NC
I/0 通过现场总线或并行电缆 可视化界面 IPC  NC - 对PLC的位移控制 位移闭环控制在专门的NC硬件协处理器上执行 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的 Leistung 控制 PLC NC  在自动化结构中, PC 实现操作员界面 处理 HMI 程序并完成通信任务 在三个系统中它的CPU功能最强 32 \ 32 \ DU DU ... ...

3 结构比较: 传统方式与PC控制技术 PLC 和 NC 作成 PC 的协处理器卡
Steuerung DU SPS NC ... I/O 驱动单元 现场总线 IPC 可视化界面 PLC  协处理器 - PLC 标准的PLC作成协处理器卡 I/O 通过现场总线  NC - 移动控制通过协处理器 在协处理器卡上执行移动控制 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的 Leistung  在这个自动化结构中，PC 实现操作员界面 处理 HMI 程序并完成通信任务 在三个系统中它的CPU功能最强

4 结构比较: 传统方式与PC控制技术 在PC上的PLC 和运动控制
可视化界面 IPC  在PC上的PLC 具有硬实时能力的软件PLC I/O 通过现场总线实现通信, 支持所有标准 IEC PLC NC 移动控制 I/O  NC - 在PC上的运动控制 位移闭环控制在PC处理器上执行 位置测量和速度控制通过现场总线与 MC 循环时间同步 进行交换 I/O for PLC v 伺服, FI, 继电器  优点 集中的结构提供了较好的灵活性 接口少，效率高 现场部件通常是非智能型的，不用设置即可被容易地更换 s 3 相 电机 位置测量 驱动单元

5 新自动化结构: 工业PC 作控制系统 应用程序平台 程序开发平台 实时核扩展 DOS / Windows NT / CE I/O 映射
电话上网 扫描仪 打印机 VGA Modem RS 232 C 显示器 软 盘 硬盘 局域网 并行口 应用程序平台 操作员界面 Scada Windows 应用程序 程序开发平台 System Manager PLC NC PTP NCI 用户模式 核模式 I/O Server PLC Server NC PTP Server NCI Server 实时核扩展 DOS / Windows NT / CE I/O 映射 Lightbus Profibus Interbus CANopen DeviceNet Sercos Ethernet

6 新自动化结构: 工业PC 作控制系统 软 PLC / 标准 PLC 基准
Execution time / µs  基准: 执行时间 混合的位和字指令 装载, 存贮, 比较 1200 1000 800 800 600  基准: 系统限制 软PLC程序 (兆字节) 兆字节 标志存储器 极大的 I/O 处理映象 (兆字节) 400 标准 PLC PC上的软PLC 200 70 45 23 15 标准 PLC 快速 PLC Pentium 233 AMD K Pentium III 600 对1000个PLC指令的执行时间  系统能力和资源稳定增加 ! (仅!) 在软件上实现: 稳定而快速地执行

7 新自动化结构: 工业PC 作控制系统 软 NC PTP 基准
350 300 250 200 150 100 50 1 5 10 20 30 Execution time / µs 52 µs 75 µs 132 µs 252 µs 370 µs 400 450  基准: 执行时间 具有外形轮廓 定位 附加位移闭环控制  循环时间和执行时间 建立系统负载 执行时间 / 循环时间×100 =系统负载 (%) 在奔腾III 系统上每个轴约需13 µs 执行时间  系统设计: 可优化循环时间和坐标 数量 系统设计推荐: 大约 50% 的负载用作 NC -任务, 剩余容量用于 PLC 和 NT 下的 HMI 程序 在 Intel 奔腾 III 500 MHz 系统上，软 NC PTP 对 N 个坐标的执行时间 坐标数量

8 新自动化结构: 工业PC 作控制系统 PC 控制与传统控制的比较
系统比较  传统控制组成 硬件: 可视化 PC, PLC, NC/CNC 模块, 微处理器系 统 软件: 多个操作系统, 编程语言, 编程系统 接口: 在硬件设备之间, 在软件系统之间, 集中式配 电柜 降低 降低 100% - 40% 100% - 60% 60% 40% 传统 PCC 传统 PCC 复杂性 成本  PC 控制组成 硬件: PC 和现场总线, 支持所有标准 软件: Windows NT 操作系统, PLC, NC PTP, NCI, 倍福 TwinCAT, 应用程序: Windows 软件产品和 C, C++, VB, Delphi 接口: 标准化软件接口, 分布式配电柜  优点： 成本低 减少了组件: 可靠性增加, 改善了互换性 降低复杂性: 减少工程量, 把较多的时间 用于过程的优化上

9 新自动化结构: 工业PC 作控制系统 PC 硬件是标准化的和可互换的 独立于硬件供应商 现场总线 I/O 通过现场总线实现标准化，因此可互换
因特x86 处理器系列和微软操作系统保持了连续性 PC 控制提供了 PLC, NC, 闭环控制, 在标准硬件上完成项目应用 独立于硬件供应商 对软件和专项技术的投资得到长期保护 某一厂家的所有设备采用同一个标准的硬件平台

10 PC控制的基本任务 比较: 传统 PLC 运行模式
周期是运行模式之一 标准 PLC上 一个程序的实时运行 程序运算 程序运算 读输入 写输出 读输入 写输出 t PLC 周期 PLC 周期

11 PC控制的基本任务 在 PC 上运行 PLC  软件 PLC: 预留了操作系统的计算容量
 软件 PLC 以固定周期运行, 剩余的 PC 容量用于运行 Windows NT 和 HMI 程序 PC 上 一个 PLC 程序的实时运行 Windows NT和 HMI程序 Windows NT 和 HMI 程序 程序运算 程序运算 程序运算 读输入 写输出 读输入 写输出 读输入 t PLC 周期 PLC 周期

12 PC控制的基本任务 在 PC 上运行 PLC 和 NC
 周期性地获取操作系统的计算时间 在PC 上 一个 PLC 程序和 NC 控制的实时运行 PLC 服务 Windows NT 和 HMI程序 NC 服务 例如. 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms t NC 周期 (例如. 1ms) NC 周期 NC 周期 NC 周期 PLC 周期 (例如. 2ms) PLC 周期 t

13 PC控制的基本任务 TwinCAT 系统管理器负责 I/O 连接
 特性 连接 I/O 设备和任务变量 连接 各任务之间的变量 相容数据域和过程映象的交换  开放性: 支持所有 (现场总线) 标准 倍福 Lightbus Profibus InterBus CANopen DeviceNet Sercos 以太网 TCP/IP PC 卡上的存储器接口 (DPRAM)  在线分析 在线描述 在线观察窗 强制和写任务变量及I/O 设备

14 PC控制的基本任务 IEC61131-3 软件 PLC TwinCAT
5 种编程语言 (语句表; 梯形图; 功能图; 流程图; 结构文本) 可以功能库 / 功能块的形式连接 C 语言 强大的库管理 自由在线调试  先进的 PLC-调试器 监视器 流程控制, 电力流程 单步运行, 断点 观察表 数据跟踪, 示波器 在线写, 强制, 在线变更 通过 TCP/IP 实现世界范围的远程连接

15 PC控制的基本任务 TwinCAT NC PTP 执行 NC 运动控制
 坐标结构 最多 256 个坐标 无需坐标配置 无需选择坐标类型 无需测量映射系统和驱动 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 20 40 60 80 100 速度 [m/min] 时间 [sec] -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 2 4 6 8 10 12 加速度 [m/sec/sec] 跳变 [scaled to -1,0,+1] 200 400 600 800 1000 PTP: DYNAMICS 位置 [mm]  坐标类型 伺服轴: 电动的, 液压的 步进电机驱动 变频驱动  坐标功能 PTP 定位 主/从功能 电子变速箱 凸轮系统 飞轮前馈 PTP 定位: s, v, a, da/dt  PLC 接口 坐标控制功能块 通过 NC<->PLC 结构实现 循环接口 通过功能块实现动作控制 坐标结构

16 PC控制的基本任务 对自动化的软件接口  微软标准 ActiveX-组件: AdsOCX, DLL 访问方法: 同步, 异步,
循环, 更改报告 对 Visual Basic, Visual C++, Delphi, 等的接口.  自动化的标准 OPC-服务器 (针对过程控制的OLE ) 短时间访问 本地 / 远程访问 OPC 用户端接口, 如 Scada 系统

17 信息技术与自动化技术的完美结合 全部集成于NT 系统，利用所有NT 提供的服务
远程网 ISDN, 调制解调器, 互联网 ISDN, 调制解调器, 互联网 客户工程师 PC 工作站 服务器 服务器 无线局域网诊断 用笔记本电脑 无线 局域网 局域网 PC- 控制 PC- 控制 PC- 控制 视频 监视 视频 监视 视频 监视 视频 监视 PC 工作站 服务工程师 机器 1 机器 2 机器 3 用户现场

18 信息技术与自动化技术的完美结合 通过 email 传递错误报告
远程网 ISDN, 调制解调器, 互联网 ISDN, 调制解调器, 互联网 服务器 服务器 局域网 PC- 控制 PC- 控制 PC- 控制 PC 工作站 服务工程师 机器 1 机器 2 机器 3 用户现场

19 信息技术与自动化技术的完美结合 对管理层和生产层的 IT 集成
 分为 4 层的 IT 系统: 基于PC 并采用 NT 技术的系统: 管理层 过程管理 过程监视 过程控制 服务器 生产模型  主控系统: 基于NT 的 PC 控制 PC 技术 I/O: 开放的现场总线系统 PC 工作站 PC 工作站 局域网 PC-控制 PC- 控制 PC用作传统PLC