发表于:2008-01-24 16:19:00
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PC- Based Control在工控领域一直是个热门话题,从上世纪90年代末开始,在欧美等发达国家,越来越多的自动化生产线和设备使用了的这种方式,国内一些企业受国外的影响也或多或少的选择了PC- Based Control这种控制方式。下面就笔者所掌握的资料分析一下几种PC- Based Control软件在国内的应用情况。
目前国内的PC- Based Control软件主要产品有亚控公司的KingACT, 三维力控公司的控制策略,运行平台主要为PC机,二者的市场定位几乎相同,主要用于流程工业的一些小型设备,这类设备控制对象模拟量多,对实时性要求不高,使用DCS成本太高,小型PLC又没有很强的模拟量控制功能,而这类软PLC则没有这方面限制,通过485总线接一些低成本的数据采集模块,在这些场合使用起来非常合适。
已进入国内的国外产品主要有美国Entivit公司的Think&Do, 德国BECKHOFF公司的TwinCat, 西门子公司的Win AC等,由于各国国情不同,开发出的产品具有不同的风格,因而应用场合不同,以下分别介绍。
西门子公司的WinAC有两种,一种以PC机为运行平台,分基本性和带实时内核性,另一种是硬件型,即把PLC的CPU做成板卡型式,插在PC机的插槽上,但独立于PC机运行,在系统结构上比传统的PLC+HMI的形式少了一层网络,控制和上位(WinCC)在一台PC机上运行,控制器与PC机的数据交换的通道从传统的网络变成了PC机的数据总线,系统的整体响应和可处理的信息量比PLC系统有了很大的提高。
和西门子不同,另一家高举PC控制大旗的德国公司倍福没有板卡式的CPU,倍福的主要软PLC产品是TwinCat, 为了免除客户对PC控制可靠性的担心,开发了CX1000系列嵌入式的产品,嵌入的系统从CE到嵌入式XP都有,除了传统的PC机, TwinCat还可以在这些嵌入式系统中运行,可以以满足不同的控制要求。
同为PC控制,以倍福和西门子的方案为例,它们除了能满足传统的控制要求外无一例外的加入了强大的运动控制功能,另外对于模拟量的处理能力上也比PLC有了较大程度的提高,在一些特殊的设备上,如木材加工机械,注塑机比起传统的控制方案有着较大的优势。
和西门子,倍福这些欧洲公司不同,以美国Entivity公司为代表的美国公司标新立异,开发出了以Think&Do live为代表的使用流程图编程的PC-Based Control 软件(Entivity公司是由美国两大PC-Based Control 软件公司Think&Do和SteepleChase合并而成,现被德国Pheonix公司并购,该公司另外两种产品是Entivity studio和Steeple Chase VLC),这种编程方式基于工艺的自然流程,很容易掌握,开发项目的周期远远低于使用IEC61131-3标准的各种语言。1999年到2000年,世界的手机两大巨头诺基亚和爱立信公司共同的芯片供应商出了问题,二者同时更换芯片,生产新的手机,需要更改生产线,诺基亚公司的生产线使用的是基于Think&Do软件的PC控制系统,仅仅花了6个小时就完成生产线的改造,12小时新手机就开始下线了,而爱立信采用的是传统的PLC方式,改线花了4天时间。和欧洲产品不同,美国人使用PC控制方案更注重的是PC机的信息处理能力,美国的制造企业信息化程度普遍较高,在美国人的观念里使用PC控制最大的好处是和信息系统联网方便,易于实现管控一体化。
欧美产品的差异。
一 运动控制
美国的PC Based control产品和欧洲同类产品一个巨大的差别体现在运动控制的功能上。如TwinCat, WinCC把运动控制功能都集成到进去,运动控制在主机的CPU中完成,而美国有许多优秀的运动控制卡制造商,如Galil,P-MAC等,所以美国产品一般都没有运动控制功能,而是把这些运动控制卡的驱动写入软件中,客户需要运动控制功能时买一块卡插在PC机的插槽中,软件仅提供一个命令接口就可完成相应的功能。这也和软件开发商的性质有关,象西门子,倍福这类公司本身是硬件公司,可以为客户提供所需的全部硬件,所以在他们的PC控制的方案中集成运动控制是很自然的事情,而象Entivity是个软件公司,不可能为用户提供整体方案,所以只能采取为市场上现成的运动控制卡写驱动这种方案。
二 管理功能和信息处理能力
欧洲的传统工业比较发达,所以欧洲产品更注重与本身的控制功能,但都可以通过IT技术与管理网络连接,本身不具备管理功能。而美国的企业管理方式先进,管控一体化程度高,所以美国产品以体现的更多的是微软的风格, 软件界面乍看上去象是管理软件而不是控制软件。如Think&Do软件中的eview生产率分析功能是欧洲产品没有的,一般这种功能都是通过SCADA软件中的附件实现的。
与管理系统的连接上,Think&Do的豪华版 Entivitity Studio上更是体现得淋漓尽致,不但集成了eview的功能,在人机界面上直接引入了MS STUDIO的绘图功能,并且提供了SQL和ORACLE的接口,使用起来十分方便。
三 多机之间的连接性
对于多台PC机控制的大型生产线不同的PC机之间的数据交换是必不可少的,WinAC或TwinCat之间的连接和PLC联网方式相差不大,只有经过培训的熟练的电气工程师才能掌握这一技术,而Think&Do则相当简单,使用软件中的taglink连接方式就可完成,并且不同PC机的变量可以使用唯一的变量名,并且每一个变量都是全局变量。 软件使用者不必经过专业培训,仅仅懂一些window系统的基本操作即可。和IEC61131-3标准不同,Think&Do的变量直接使用描述功能的字符表示,而不是IW,QW,M1.4之类的地址,所以看上去更直接。
电视剧《士兵突击》中,许三多所在的团和老A做对抗演习时,老A方的指挥系统可以指挥到每一个人,尽管处于兵力劣势,却打赢了这场演习,其关键就是指挥系统效能高,美军的网络化作战思想也是把每一个前线的士兵作为一个网络节点,做到战场全透明,这样的系统打仗时效能自然高。Think&Do设计成这样恐怕也是这类思想在控制领域的体现吧。
应用范围
从西门子和倍福提供的资料来看,欧洲的PC控制的方案除了传统的生产线和楼宇控制外,最多的应用来自于各种带运动控制的机械的控制,从倍福公司PC控制在汽车行业的应用来看,冲压设备占了汽车行业应用的40%,而Think&Do的应用范围却广的多,除了制造业以外,可以说是五花八门,有的设置进入了测控和金融领域,如做激光仪器的操作和控制界面(在传统上这是NI公司Labview的市场)。
欧美产品的对比
以TwinCat为代表的欧洲产品对于熟悉PLC的人来讲并没有新鲜感,而对于以流程图为编程方式的Think&Do来说,IT的味道更重一些。记得中国刚开始普及计算机时,谭浩强的书大行其道,无论是介绍C语言的还是BASIC语言的书,在编程前都无一例外的用流程图先把程序的框架画出来,另外流程图还具备另一个优势:一致性好。对于固定的工艺流程,如果使用Think&Do编程,不论谁编,差异性不会太大,如果使用梯形图或其它符合IEC标准的语言来编,可能10个人能编出10种花样。在易学易用方面,我个儿认为Think&Do更胜一筹。
从PC控制的软件看德国人和美国人的哲学(以下仅代表个人观点)
Think & Do处处体现了美国人的实用主义思想和创新精神,就是在能完成任务的情况下越简单越好。大部分软PLC都符合IEC61131-3的国际标准,美国人并没被这个标准束缚住,开发了流程图编程工具,除了Think&Do, OPTO22公司的软件也是采用流程图编程方式。在二战时期英美的轰炸机轰炸德国,起初由于战斗机航程短,最多为轰炸机护航到法国上空就得返航,结果轰炸机损失惨重。1944年出现了大名鼎鼎的P-51野马式战斗机可以为轰炸机提供全程护航,野马首次出战时盟军飞行员谁也没开过,由于战事太紧也没时间培训,于是指挥官下令这些第一次开野马的飞行员们先把飞机弄上天,在天上现看手册边开边学,等这些飞行员从德国上空返航时都已经能熟练驾驶野马了。这也是实用主义哲学在现实中的另一个例子。
德国人一向以严谨著称,这一点除了传统的机械上,在软件上也体现的淋漓尽致,严谨是为了完美,付出的代价就是不易掌握,体现在机械上就是复杂。二战时期德国造了不少优秀的坦克,如虎式坦克和黑豹坦克,但这些坦克以工艺的复杂性来追求完美,造成制造工时过长,德国的刚产量和苏联差不多,但除掉英美轰炸的因素后坦克的产量远低于苏联,最后终于被淹没在苏联T34