基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng)及其軟件

1、第六章基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng)及其軟件基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng)及其軟件n6.1 基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng)n6.2 WinAC軟件的組成和功能6.1 基于PC的自動(dòng)化系統(tǒng)n6.1.1 基于PC的控制及其發(fā)展n1.基于PC的PLC的含義n以PC為平臺(tái)的PLC稱(chēng)之為基于PC的PLC，就是將PC機(jī)的硬軟件與控制軟件集成在一起，既具有傳統(tǒng)PLC的功能，又具有PC機(jī)的操作監(jiān)視和管理功能。 n2.2.基于基于PCPC的的PLCPLC與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)PLCPLC的對(duì)比的對(duì)比( (優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)) )n（1）將自動(dòng)化的傳統(tǒng)工藝與IT新技術(shù)有機(jī)結(jié)合，用戶(hù)可以不斷提高控制水平、提高生產(chǎn)率、降低成本。 n（2）集成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)一的編程

2、工具、統(tǒng)一的通訊網(wǎng)絡(luò)，為用戶(hù)提供基于PC平臺(tái)的一體化的解決方案。 n（3）簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的通訊效率，降低了硬件和備件投資，易于調(diào)試和維護(hù)。n（4）其一體化設(shè)計(jì)大大提高了控制器、人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)部件的數(shù)據(jù)交換速度。 n（5）有高度兼容性，便于工程師針對(duì)不同用戶(hù)需求和應(yīng)用場(chǎng)合靈活選擇PLC或PC的解決方案,無(wú)需對(duì)程序進(jìn)行任何修改。 n（6）易學(xué)易用，熟悉的PC和操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，方便的編程和組態(tài)軟件，用戶(hù)可在最短的時(shí)間內(nèi)輕松掌握。 n（7）有明顯的性能價(jià)格優(yōu)勢(shì)，其集成簡(jiǎn)單和開(kāi)放的特點(diǎn)使用戶(hù)的工程、維護(hù)、培訓(xùn)和備件的費(fèi)用大大降低。n3.3.基于基于PCPC

3、的自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)的自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)n采用PC作為工業(yè)控制器所帶來(lái)的高性能、開(kāi)放性、易于學(xué)習(xí)和維護(hù)的特點(diǎn)可滿足用戶(hù)不斷增長(zhǎng)的提高生產(chǎn)率、降低成本和企業(yè)電子商務(wù)發(fā)展的需求。n（1）從控制需求角度來(lái)看n（2）從投資角度來(lái)看n（3）從企業(yè)信息化的需求來(lái)看n（4）相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和成熟n基于PC的自動(dòng)化與PLC相互交叉應(yīng)用：n在操作安全性非常重要的場(chǎng)合，PLC仍扮演非常重要的角色；n在邏輯控制與運(yùn)動(dòng)控制、視頻處理和快速I(mǎi)/O板卡的信號(hào)處理相集成的應(yīng)用場(chǎng)合，基于PC的自動(dòng)化是不可替代的；n在大量數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜算法、控制集成人機(jī)界面和管理系統(tǒng)等PC的優(yōu)勢(shì)強(qiáng)項(xiàng)領(lǐng)域，在今后3-5年內(nèi)，傳統(tǒng)的PLC解決方案將會(huì)更

4、多地被基于PC的解決方案所代替。6.1.2 基于PC的自動(dòng)化產(chǎn)品SIMATIC WinAC nSIMATIC WinAC是Siemens Automatic Windows Automation Center的縮寫(xiě)，WinAC不是簡(jiǎn)單地將PLC替換為PC，而是將PLC和PC的功能相結(jié)合，包括控制功能、通訊功能、可視化功能、網(wǎng)絡(luò)功能以及工藝技術(shù)功能等。n1. 1. WinACWinAC的功能的功能n（1 1）控制功能）控制功能n用戶(hù)使用普通PC或工業(yè)PC完成PLC的控制功能。nWinAC基本型和WinAC實(shí)時(shí)型提供軟件PLC，采用PC機(jī)的資源（如CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)）來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求；nWinAC插

5、槽型提供硬件PCI插卡型PLC，控制性能與S7-400系列PLC中的412-2DP/416-2DP相同。n（2）計(jì)算功能）計(jì)算功能nWinAC提供標(biāo)準(zhǔn)ActiveX控件作為標(biāo)準(zhǔn)化的軟件包（如MS Visual Basic或Office ），對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存取?？丶ò粹o、數(shù)值顯示、診斷、數(shù)據(jù)鏈接等，用戶(hù)對(duì)過(guò)程創(chuàng)建顯示和控制，只需自行設(shè)定參數(shù)，而無(wú)需編程。同時(shí)，WinAC內(nèi)置Software Container（ActiveX容器）用于集成自帶的和第三方的ActiveX控件，可以完成簡(jiǎn)單的過(guò)程顯示和操作功能，無(wú)需任何編程。n（）可視化功能（）可視化功能nWinAC提供兩種與監(jiān)控組態(tài)軟件相連

6、接的方式：n通過(guò)SIMATIC軟件之間的內(nèi)部集成，WinCC和ProTool/Pro是WinAC最優(yōu)化的數(shù)據(jù)存取和可視化工具；n使用WinAC內(nèi)置的OPC（用于過(guò)程控制的OLE）服務(wù)器與任何第三方監(jiān)控組態(tài)軟件軟件集成。n（）網(wǎng)絡(luò)功能（）網(wǎng)絡(luò)功能nWinAC提供連接PROFIBUS-DP通訊板卡的驅(qū)動(dòng)程序，用于連接遠(yuǎn)程I/O或遠(yuǎn)程編程調(diào)試裝置，同時(shí)可以應(yīng)用現(xiàn)成的PC技術(shù)實(shí)現(xiàn)與辦公網(wǎng)絡(luò)的連接。n（）工藝技術(shù)功能（）工藝技術(shù)功能n對(duì)于用戶(hù)的特殊工藝要求，可配合相應(yīng)的功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，或使用VB、VC、JAVA等高級(jí)語(yǔ)言編程，由WinAC ODK(開(kāi)放的開(kāi)發(fā)工具)進(jìn)行集成。n2.WinAC2.WinAC

7、的特點(diǎn)的特點(diǎn)n（）提高處理性能（）提高處理性能nPC與PLC相比，在CPU、內(nèi)存等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，尤其對(duì)于模擬量運(yùn)算以及用戶(hù)控制算法上，PC的運(yùn)算性能通?？梢赃_(dá)到PLC的10倍或更高。n（）滿足實(shí)時(shí)性能（）滿足實(shí)時(shí)性能n而PC采用的Windows NT/2000操作系統(tǒng)并不是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，中斷的響應(yīng)時(shí)間或任務(wù)的執(zhí)行周期具有不確定性。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，PC已具有比PLC更好的硬實(shí)時(shí)特性。n（）簡(jiǎn)化通訊接口，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)（）簡(jiǎn)化通訊接口，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)nWinAC在一臺(tái)PC機(jī)中實(shí)現(xiàn)Profibus和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，應(yīng)用程序與PLC的數(shù)據(jù)交換通過(guò)PCI背板總線（WinAC插槽型）或內(nèi)

8、部軟件接口（WinAC基本型/實(shí)時(shí)型），不占用總線資源，消除瓶頸現(xiàn)象。n（）易于集成用戶(hù)控制要求（）易于集成用戶(hù)控制要求nWinAC ODK可以將用戶(hù)編制的程序作為功能塊嵌入到PLC程序掃描中，滿足特殊控制場(chǎng)合的要求。n（）編程調(diào)試簡(jiǎn)單方便（）編程調(diào)試簡(jiǎn)單方便nWinAC具有在線調(diào)試功能，編程人員無(wú)須連接PLC即可在本機(jī)實(shí)現(xiàn)Step 7程序、監(jiān)控組態(tài)程序、通訊程序的在線調(diào)試，極大地方便用戶(hù)編制程序，縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。n（）節(jié)約投資成本（）節(jié)約投資成本nPLC產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)完成以后，通常會(huì)多年保持性能不變，與PC+PLC系統(tǒng)相比，基于PC的控制可節(jié)省PLC的CPU、電源、框架、控制柜、接線以及軟件編

9、程等方面等方面的投資，在價(jià)格上有一定的優(yōu)勢(shì)。6.2 WinAC軟件的使用方法n 6.2.1 WinAC軟件的分類(lèi)nWinAC是西門(mén)子公司基于PC的自動(dòng)化解決方案，主要產(chǎn)品包括WinAC基本型、WinAC插槽型、WinAC實(shí)時(shí)型。n1.WinAC1.WinAC基本型（即基本型（即WinACWinAC Basis Basis）：n基于Windows NT的純軟件PLC解決方案，用于常規(guī)PLC控制系統(tǒng)且需要處理大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合；n2.WinAC2.WinAC實(shí)時(shí)型（即實(shí)時(shí)型（即WinACWinAC RTX RTX）:n帶實(shí)時(shí)擴(kuò)展的軟件PLC，用于實(shí)時(shí)性、確定性要求非常高的控制場(chǎng)合，如運(yùn)動(dòng)控制，快速控制

10、等；n3.WinAC3.WinAC插槽型（即插槽型（即WinACWinAC Slot 412/416 Slot 412/416）:基于PC的插槽型硬件PLC，可以獨(dú)立于Windows操作系統(tǒng)及PC機(jī)（帶電源擴(kuò)展板），在功能上與S7- 400 的CPU412/416相同，穩(wěn)定性強(qiáng)，適用于實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性要求均較高的場(chǎng)合。n6.2.2 WinAC插槽型（即WinAC Slot 412/416）的組成n（1）Slot PLC“CPU 412-2 PCI”或“CPU 416-2 PCI”：兩種CPU來(lái)自基于PC應(yīng)用的S7-400產(chǎn)品系列。n（2）可選的PS擴(kuò)展電路板（PS：電源）：提供獨(dú)立于PC

11、的電源。n（3）控制面板：在屏幕上顯示CPU 41x-2 PCI控件。n（4）路由器：通過(guò)SIMATIC NET CP（工業(yè)以太網(wǎng)或PROFIBUS）或網(wǎng)卡與CPU 41x-2 PCI進(jìn)行通訊。n（5）時(shí)間同步：通過(guò)SIMATIC NET CP（工業(yè)以太網(wǎng)或PROFIBUS）與CPU 41x-2 PCI同步。n（6）SIMATIC Computing軟件：提供專(zhuān)門(mén)用于過(guò)程的可視化的Active X控件。在SIMATIC Computing中，用戶(hù)可以將第三方控件加入到S7控件的行列中監(jiān)視和修改過(guò)程數(shù)據(jù)。n（7）WinAC工具管理器：這是一個(gè)工具條，用戶(hù)可以將準(zhǔn)備用于處理過(guò)程數(shù)據(jù)的應(yīng)用加入其中。

12、n6.2.3 WinAC插槽型的功能n1 1帶有帶有CPU 41x -2 PCICPU 41x -2 PCI的的WinACWinAC ControllingControlling實(shí)現(xiàn)基于實(shí)現(xiàn)基于PCPC的控制的控制nWinAC Controlling是WinAC Slot 412/WinAC Slot 416的控制組件，集成在PC中執(zhí)行傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器的任務(wù)。nWinAC Controlling由CPU 412-2 PCI或CPU 416-2 PCI組成。圖6-1 插槽型WinAC中的CPU 41x-2 PCIn（1）CPU 41x-2 PCI具有PLC的典型特征：n1)按照命令熱起動(dòng)或

13、完全重起動(dòng)（利用PS電源擴(kuò)展板）n2)具有實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間的關(guān)鍵動(dòng)作n3)實(shí)時(shí)時(shí)鐘n4)利用后備電池進(jìn)行數(shù)據(jù)備份（用PS電源擴(kuò)展板）n5)獨(dú)立于PC硬盤(pán)保存PLC程序的外部存儲(chǔ)器n6)集成MPI連接程序員進(jìn)行技術(shù)服務(wù)，或用于編程、與其它站點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)n7)集成的PROFIBUS-DP接口用于連接I/O（2）插槽型WinAC的操作控制面板n（3）編程nCPU 41x-2 PCI的組態(tài)和編程方式與帶有STEP 7的SIMATIC S7相似，編程語(yǔ)言包括LAD，CSF，STL，S7-SCL和所有的圖形編程語(yǔ)言S7-GRAPH，S7-HiGRAPH和CFC等。n2 2電源（電源（PSPS）擴(kuò)展板獨(dú)立于）擴(kuò)展板獨(dú)

14、立于PCPCn3 3CPU 41x-2 PCICPU 41x-2 PCI的通訊選件的通訊選件nPROFIBUS-DP接口、MPI/PROFIBUS-DP接口。n如果希望通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或PROFIBUS子網(wǎng)進(jìn)行通訊，必須在PC機(jī)上另外安裝通訊處理器（CP）。n（1）通過(guò)集成接口與PROFIBUS-DP連接。n（2）通過(guò)第二個(gè)集成接口與MPI或PROFIBUS-DP連接。n（3）通過(guò)PCI接口與PC連接n（4）通過(guò)通訊處理器（CP）與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)相連，例如工業(yè)以太網(wǎng)/PROFIBUS。n 4 4CPU 41x-2 PCICPU 41x-2 PCI的時(shí)間同步的時(shí)間同步n5 5用用SIMATIC Com

15、putingSIMATIC Computing存取過(guò)程數(shù)據(jù)存取過(guò)程數(shù)據(jù)n利用SIMATIC Computing軟件訪問(wèn)CPU 41x-2 PCI，對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和修改。n（1）可以利用標(biāo)準(zhǔn)Active X控件（OCX）存取過(guò)程數(shù)據(jù)。n（2）利用DCOM（Distribured Component Object Model）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集成分布式應(yīng)用裝置。n（3）利用OPC（OLE for Process Control）服務(wù)器，其它OPC客戶(hù)機(jī)可存取所控制的設(shè)備中的數(shù)據(jù)。圖6-6 利用SIMATIC Computing訪問(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)6 6用戶(hù)通過(guò)標(biāo)簽文件使用過(guò)程數(shù)據(jù)符號(hào)用戶(hù)通過(guò)標(biāo)簽文件使用過(guò)程數(shù)據(jù)符號(hào)n用標(biāo)簽文件（TagFile）組態(tài)器創(chuàng)建標(biāo)簽文件，為存儲(chǔ)器位置和控制引擎提供符號(hào)信息源，然后標(biāo)簽文件就可以在未安裝STEP7的計(jì)算機(jī)上使用。n標(biāo)簽文件在SIMATIC Computing中給標(biāo)簽賦值后，便可用符號(hào)名代替絕對(duì)地址，利用STEP7符號(hào)存取控制引擎中的數(shù)據(jù)。圖6-7 利用STEP7符號(hào)存取控制引擎中的數(shù)據(jù)7 7用戶(hù)通過(guò)標(biāo)簽文件訪問(wèn)多個(gè)控制引擎用戶(hù)通過(guò)標(biāo)簽文件訪問(wèn)多個(gè)控制引擎8在在DCOMDCOM網(wǎng)絡(luò)中使用網(wǎng)絡(luò)中使用SIMATIC ComputingSIMATIC Computing9 9利用利用OPCOPC將第三方應(yīng)用連接到將第三方應(yīng)用連接到SIM