基于PC机和PLC控制的系统.doc

基于PC机和PLC控制的系统在啤酒生产自动化过程中最近的应用发展Masao Ogawa and Yutaka Henmi2工业系统解决方案分部.东芝三菱电气工控集团, 东京, 日本2 (Tel: +81-3-5441-9772, E-mail: OGAWA.masaogtmeic.co.jp)朝日啤酒集团吹田啤酒厂工程部, 大阪, 日本(Tel: +81-6-6388-1231, E-mail: yutaka.henmigasahibeer.co.jp)摘要：设备制造商正继续尽自己的最大努力生产符合客户需求的成本效益的生产系统。这样的车间工作环境下需要使用相当灵活的控制系统，如由PC机（个人电脑）P LC（可编程序控制器）相结合的控制系统,这样的系统称为P C机+PLC基于控制系统。然而，几乎是所有基于PC机+PLC的控制系统是设计为少于百余个I / 0点的中小型系统。我们为啤酒酿造厂开发出基于PC +PLC的控制系统新的大型应用系统。通过这些改进，我们实现了基于PC机+PLC的控制系统的相当大规模的生产和切实有效的灵活的应用控制。关键词：过程控制系统， PC机，PLC，大型控制过程，啤酒生产控制1 。导言因为PC与PLC性能快速改进和有效PLC的仪表控制单元开发与引进等，基于PC机+PLC的控制系统被广泛应用在不仅是离散和顺序控制过程，还有连续控制过程，其使用越来越广泛。 因此，很多终端用户已经享受具有较便宜的组件和可以灵活组装特点的低成本高效率的生产系统。然而，由于缺乏针对大规模集成应用系统的积累和研究，尽管PC与PLC有各种的技术改进，但其在小到中等规模的工厂的应用还是很有限的。本文介绍了我们如何通过足够的理论与方法实践，开发和安装先进酿造集成控制系统（ adbic ），把基于PC+PLC 的自动控制系统运用于一家日本主要啤酒公司的现代化大型自动生产。2 。应用于生产啤酒车间啤酒酿造厂数量很多的设备，如阀门和泵等。特别是， 啤酒发酵罐及储藏罐可能超过100个，并有数以万计的阀门，使过程控制系统处理和管理多达30000 / 0点，是一个典型的大型应用控制系统。功能上，该系统还必须涵盖各种种设施，如酿造过程中，包装过程和综合控制。此外，连续而可变的改造和重建项目是关键因为消费者对食品的需要和满意度。考虑到这些特点，我们的努力已历时25年多来，以改善朝日啤酒有限公司，一个日本驰名的啤酒公司啤酒车间的整条生产线。通过许多各式各样的控制系统如常规的DCS装置，基于PCPLC控制系统对现有的DCS系统比较吸收，我们已经积累掌握了啤酒运作知识和过程控制技术和诀窍。作为素材的这些努力，这个新的基于PC+PLC 控制系统：ADBIC有效性和实用技术优势体现在以下这一部分。3 。大型啤酒酿造过程的最优化3.1 PLC的信号类型的分类处理ADBIC结构性结构优化表现在整个系统的大型啤酒酿造中的应用中。 每个PLC是分为;为数字信号（命名为 D型 ） ，模拟信号（命名为 A型 ）及其混合信号（命名为 C型 ） 。因此，每个PLC按信号类型分配内存地址，是为了给不同的数字信号存储留有足够的空间，如根据啤酒酿造进程步骤2中各个阀门及水泵的不同标志的信号类型。表1显示了在ADBIC系统中一个PLC所支持和处理的不同标志的信号种类内存地址。每个PLC对每一种信号都有一个标准的处理回路。因此，这就是ADBIC根据PLC的分类去定义内存映射分配和信号分类处理的特征点，并且使得ADBIC的编程控制变的清楚简单。表1每个PLC处理的不同标志的信号类型3.2 PLC仪表控制单元的引入在ADBIC ，PLC的闭环控制有一个控制周期， A型和C型，这是一个固定的，以300毫秒为准确时间的PID回路控制。然而，一个固定的比较慢的PLC控制周期会影响整个控制的周期时间，譬如C型，根据目标结果处理混合信号时。所以， ADBIC引人PLC仪表控制单位来解决这问题。 PLC的仪表控制单元，其中是一个板载的可插入扩展槽主CPU的PLC模块，具有独立的CPU并且与主CPU是异步处理的。 因此， PID的闭环逻辑控制可以通过扩展这个模块来实现从而可以独立于主CPU工作。 图 1显示了在ADBIC的PID控制回路控制中主CPU的PLC与PLC的仪表控制单元的分工。因此，在ADBIC中 ，为组成的PID闭环控制，主CPU的PLC只使用标准信号处理了部分的I/0输入，基本PID逻辑控制作为一个高负荷，是完全由PLC的仪表控制单元控制的。使用PLC的仪表控制单元来处理部分输入以减少主CPU的负荷，可以使主CPU的处理周期已经加快了20-30 毫秒。图 1 PID闭环控制中主CPU PLC与PLC的仪表控制单元的控制部分示意图此外，对PLC的仪表控制单元的PID闭环逻辑控制可以使用回路图来表示，跟以前的DCS一样。回路图能够比较容易的描述十分复杂的具有阶梯逻辑的程序功能，譬如有操作处理的SV（设定值）及前馈控制等，所以说，引进这部分是能够实现用户友好界面的。3.3压缩储罐的选择程序 在啤酒酿造过程中监测与选择储罐需要消耗大量的梯形逻辑程序，在ADBIC中使用一个压缩功能程序，使用索引操作，使程序的大小降到最低限度，使每个具有梯形逻辑程序PLC能够发挥出最大的效益。这种想法和举措，使整个系统中PLC的总数降到了最低程度。因此,传输负载，这项基于PC机+ PLC控制系统的性能的最关键的指标，在PC与PLC或PLC与PLC之间可以降低。 此外，这个功能压缩使用索引提高了储罐选择程序的质量，使其选择结果更丰富。这种使用索引编法的程序的有效性可以通过只有几个点来核实，即使有很多组合并没有核实过。因此，这个压缩功能有助于在储罐和线路选择上缩短生产停工期。3.4分层网络拓扑除了这些技术，ADBIC的改进还包括通过分层网络拓扑来传输数据。 图2显示了在啤酒酿造过程中ADBIC系统的标准配置。图2啤酒酿造过程中ADBIC系统的标准配置每一个网络的数据传输是按如下定义的： 工厂LAN： - PC-PC 之间（ SCADA-VIEW） 过程LAN： - P C- P LC 之间控制LAN： -P LC 之间 （相同的生产工序之间） 跨单位LAN： -P LC之间 （不同生产工序之间）4 。简单升级和重组改造啤酒酿造厂经常需要进行升级和工艺改进,以满足市场中消费者的需求。而升级或更新的时候，很最重要的问题是尽量缩短生产停工时间。 在现有的我国啤酒生产车间过程控制系统中，主要监测和控制功能的使用是由PLC和DCS分担的,如下;PLC（现有） ： -工艺顺序控制DCS（现有） ： -回路控制， -监测和控制本地的设备或装置当PC机+基于PLC 控制系统替代了现有DCS，则按如下分配;PLC（现有） ： -（现有）过程顺序控制PLC（新） ： -（新设）过程顺序控制-（现有及新）闭环控制PC（新） ： -（现有及新）监测和控制本地的设备或装置。在上述情况下，我们开发并安装了接口PLC，它具有标准电路，使得在现有的PLC和新安装PC更新时减少对PLC逻辑的改变,缩短重建的工作时间。图3显示了典型的ADBIC系统重建工程配置。图3ADBIC系统重建工程配置从现有的DCS开始更新时，事先利用周末不生产的时候对现有的I / 0信号接口进行核对可以有效减少生产停工的时间。在许多升级过程中，因为现有DCS的I / 0接口持续不断的使用,而需要更换一个新的。 因此，通过引入连接小组，修改现有的I / 0 模块和终端的专用电缆以适应PLC的I / 0模块，I / 0信号接口的检查更新可以在重建整个系统之前的周末切换到测试模式完成。最终，我们在停产一周之内就完成了啤酒厂生产控制工艺的更新。5 。新技术的扩展功能为进一步改善工厂使用ADBIC系统，我们增加几种高级的新设备和功能如-使用新的IT技术移动操作终端-使用现场P HS和I P 电话的报警通知-带网络摄像机的设施监控系统-特殊支持单元 高速，历史趋势为1秒钟协议尤其是，使用移动终端的采用有效地实现了少数几个人的控制。利用移动终端设备通过无线局域网使得ADBIC的终端变得可移动，操作人员即使远离了控制中心也能监视和操作流程.事实上，这些新的功能有效地支持了夜间一个人的实际控制能力。图4显示通过无线局域网的移动操作系统的配置。图4通过无线局域网的移动操作系统的配置在新时期，这些ADBIC的改进必须建立在一个为啤酒酿造过程创建好的人机友好和高效率的系统之上。6 总结通过对朝日啤酒有限公司9个啤酒厂的ADBIC更新和重组，我们建立了基于PCPLC 控制系统的啤酒生产过程自动化的大型应用。科技进步的速度非常快。硬体及PC机的操作系统，目前正以极高的速度更新。还有PLC的新模块或辅助模块，如高速化数据采集模块或连续控制模块，由PLC的厂商迅速改进。 ADBIC正在赶上这些变化。这些都是基于PCPLC 控制系统最好的优点。随着基于PCPLC 控制系统的扩展产品如监测和控制功能的仪器控制系统等的增加，未来ADBIC将提供基于使用数据库的有效解决方案。7 参考文献1 M. Ogawa, Process Control and MonitoringSystems for Shikoku Brewery of ASAHIBREWERIES LTD.1, Science and Technology Highlights