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发表于：2005-12-05 15:02:00

楼主

计算机(PC)机用于工业控制转自控制工程中文版


    PC机有海量内存，开放的网络连接，闪电式的处理速度，被证明是传统可编程控制器的很好的替代方案。

　　控制用户在过去几年里已经有充分的理由开始疑惑这样一种现实：业内形成有两个竞争阵线，有些说PC能很好的用于控制。而有些人说PC永远不适合用于工厂的环境。今天，这些竞争对手很容易接受PC机用于许多工业生产控制的现状：从机器制造和材料处理到汽车车身喷漆。

　　一个接一个的制造商至少在部分生产中正在采用PC控制方案。在德国Neckarsulrn的Audi（奥迪）车间，汽车喷漆车间施工者Dürr想试验两种新的基本概念。第一个将专门准备好的分布式、智能控制模块直接安装到机器上，而不是安装在被保护的控制室。同时他希望集成控制系统和安全系统---用诸如Profibus的现场总线实现。

　　不能轻视自动化革新的风险，特别是在一直认为人工技能是不可缺少的领域---没有人比德国汽车制造商对汽车喷漆要求更苛刻。他们称甚至对被喷漆汽车周围的空气也要严格控制。实际上，对于每一辆通过工厂的汽车，每次喷漆其温度增减量也不同。

       奥迪喷漆车间的控制系统以PC为主机，与安装在现场的智能模块组成的网络及连接，包括相同Profibus总线上的全套完整安全系统。

　　那么，什么是把这些崭新的自动化概念组合在一起，应用到已经高度组织的过程控制中的最好方法？Dürr做出了惊人的选择：基于PC的自动化。

　　最终的控制系统采用PC机作为主控制器，并与由特别加固的ET200X模块构成的Profibus网络相连，这些模块不是安装在控制盒内，而是直接安装在所控制的功能单元上。为了保护操作人员，同一个Profibus网络上的PC机控制一系列ET200S安全集成模块。通过400V的电源总线向远程电动机模块供电。Dürr的格言也许是"抛弃控制室"。

　　Dürr做法的另一个大的好处是：所建立的模块系统可以很容易地在后续的项目中复制。事实上，公司希望将基于PC的控制作为其标准的解决方案。

　　Eberhard Vogler负责奥迪喷漆车间的控制技术。他注意到分布式智能控制带来了很大灵活性。"喷漆工厂的技术必须不断更新。新油漆和新模型要求对生产线不断修改。"但是，"试验也有局限，奥迪认为停止生产线是被禁止的。"

　　然而，使用新系统一年后，他对结果很满意。"基于PC的控制一直在谈论，但对我们来说，测试这一技术发展趋势的潜力很重要。"

　　他说奥迪对新系统施加了非常严格的测试条件。在系统被集成到生产线之前，通常要求连续24小时测试运行。试验运行期间，必须达到99%有效。

Vogler先生说基于PC的控制器被证明在每一点都像PLC一样的可靠。并且通过了甚至更重要的考验：被操作和维护人员接受。


PC的情况

　　基于PC的控制，俗称'软'控制或'软'逻辑，15多年一直企图进入工业控制领域。令一些传统自动化供应商感到惊慌的是，现今，PC控制已经开始在该领域得到应用。PC支持者称他们的系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择。

　　从长远角度看，PC控制系统维护成本低。Steeplechase Software公司的创建人Mike Kleinshuo说"即使免费给你PLC，你很难负担起它们的维护费用。"

　　可编程控制器受PC控制的威胁最大，所以对PC的应用很不安。"PC控制市场还没有启动"，Rockwell Automation公司的Mike Miclot先生称，"它不是宇宙飞船，而是B-52轰炸机。"

　　传统上坚持PC是办公机器，不适合工厂灰尘环境的人也在改变想法，许会接受新的观点。在过去几年里，PLC提供商实际上已经加入到PC控制"浪潮"中---用他们自己的话说，这是必然的。

当然，也不应忽视PC对企业计算市场的冲击。数以万计的PC机正进入企业，从读条码到作为测试和测量平台，应用非常广泛。尽管这些PC不是机器控制，其使用在新IT时代是不可缺少的。


PC真的适合控制？

　　受20世纪90年代Windows操作系统升级的推动，PC机席卷办公室。并提高了工作效率。到20世纪末，成千上万的打字机成了昔日遗物。

　　一些人幻想，PC在制造业会有相似的发展。在一定的程度上，的确是这样。基于PC的控制成功地进入了市场的两端：机器工具和过程自动化。在CNC (computer numerical control)应用中，PC机帮助组织机器部件所需高度复杂和多轴运动的轮廓。在控制领域的另一端，Windows NT工作站代替分布式控制系统庞大的控制台来监视和控制石油提炼、化学厂、造纸厂。在PC之前，这两个市场一直被封闭的、专有的系统统治，不利于用户。

　　但这是在工业的广阔的中间部分。在生产机械的控制领域，PC获得了市场份额最大。毕竟可编程控制器几乎像电子打字机一样古老。特别是在美国，甚至可以追溯到战前时代的硬线连接的机电继电器电路仍然有使用。遵循Ethernet TCP/IP网络协议的开放式PC比PLC有明显的优势。这使得90年代后期经济过热时观察家预计工业PC市场会有两位数的增长。新的时代就要开始。


革命停滞

　　"从90年代中期到现在，e-commerce及e-manufacturing中一些长期坚持的信念已经消亡"，Frost & Sullivan公司的工业分析家Lance Gordon说，"技术没有上限"，"工业自动化的发展有种某种看不见的速度限制。控制技术也许不必达到Moore定律"。

　　实际上PC控制的性能没有每18月翻一翻。PC没有代替PLC,有两个基本原因。

　　在美国，许多PC创新者开办小公司，他们主要开发软件，这就是商业模式错误的地方。不管软逻辑多么重要。它仅占整个自动化项目的5%的份额。如同大多数PLC公司所熟知的，大约50 - 60%的成本在I/O和电动机驱动等部分。工业PC可能占10-20%。即使软逻辑公司取得了很大成功，也仍然要面临集成问题；很明显自动化项目40%的开销是软件。怎么可能期望卖了5%份额的公司来承担项目40%的责任。

制造业本身很清楚：他们希望购买整个系统。而不是分散的各个部件；这里购买PC，那里购买软件包，另一个地方购I/O总线是不可取的。

　　再者说，Windows NT也有难题。Windows NT（以及后来的Windows 2000和XP）也许是软件工作者的最爱，但这对工厂底层控制而言，有很大问题。NT对工厂的计算机来说负担太重；计算机需要数百兆的磁盘空间，而在工业现场，希望没有任何旋转部件；反应速度慢；非确定性等。如果NT用于控制，可能要增加协处理器板；扩展实时性能，或者修改内核；其它场合NT只是你所看到的窗口，而真正的操作系统在后台。更糟的是，软逻辑公司用各种'硬'和'软'实时控制的定义混淆了市场。

"以任何方式修改Windows NT的控制系统不再被认为是开放式结构"，Rockwell公司的Mike Miclot说"这是专有的PC控制系统，有它自己的局限和支持标准。"

PC控制的新希望是Windows CE操作系统。其占用空间非常小，有实时性能。工业界已经看到WinCE的产品。


区别不同之处

　　有关PC控制最著名的成功案例大多来自于底特律的通用汽车Powertrain制造基地。在那里，分布在十几个工厂的超过300个PC每天工作在机器生产线。梯形逻辑PLC已经完全消失，向Powertrain提供新机器的OEM必须符合PC控制指标。

　　Nematron Corp公司的市场部经理John Dunlap解释说："对于GM，关键的好处是PC所用的流程图软件。"1986年由位于Warren 的Hydra-matic工厂首先引入。工程师对软件的透明性和所提供高级诊断能力感到惊讶，宕机时间也大大较少。这个技术立即扩展到其他工厂。"但是实际很难准确得到时间较少的数值。因为Powertrain把它作为主要的竞争优势而笼罩着神秘气氛。"Dunlap说。

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