NI下一代工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)——更高精度更快控制

NI下一代工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)——更高精度更快控制

——記NI技術(shù)研討會(huì)(石家莊站)

中國(guó)電子應(yīng)用網(wǎng)--張穎報(bào)道

2009年7月22日，由美國(guó)國(guó)家儀器有限公司（NI）主辦、中國(guó)電子應(yīng)用網(wǎng)協(xié)辦的“下一代工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)”研討會(huì)，在石家莊隆重召開。本次研討會(huì)主要圍繞著“PAC——可編程控制器平臺(tái)在工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用”這一主題，與各位與會(huì)工程師和專家共同分享了NI高性能的測(cè)控解決方案。

圖1： NI區(qū)域銷售工程師付文武先生，為在座工程師詳細(xì)介紹各應(yīng)用和解決方案

工業(yè)控制與自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展

眾所周知，從20世紀(jì)60年代開始，西方國(guó)家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開始對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)到飛速發(fā)展。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間（Time to Market）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost），這就是工業(yè)自動(dòng)化競(jìng)爭(zhēng)力的三要素T.Q.C.。

圖2： 會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)工程師正在認(rèn)真聽演講

而在我國(guó)，中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)主要是走低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路。目前，工業(yè)控制自動(dòng)化主要分為三個(gè)主流方向：一是以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化；二是以PLC為主的工業(yè)控制自動(dòng)化，長(zhǎng)期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣自動(dòng)化控制設(shè)備提供非常可靠控制方案；三是以芯片為平臺(tái)的工業(yè)控制自動(dòng)化，例如單片機(jī)、FPGA等。

然而在當(dāng)前，人們需要的功能越來越多，例如快速運(yùn)算、海量存儲(chǔ)、與其他硬件平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)的連接等。工程師和科學(xué)家需要一種可以滿足復(fù)雜機(jī)器和工業(yè)控制系統(tǒng)開發(fā)的需要的測(cè)試系統(tǒng)。PAC （可編程自動(dòng)化控制器）因此應(yīng)運(yùn)而生。

下一代工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)——PAC

圖3： 參會(huì)工程師就實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用積極提問

和基于PC控制系統(tǒng)相比，有關(guān)PLC（可編程邏輯控制器）優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)的激烈爭(zhēng)論已經(jīng)持續(xù)了十年。由于PC和PLC在技術(shù)上的差別越來越小，并且隨著PLC采用了商業(yè)化（COTS）硬件以及PC能采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，從而出現(xiàn)了一種新類型的控制器——PAC。PAC是具有更高性能的工業(yè)控制器，在保留了PLC可靠性的同時(shí)，更添加了PC的強(qiáng)大的運(yùn)算能力，為實(shí)現(xiàn)高級(jí)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用鋪平了道路。這一結(jié)合了PC靈活性和PLC平臺(tái)穩(wěn)定性的新一代工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)不僅得到了行業(yè)內(nèi)眾多廠商的響應(yīng)，包括NI、倍福、研華等在內(nèi)的眾多知名廠商紛紛推出各自的PAC控制器；而且眾多行業(yè)用戶也逐漸認(rèn)識(shí)并應(yīng)用這一高效的平臺(tái)，目前PAC產(chǎn)品已經(jīng)被應(yīng)用到冶金，化工，紡織，軌道，建筑，水處理，電力與能源，食品飲料，機(jī)器制造等諸多行業(yè)中。

NI公司的PAC平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

相較于市面上常見的其他PAC產(chǎn)品而言，NI PAC的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高性能的控制器與強(qiáng)大的軟件平臺(tái)LabVIEW上。

NI PAC中集成了工業(yè)實(shí)時(shí)的處理器和基于目前較熱門的芯片技術(shù)，F(xiàn)PGA，的硬件級(jí)的處理器，滿足您對(duì)于高速工業(yè)控制應(yīng)用的需求。常見的工業(yè)控制系統(tǒng)的循環(huán)周期一般為毫秒級(jí)，工業(yè)實(shí)時(shí)處理器能夠提供微秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，而采用基于FPGA的NI PAC系統(tǒng)，能夠在一秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過400億次的運(yùn)算，以及百萬次以上的PID閉環(huán)控制，從而獲得納秒級(jí)的時(shí)間確定性。在高性能處理器的平臺(tái)上，NI還提供了豐富的I/O模塊可供選擇，涵蓋模擬、數(shù)字、總線通信以及其它可自定義的I/O，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)800kS/s的模擬采樣速率，100kS/s的輸出刷新率以及10M的高速數(shù)字I/O通信速率等。

更重要的是，配合高性能的硬件平臺(tái)，NI還提供了圖形化的編程軟件LabVIEW作為PAC的軟件開發(fā)平臺(tái)，可以針對(duì)多種工業(yè)處理器進(jìn)行開發(fā)，并能夠滿足用戶對(duì)高級(jí)算法應(yīng)用以及與現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)連接的要求。

LabVIEW中內(nèi)置了豐富的分析和控制的算法供用戶選擇，并能快速在硬件上實(shí)現(xiàn)。如下圖所示，在LabVIEW圖形化的開發(fā)平臺(tái)下，算法的實(shí)現(xiàn)能夠直觀的對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的框圖，從而工程師得以快速完成代碼的開發(fā)。

圖4：在LabVIEW圖形化的開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行編程

不僅如此，在LabVIEW的平臺(tái)下您還可以非常方便地集成各種工業(yè)總線，并通過OPC Server快速連接到現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)。此外，LabVIEW還提供了對(duì)機(jī)器視覺、運(yùn)動(dòng)控制以及人機(jī)交互界面(HMI)等硬件的支持，確保工程師在統(tǒng)一的平臺(tái)下完成對(duì)整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)的開發(fā)。

案例分析

NI的PAC系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)擁有諸多成功案例，例如：使用NI PAC優(yōu)化軋鋼機(jī)控制速率與精度；勝利油田石油管道泄漏監(jiān)控系統(tǒng)；四方機(jī)車高性能列車機(jī)車控制系統(tǒng)；高速電鋸制動(dòng)系統(tǒng)；FedEX貨機(jī)安全滅火系統(tǒng)的快速發(fā)布；GE中國(guó)使用CompactRIO開發(fā)EDM過程控制器；杭州鋼鐵集團(tuán)智能原料混合系統(tǒng)；IDG打造油井鉆探新武器；天津大學(xué)高速電池分揀線數(shù)控系統(tǒng)；UCLA使用NI CompactRIO實(shí)現(xiàn)熱帶雨林監(jiān)測(cè)；全球第五大石油集團(tuán)的原油分配管理系統(tǒng)。這些成功應(yīng)用無疑體現(xiàn)了NI PAC平臺(tái)靈活、高效的特點(diǎn)。借助NI PAC，用戶能夠更為快速經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)、原型和發(fā)布工業(yè)系統(tǒng)， 大大縮短項(xiàng)目開發(fā)周期。

值得一提的是，NI的 PAC平臺(tái)同時(shí)有效擴(kuò)展了視覺功能。作為測(cè)試測(cè)量行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，NI通過引入高速測(cè)量和機(jī)器視覺使PAC超越了簡(jiǎn)單的I/O。在許多工業(yè)應(yīng)用中需要高速采集測(cè)量結(jié)果以用于振動(dòng)或功率品質(zhì)分析。NI的PAC可以以每秒百萬個(gè)采樣點(diǎn)的速率直接進(jìn)行高精度的測(cè)量，并把數(shù)據(jù)直接傳送到控制系統(tǒng)來立即處理。此外，該平臺(tái)引入帶有邏輯和運(yùn)動(dòng)控制的視覺或是高速測(cè)量功能，從而使得工程師們無需集成其他的硬件和軟件平臺(tái)。

圖5： 付文武工程師認(rèn)真解答工程師的問題

精彩的技術(shù)演進(jìn)結(jié)合實(shí)際儀器展示，讓許多在座聽眾都有意猶未盡的感覺，紛紛走到臺(tái)前和付文武工程師就PAC的應(yīng)用和產(chǎn)品特性進(jìn)行交流。付文武工程師都一一進(jìn)行了解答，在一問一答中，用戶更深刻地體會(huì)著PAC的創(chuàng)新價(jià)值，在目睹PAC可喜進(jìn)步的同時(shí)，與NI進(jìn)一步切磋著PAC的解決方案和應(yīng)用體會(huì)。

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