NI下一代工業測控系統——更高精度更快控制

——記NI技術研討會(石家莊站)

中國電子應用網--張穎報道

2009年7月22日，由美國國家儀器有限公司（NI）主辦、中國電子應用網協辦的“下一代工業測控系統”研討會，在石家莊隆重召開。本次研討會主要圍繞著“PAC——可編程控制器平臺在工業自動化測控系統中的應用”這一主題，與各位與會工程師和專家共同分享了NI高性能的測控解決方案。

圖1： NI區域銷售工程師付文武先生，為在座工程師詳細介紹各應用和解決方案

工業控制與自動化行業發展

眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術進步（即新設備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統工業進行改造，使工業到飛速發展。全球市場導致競爭空前激烈，促使企業必須加快新產品投放市場時間（Time to Market）、改善質量（Quality）、降低成本（Cost），這就是工業自動化競爭力的三要素T.Q.C.。

圖2： 會議現場工程師正在認真聽演講

而在我國，中小型企業以及準大型企業主要是走低成本工業控制自動化的道路。目前，工業控制自動化主要分為三個主流方向：一是以工業PC為基礎的低成本工業控制自動化；二是以PLC為主的工業控制自動化，長期以來，PLC始終處于工業控制自動化領域主戰場，為各種各樣自動化控制設備提供非�？煽靠刂品桨福蝗�是以芯片為平臺的工業控制自動化，例如單片機、FPGA等。

然而在當前，人們需要的功能越來越多，例如快速運算、海量存儲、與其他硬件平臺以及網絡的連接等。工程師和科學家需要一種可以滿足復雜機器和工業控制系統開發的需要的測試系統。PAC （可編程自動化控制器）因此應運而生。

下一代工業測控系統——PAC

圖3： 參會工程師就實際項目中的應用積極提問

和基于PC控制系統相比，有關PLC（可編程邏輯控制器）優勢和劣勢的激烈爭論已經持續了十年。由于PC和PLC在技術上的差別越來越小，并且隨著PLC采用了商業化（COTS）硬件以及PC能采用實時操作系統，從而出現了一種新類型的控制器——PAC。PAC是具有更高性能的工業控制器，在保留了PLC可靠性的同時，更添加了PC的強大的運算能力，為實現高級工業自動化應用鋪平了道路。這一結合了PC靈活性和PLC平臺穩定性的新一代工業測控系統不僅得到了行業內眾多廠商的響應，包括NI、倍福、研華等在內的眾多知名廠商紛紛推出各自的PAC控制器；而且眾多行業用戶也逐漸認識并應用這一高效的平臺，目前PAC產品已經被應用到冶金，化工，紡織，軌道，建筑，水處理，電力與能源，食品飲料，機器制造等諸多行業中。

NI公司的PAC平臺的優勢

相較于市面上常見的其他PAC產品而言，NI PAC的優勢主要體現在高性能的控制器與強大的軟件平臺LabVIEW上。

NI PAC中集成了工業實時的處理器和基于目前較熱門的芯片技術，FPGA，的硬件級的處理器，滿足您對于高速工業控制應用的需求。常見的工業控制系統的循環周期一般為毫秒級，工業實時處理器能夠提供微秒級的響應時間，而采用基于FPGA的NI PAC系統，能夠在一秒鐘內實現超過400億次的運算，以及百萬次以上的PID閉環控制，從而獲得納秒級的時間確定性。在高性能處理器的平臺上，NI還提供了豐富的I/O模塊可供選擇，涵蓋模擬、數字、總線通信以及其它可自定義的I/O，可以實現高達800kS/s的模擬采樣速率，100kS/s的輸出刷新率以及10M的高速數字I/O通信速率等。

更重要的是，配合高性能的硬件平臺，NI還提供了圖形化的編程軟件LabVIEW作為PAC的軟件開發平臺，可以針對多種工業處理器進行開發，并能夠滿足用戶對高級算法應用以及與現有工業系統連接的要求。

LabVIEW中內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現。如下圖所示，在LabVIEW圖形化的開發平臺下，算法的實現能夠直觀的對應于系統的框圖，從而工程師得以快速完成代碼的開發。

圖4：在LabVIEW圖形化的開發平臺進行編程

不僅如此，在LabVIEW的平臺下您還可以非常方便地集成各種工業總線，并通過OPC Server快速連接到現有的PLC系統。此外，LabVIEW還提供了對機器視覺、運動控制以及人機交互界面(HMI)等硬件的支持，確保工程師在統一的平臺下完成對整個工業系統的開發。

案例分析

NI的PAC系統在國內已經擁有諸多成功案例，例如：使用NI PAC優化軋鋼機控制速率與精度；勝利油田石油管道泄漏監控系統；四方機車高性能列車機車控制系統；高速電鋸制動系統；FedEX貨機安全滅火系統的快速發布；GE中國使用CompactRIO開發EDM過程控制器；杭州鋼鐵集團智能原料混合系統；IDG打造油井鉆探新武器；天津大學高速電池分揀線數控系統；UCLA使用NI CompactRIO實現熱帶雨林監測；全球第五大石油集團的原油分配管理系統。這些成功應用無疑體現了NI PAC平臺靈活、高效的特點。借助NI PAC，用戶能夠更為快速經濟地設計、原型和發布工業系統， 大大縮短項目開發周期。

值得一提的是，NI的 PAC平臺同時有效擴展了視覺功能。作為測試測量行業的領導者，NI通過引入高速測量和機器視覺使PAC超越了簡單的I/O。在許多工業應用中需要高速采集測量結果以用于振動或功率品質分析。NI的PAC可以以每秒百萬個采樣點的速率直接進行高精度的測量，并把數據直接傳送到控制系統來立即處理。此外，該平臺引入帶有邏輯和運動控制的視覺或是高速測量功能，從而使得工程師們無需集成其他的硬件和軟件平臺。

圖5： 付文武工程師認真解答工程師的問題

精彩的技術演進結合實際儀器展示，讓許多在座聽眾都有意猶未盡的感覺，紛紛走到臺前和付文武工程師就PAC的應用和產品特性進行交流。付文武工程師都一一進行了解答，在一問一答中，用戶更深刻地體會著PAC的創新價值，在目睹PAC可喜進步的同時，與NI進一步切磋著PAC的解決方案和應用體會。