杜品圣

1  引言

    在近100多年的歷史中，機械制造工業(yè)從未有過(guò)如此激烈的競爭和變動(dòng)。全世界都在尋找符合未來(lái)發(fā)展的先進(jìn)的自動(dòng)化制造技術(shù)的概念。信息技術(shù)、計算機技術(shù)和控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展給制造工業(yè)的發(fā)展提供了巨大的機遇。要在制造工業(yè)市場(chǎng)上占有領(lǐng)先的地位，這個(gè)企業(yè)必須具有提高生產(chǎn)率、降低制造成本的能力。這種能力的提高的關(guān)鍵是如何將新型的自動(dòng)控制系統應用在生產(chǎn)制造業(yè)中。眾所周知，計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、IT技術(shù)的發(fā)展不斷地滲透到工業(yè)控制領(lǐng)域，引起了工業(yè)自動(dòng)化控制的不斷變革，其主要特征就是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、PC-based技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。這些技術(shù)的出現使得工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的水平達到了一個(gè)新的高峰，面向21世紀的現代工業(yè)控制系統正在逐漸形成。十多年來(lái)，Phoenix Contact公司堅持不斷創(chuàng )新，不斷變革，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域提出自己獨特的解決方案，特別針對如何提高生產(chǎn)率這一制造工業(yè)關(guān)鍵的問(wèn)題。一種具有開(kāi)放性通訊平臺的模塊化自動(dòng)控制系統―AUTOMATIONWORX（AX）已在生產(chǎn)實(shí)際中得到廣泛的應用，其先進(jìn)性、經(jīng)濟性和可靠性得到了實(shí)踐的證明。事實(shí)表明將這種技術(shù)用于汽車(chē)制造業(yè)上可減少 25%的廠(chǎng)房面積、70%系統部件的庫存量和90%的安裝調試時(shí)間，使生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益得到了最大的提高。

2  生產(chǎn)率的提高取決于生產(chǎn)過(guò)程的信息化以及制造系統的集成能力

    在當今科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代，生產(chǎn)率的提高是增強競爭能力的關(guān)鍵。機器和工業(yè)設備經(jīng)濟使用的必要性越來(lái)越得到人們的重視。這不僅僅是指機械生產(chǎn)廠(chǎng)，同時(shí)也是對產(chǎn)品制造廠(chǎng)的要求。充分的利用生產(chǎn)的潛力，盡可能地縮短定單到發(fā)貨的時(shí)間，這需要工業(yè)制造廠(chǎng)家的高度的靈活性和產(chǎn)品生產(chǎn)廠(chǎng)生產(chǎn)新的產(chǎn)品的機動(dòng)性。這就是說(shuō)，機器和工業(yè)設備的制造必須在一定的程度上與技術(shù)流程的信息流相結合， 即通訊技術(shù)必須與生產(chǎn)制造技術(shù)緊密的結合起來(lái)。為了滿(mǎn)足生產(chǎn)設備的高度適應性以及產(chǎn)品快速地改朝換代，制造廠(chǎng)家在制造設備時(shí)必須考慮設計、制造、安裝和現場(chǎng)調試時(shí)所使用的自動(dòng)控制方案的一致性，即它的集成化程度。在一個(gè)開(kāi)放性的通訊平臺上，高度的集成化必須包含生產(chǎn)過(guò)程的信息交換，工業(yè)網(wǎng)絡(luò )系統的組態(tài)、參數化以及企業(yè)網(wǎng)絡(luò )和Internet的聯(lián)接。這兩者之間的關(guān)系如圖1所示。

（1 信息流 2 生產(chǎn)率 3 集成程度）

圖1  提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵

    生產(chǎn)過(guò)程的信息化以及制造系統的集成能力提高了生產(chǎn)率。而實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的信息化和制造系統的集成能力的工業(yè)自動(dòng)化控制系統由以下的因素決定：

•  開(kāi)放型的系統；

•  模塊化的結構；

•  快速和方便的安裝技術(shù)；

•  高度的標準化；

•  成本核算的整體性。

這5大要點(diǎn)構成了提高生產(chǎn)率的基礎。

3  AX 的特點(diǎn)和構成

3.1  特點(diǎn)

    為了滿(mǎn)足以上要求，必須實(shí)現一個(gè)功能強、靈活可靠、模塊化的自動(dòng)化技術(shù)的解決方案。這個(gè)解決方案的關(guān)鍵是具有一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現從現場(chǎng)設備、傳送器、執行器、智能儀器儀表、控制器、制造設備，一直到生產(chǎn)管理部門(mén)之間的信息傳輸，同時(shí)所有的自動(dòng)化模塊可以方便地連接在這個(gè)開(kāi)放式的信息平臺上。AX 系統恰恰為這個(gè)目的而開(kāi)發(fā)，完全滿(mǎn)足了這樣的要求。

    模塊式自動(dòng)控制系統AX將現代通訊技術(shù)和計算機技術(shù)有機地與工業(yè)控制技術(shù)結合起來(lái)，是實(shí)現了開(kāi)放型、模塊化和具有國際標準的全控制系統。它包含了具有IEC61158國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)―INTERBUS，基于 PC技術(shù)的 PLC控制器，其編程語(yǔ)言采用IEC61131-3國際標準，PLC控制器之間的通訊采用IEC61158-5的通訊協(xié)議?？刂葡到y與工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)成一體，通過(guò)開(kāi)放的 OPC 技術(shù)實(shí)現了控制系統與企業(yè)管理之間的數據傳輸接口。它提供了一個(gè)開(kāi)放式的通訊平臺，可滿(mǎn)足自動(dòng)控制系統所需要的所有通訊要求。同時(shí)模塊式自動(dòng)控制系統―AX具有強大的集成能力，生產(chǎn)制造系統通過(guò)INTERBUS、其它的總線(xiàn)系統和以太網(wǎng)進(jìn)行數據交換，各種不同生產(chǎn)廠(chǎng)生產(chǎn)的模塊也可以通過(guò)開(kāi)放的接口，智能式的軟件工具集成成一個(gè)AX系統。其特點(diǎn)如下：

    (1)  開(kāi)放型的自動(dòng)化控制軟件解決方法

    基于Microsoft 的軟件開(kāi)發(fā)操作系統。采用開(kāi)放性的 ACTIVEX，DCOM and OPC的軟件技術(shù)。

    (2)  開(kāi)放型的通用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

    開(kāi)發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)模塊以及具有強大診斷功能的軟件包。

    (3)  靈活性高，適應性強的人機界面（IPC，HMI）。

    (4)  基于PC或嵌入式控制器解決方法，實(shí)現分散式控制網(wǎng)絡(luò )。編程語(yǔ)言采用IEC61131國際標準。

    (5)  連接方便、安裝簡(jiǎn)單的IP20 和 IP67 的現場(chǎng)模塊。具有開(kāi)放型的現場(chǎng)總線(xiàn)接口（INTERBUS，PROFIBUS，DEVICENET，CANOPEN，ETHERNET）。

3.2  構成

圖2  AX的特點(diǎn)

    AX實(shí)現了兩維（垂直和橫向）的數據通訊，提供了具有國際標準的高效率開(kāi)放式模塊化自動(dòng)控制解決方案。AX由圖2所示的可聯(lián)網(wǎng)的模塊組成。

    (1)  安裝在控制柜中的IP20 現場(chǎng)總線(xiàn)模塊

    IP20 INLINE控制柜模塊代表了自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的方向，它具有體積小、快速安裝、擴展性強的特點(diǎn)。INLINE模塊化的輸入輸出系統采用快速的連接方法，同時(shí)將嵌入控制技術(shù)引入了現場(chǎng)模塊中，提供了智能式現場(chǎng)控制模塊。 INLINE模塊可通過(guò)各種現場(chǎng)總線(xiàn)終端模塊與各種現場(chǎng)總線(xiàn)相連接。

    (2)  安裝在工業(yè)設備現場(chǎng)的IP67現場(chǎng)總線(xiàn)模塊

    Fieldline 是按照 IP65/67 安裝要求開(kāi)發(fā)的現場(chǎng)總線(xiàn)輸入輸出模塊。它被直接安裝在極其惡劣工況環(huán)境下，如焊接機器人。這種模塊可與現場(chǎng)變送器/執行器直接連接。模塊上具有集成的診斷LCD顯示功能，能夠直接對故障進(jìn)行現場(chǎng)診斷，大大減少了停機時(shí)間，提高了機器的使用時(shí)間。

    (3)  基于PC和嵌入式PLC 控制器模塊

    Phoenix Contact公司提供了不同功能等級的基于PC或嵌入式PLC 控制器系列。它滿(mǎn)足了現場(chǎng)實(shí)踐的要求，直接地使用在現場(chǎng)層、控制層或（和）管理層。PC-WORX 基于IEC61131 國際標準的自動(dòng)控制軟件提供了全方位的工業(yè)自動(dòng)控制系統的解決方案。它包含了下列軟件功能：

•  IEC 61131 編程語(yǔ)言；

•  現場(chǎng)總線(xiàn)組態(tài)軟件；

•  診斷軟件工具；

•  工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )管理軟件；

•  SCADA的接口；

•  項目設計。

    (4)  工業(yè)以太網(wǎng)模塊

    Factory Line―用于工業(yè)環(huán)境的以太網(wǎng)模塊，包括了INLINE的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，用于構成工業(yè)控制柜以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的集線(xiàn)器和交換器以及相應的電纜、光導和連接器。Phoenix 公司為Factory Line 專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的以太網(wǎng)管理軟件使以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的安裝調試更為方便和簡(jiǎn)單。同時(shí)以太網(wǎng)診斷軟件Netzwerk Management 大大提高了網(wǎng)絡(luò )運行的可靠性和安全性。

    (5)  人機操作和監視界面模塊

    帶有CE 操作系統的觸摸屏可分散的安裝在現場(chǎng)的機器上，進(jìn)行現場(chǎng)操作和監控。Phoenix 提供的工控器、Thin-Clients和服務(wù)器滿(mǎn)足了監控、編程和控制的一切要求。其系統的構成如圖3所示。