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杜品圣

1  引言

    在近100多年的歷史中，機(jī)械制造工業(yè)從未有過如此激烈的競(jìng)爭(zhēng)和變動(dòng)。全世界都在尋找符合未來發(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(jì)算機(jī)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(jī)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(tǒng)應(yīng)用在生產(chǎn)制造業(yè)中。眾所周知，計(jì)算機(jī)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(xiàn)場(chǎng)總線技術(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(xiàn)使得工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的水平達(dá)到了一個(gè)新的高峰，面向21世紀(jì)的現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)正在逐漸形成。十多年來，Phoenix Contact公司堅(jiān)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(dú)特的解決方案，特別針對(duì)如何提高生產(chǎn)率這一制造工業(yè)關(guān)鍵的問題。一種具有開放性通訊平臺(tái)的模塊化自動(dòng)控制系統(tǒng)―AUTOMATIONWORX（AX）已在生產(chǎn)實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用，其先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)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)用于汽車制造業(yè)上可減少 25%的廠房面積、70%系統(tǒng)部件的庫(kù)存量和90%的安裝調(diào)試時(shí)間，使生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益得到了最大的提高。

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

    在當(dāng)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(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵。機(jī)器和工業(yè)設(shè)備經(jīng)濟(jì)使用的必要性越來越得到人們的重視。這不僅僅是指機(jī)械生產(chǎn)廠，同時(shí)也是對(duì)產(chǎn)品制造廠的要求。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)制造廠家的高度的靈活性和產(chǎn)品生產(chǎn)廠生產(chǎn)新的產(chǎn)品的機(jī)動(dòng)性。這就是說，機(jī)器和工業(yè)設(shè)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(jié)合， 即通訊技術(shù)必須與生產(chǎn)制造技術(shù)緊密的結(jié)合起來。為了滿足生產(chǎn)設(shè)備的高度適應(yīng)性以及產(chǎn)品快速地改朝換代，制造廠家在制造設(shè)備時(shí)必須考慮設(shè)計(jì)、制造、安裝和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)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)開放性的通訊平臺(tái)上，高度的集成化必須包含生產(chǎn)過程的信息交換，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組態(tài)、參數(shù)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)過程的信息化以及制造系統(tǒng)的集成能力提高了生產(chǎn)率。而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的信息化和制造系統(tǒng)的集成能力的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由以下的因素決定：

•  開放型的系統(tǒng)；

•  模塊化的結(jié)構(gòu)；

•  快速和方便的安裝技術(shù)；

•  高度的標(biāo)準(zhǔn)化；

•  成本核算的整體性。

這5大要點(diǎn)構(gòu)成了提高生產(chǎn)率的基礎(chǔ)。

3  AX 的特點(diǎn)和構(gòu)成

3.1  特點(diǎn)

    為了滿足以上要求，必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能強(qiáng)、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)，通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、傳送器、執(zhí)行器、智能儀器儀表、控制器、制造設(shè)備，一直到生產(chǎn)管理部門之間的信息傳輸，同時(shí)所有的自動(dòng)化模塊可以方便地連接在這個(gè)開放式的信息平臺(tái)上。AX 系統(tǒng)恰恰為這個(gè)目的而開發(fā)，完全滿足了這樣的要求。

    模塊式自動(dòng)控制系統(tǒng)AX將現(xiàn)代通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)地與工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合起來，是實(shí)現(xiàn)了開放型、模塊化和具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的全控制系統(tǒng)。它包含了具有IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)―INTERBUS，基于 PC技術(shù)的 PLC控制器，其編程語言采用IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，PLC控制器之間的通訊采用IEC61158-5的通訊協(xié)議。控制系統(tǒng)與工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)成一體，通過開放的 OPC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)與企業(yè)管理之間的數(shù)據(jù)傳輸接口。它提供了一個(gè)開放式的通訊平臺(tái)，可滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)所需要的所有通訊要求。同時(shí)模塊式自動(dòng)控制系統(tǒng)―AX具有強(qiáng)大的集成能力，生產(chǎn)制造系統(tǒng)通過INTERBUS、其它的總線系統(tǒng)和以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，各種不同生產(chǎn)廠生產(chǎn)的模塊也可以通過開放的接口，智能式的軟件工具集成成一個(gè)AX系統(tǒng)。其特點(diǎn)如下：

    (1)  開放型的自動(dòng)化控制軟件解決方法

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

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

    開發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)模塊以及具有強(qiáng)大診斷功能的軟件包。

    (3)  靈活性高，適應(yīng)性強(qiáng)的人機(jī)界面（IPC，HMI）。

    (4)  基于PC或嵌入式控制器解決方法，實(shí)現(xiàn)分散式控制網(wǎng)絡(luò)。編程語言采用IEC61131國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

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

3.2  構(gòu)成

圖2  AX的特點(diǎn)

    AX實(shí)現(xiàn)了兩維（垂直和橫向）的數(shù)據(jù)通訊，提供了具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的高效率開放式模塊化自動(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(xiàn)場(chǎng)總線模塊

    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(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。INLINE模塊化的輸入輸出系統(tǒng)采用快速的連接方法，同時(shí)將嵌入控制技術(shù)引入了現(xiàn)場(chǎng)模塊中，提供了智能式現(xiàn)場(chǎng)控制模塊。 INLINE模塊可通過各種現(xiàn)場(chǎng)總線終端模塊與各種現(xiàn)場(chǎng)總線相連接。

    (2)  安裝在工業(yè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的IP67現(xiàn)場(chǎng)總線模塊

    Fieldline 是按照 IP65/67 安裝要求開發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線輸入輸出模塊。它被直接安裝在極其惡劣工況環(huán)境下，如焊接機(jī)器人。這種模塊可與現(xiàn)場(chǎng)變送器/執(zhí)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(duì)故障進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)診斷，大大減少了停機(jī)時(shí)間，提高了機(jī)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(jí)的基于PC或嵌入式PLC 控制器系列。它滿足了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的要求，直接地使用在現(xiàn)場(chǎng)層、控制層或（和）管理層。PC-WORX 基于IEC61131 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的解決方案。它包含了下列軟件功能：

•  IEC 61131 編程語言；

•  現(xiàn)場(chǎng)總線組態(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(xiàng)目設(shè)計(jì)。

    (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(gòu)成工業(yè)控制柜以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的集線器和交換器以及相應(yīng)的電纜、光導(dǎo)和連接器。Phoenix 公司為Factory Line 專門開發(fā)的以太網(wǎng)管理軟件使以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的安裝調(diào)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(yùn)行的可靠性和安全性。

    (5)  人機(jī)操作和監(jiān)視界面模塊

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