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杜品圣

1  引言

    在近100多年的歷史中，機械制造工業(yè)從未有過如此激烈的競爭和變動。全世界都在尋找符合未來發(fā)展的先進的自動化制造技術的概念。信息技術、計算機技術和控制網絡技術的發(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)市場上占有領先的地位，這個企業(yè)必須具有提高生產率、降低制造成本的能力。這種能力的提高的關鍵是如何將新型的自動控制系統(tǒng)應用在生產制造業(yè)中。眾所周知，計算機技術、通訊技術、IT技術的發(fā)展不斷地滲透到工業(yè)控制領域，引起了工業(yè)自動化控制的不斷變革，其主要特征就是現場總線技術、PC-based技術以及工業(yè)以太網技術。這些技術的出現使得工業(yè)自動化技術的水平達到了一個新的高峰，面向21世紀的現代工業(yè)控制系統(tǒng)正在逐漸形成。十多年來，Phoenix Contact公司堅持不斷創(chuàng)新，不斷變革，在工業(yè)自動化控制領域提出自己獨特的解決方案，特別針對如何提高生產率這一制造工業(yè)關鍵的問題。一種具有開放性通訊平臺的模塊化自動控制系統(tǒng)―AUTOMATIONWORX（AX）已在生產實際中得到廣泛的應用，其先進性、經濟性和可靠性得到了實踐的證明。事實表明將這種技術用于汽車制造業(yè)上可減少 25%的廠房面積、70%系統(tǒng)部件的庫存量和90%的安裝調試時間，使生產率和經濟效益得到了最大的提高。

2  生產率的提高取決于生產過程的信息化以及制造系統(tǒng)的集成能力

    在當今科學技術迅猛發(fā)展的時代，生產率的提高是增強競爭能力的關鍵。機器和工業(yè)設備經濟使用的必要性越來越得到人們的重視。這不僅僅是指機械生產廠，同時也是對產品制造廠的要求。充分的利用生產的潛力，盡可能地縮短定單到發(fā)貨的時間，這需要工業(yè)制造廠家的高度的靈活性和產品生產廠生產新的產品的機動性。這就是說，機器和工業(yè)設備的制造必須在一定的程度上與技術流程的信息流相結合， 即通訊技術必須與生產制造技術緊密的結合起來。為了滿足生產設備的高度適應性以及產品快速地改朝換代，制造廠家在制造設備時必須考慮設計、制造、安裝和現場調試時所使用的自動控制方案的一致性，即它的集成化程度。在一個開放性的通訊平臺上，高度的集成化必須包含生產過程的信息交換，工業(yè)網絡系統(tǒng)的組態(tài)、參數化以及企業(yè)網絡和Internet的聯接。這兩者之間的關系如圖1所示。

（1 信息流 2 生產率 3 集成程度）

圖1  提高生產率的關鍵

    生產過程的信息化以及制造系統(tǒng)的集成能力提高了生產率。而實現生產過程的信息化和制造系統(tǒng)的集成能力的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)由以下的因素決定：

•  開放型的系統(tǒng)；

•  模塊化的結構；

•  快速和方便的安裝技術；

•  高度的標準化；

•  成本核算的整體性。

這5大要點構成了提高生產率的基礎。

3  AX 的特點和構成

3.1  特點

    為了滿足以上要求，必須實現一個功能強、靈活可靠、模塊化的自動化技術的解決方案。這個解決方案的關鍵是具有一個通訊網絡，通過這個網絡實現從現場設備、傳送器、執(zhí)行器、智能儀器儀表、控制器、制造設備，一直到生產管理部門之間的信息傳輸，同時所有的自動化模塊可以方便地連接在這個開放式的信息平臺上。AX 系統(tǒng)恰恰為這個目的而開發(fā)，完全滿足了這樣的要求。

    模塊式自動控制系統(tǒng)AX將現代通訊技術和計算機技術有機地與工業(yè)控制技術結合起來，是實現了開放型、模塊化和具有國際標準的全控制系統(tǒng)。它包含了具有IEC61158國際標準的現場總線技術―INTERBUS，基于 PC技術的 PLC控制器，其編程語言采用IEC61131-3國際標準，PLC控制器之間的通訊采用IEC61158-5的通訊協議。控制系統(tǒng)與工業(yè)以太網聯成一體，通過開放的 OPC 技術實現了控制系統(tǒng)與企業(yè)管理之間的數據傳輸接口。它提供了一個開放式的通訊平臺，可滿足自動控制系統(tǒng)所需要的所有通訊要求。同時模塊式自動控制系統(tǒng)―AX具有強大的集成能力，生產制造系統(tǒng)通過INTERBUS、其它的總線系統(tǒng)和以太網進行數據交換，各種不同生產廠生產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AX系統(tǒng)。其特點如下：

    (1)  開放型的自動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。

    (2)  開放型的通用的工業(yè)網絡技術

    開發(fā)工業(yè)以太網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，實現分散式控制網絡。編程語言采用IEC61131國際標準。

    (5)  連接方便、安裝簡單的IP20 和 IP67 的現場模塊。具有開放型的現場總線接口（INTERBUS，PROFIBUS，DEVICENET，CANOPEN，ETHERNET）。

3.2  構成

圖2  AX的特點

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

    (1)  安裝在控制柜中的IP20 現場總線模塊

    IP20 INLINE控制柜模塊代表了自動控制技術發(fā)展的方向，它具有體積小、快速安裝、擴展性強的特點。INLINE模塊化的輸入輸出系統(tǒng)采用快速的連接方法，同時將嵌入控制技術引入了現場模塊中，提供了智能式現場控制模塊。 INLINE模塊可通過各種現場總線終端模塊與各種現場總線相連接。

    (2)  安裝在工業(yè)設備現場的IP67現場總線模塊

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

    (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。它滿足了現場實踐的要求，直接地使用在現場層、控制層或（和）管理層。PC-WORX 基于IEC61131 國際標準的自動控制軟件提供了全方位的工業(yè)自動控制系統(tǒng)的解決方案。它包含了下列軟件功能：

•  IEC 61131 編程語言；

•  現場總線組態(tài)軟件；

•  診斷軟件工具；

•  工業(yè)以太網網絡管理軟件；

•  SCADA的接口；

•  項目設計。

    (4)  工業(yè)以太網模塊

    Factory Line―用于工業(yè)環(huán)境的以太網模塊，包括了INLINE的以太網網關，用于構成工業(yè)控制柜以太網網絡的集線器和交換器以及相應的電纜、光導和連接器。Phoenix 公司為Factory Line 專門開發(fā)的以太網管理軟件使以太網網絡的安裝調試更為方便和簡單。同時以太網診斷軟件Netzwerk Management 大大提高了網絡運行的可靠性和安全性。

    (5)  人機操作和監(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場的機器上，進行現場操作和監(jiān)控。Phoenix 提供的工控器、Thin-Clients和服務器滿足了監(jiān)控、編程和控制的一切要求。其系統(tǒng)的構成如圖3所示。