活用泓格I-7188 PC-Based控制器

• 关键词：电机,opc,pid,流量计
• 作者：叶宏材

一、前言：
于自控界PLC、DCS可说是最主要的控制器，所有的信号进出、控制逻辑的执行及数据交换的通信功能等都是由PLC、DCS等处理。但是最近数几年来由于PC产业科技的发展长，无论是CPU速度、内存容量或者网络相连等技术都有关键性的发展。另一方面各种应用系统的功能规格必须更有弹性更容易整合，使得原本各种厂牌的PLC、DCS都提供自己的网络系统，也都必须具备PC的主流网络通信规格：Ethernet。
由自控系统的使用观点来看，DCS是以制程过程控制为主，故对于PID Loop控制及各种Advance Control较为专精，且包含专属的监控系统。PLC是用于电路的顺序控制，故以电路方式的Ladder程序设计为主，监控系统则搭配使用PC版或专用触控屏幕等。因为工业界对于自动控制的功能要求越来越复杂，以往单纯的PLC、DCS等系统已经无法满足各种设计系统需求。对于如何善用PC Base controller此种产品，以补足PLC、DCS所达不到的功能，又是另一种新的发展方向。笔者使用泓格I-7188系列产品开发许多种应用系统，特地整理出一些心得报告，提供业界先进参考。
泓格I-7188系列产品配备80188 CPU，256K或512K内存，数个COM Port以及Ethernet网络Port。操作系统为MiniOS7，此与DOS极为类似，执行单一Task，但是设计者可以完全掌控所有相关硬设备，反而不会有类似MS Windows系统的复杂性而影响应用系统的稳定性。所以将I-I-7188加上特定功能的应用系统，就会变成一种全新的产品，此为软件附加价值典型的应用，也是自控应用系统设计者一种最新的利器。以下笔者提出数种应用系统例，以及设计此种系统的注意要点，希望与同业间有兴趣者相互切磋此方面的应用。
二、应用例说明：
1.大型冰机系统的连接

主要功能：
* I/O及内部点数共计：Relay: 1024点， Register: 1204点。
* RS485连接多台多型式的冰水主机，York专属冰机通信规约。
* 多埠RS232C架构可同时连接PC监控系统及多台触控式人机接口(Modbus通信规约)。
* 监控系统以 InduSoft Studio 及 Modbus OPC 做系统整合。
* 提供 user define 数学及逻辑公式，以计算各种冰水主机运转效率。例如：
1.D100= (D101  10.0) * SIN(D20)。
2.R10= (R1 and R2)  or ( D0 >= D1)。
* 提供PID Loop control以控制檔板。
2.通信转换器应用(1)：Modbus Serial/TCP Protocol Gateway

主要功能：
* Modbus为自控业界最主流的通信规约，目前通信技术已经发展至Ethernet。Modbus也提供ModbusTCP的通信规约，但是许多自控设备还是提供Modbus Serial方式，通信规约的转换Modbus Gateway成为必要的设备。
* Modbus Gateway对通信数据处理，采取完全transparent mode保证转换数据的完整性。
* 可变成一对多方式，增加使用的便利性。
* 通信系数设定后，正式使用不需操作，只要Power ON即可。
3.通信转换器应用(2)：PLC one port to Multi-port Gateway

主要功能：
* PLC的Serial通信模块只能接一个监控系统，接第二个监控系统必须再另一片通信模块，又要接外部Modbus设备时，必须专属的Modbus模块，如此整体系统价位增加。可用Multi-Gateway设备将一个通信埠以time sharing方式分成三个埠使用。
* 对每个通信埠都可单独设定其通信系数，及所要通信的PLC Protocol或Modbus Protocol。
* 通信数据处理，采取完全transparent mode保证转换数据的完整性。
* 通信系数设定后，正式使用不需操作，只要Power ON即可。
4.通信转换器应用(3)：特殊控制器联机与PLC交换数据

主要功能：
* 特殊控制器使用特有的通信规约，一般PLC都无此通信模块，使用Multi-Gateway设计通信规约转换系统。
* 主动方式对特殊控制器做数据读出，然后写入PLC。或读取PLC所要输出的数据转写入特殊控制器上。
* 另外再提供标准Modbus Protocol作为另一种数据交换的标准。
三、泓格I-I-7188系列产品的特点：
1、具有多个Serial Port的通信功能，如此可控制较多数的外围设备。一般PLC都只提供BASIC模块，而且程序设计上比较受限制。
2、具有网络Ethernet的通信功能：此为PC架构设备，较先进的网络系统可以很快结合使用，例如：TCP/IP、UDP等功能。一般PLC于原有架构下要延伸此方面技术，则有较多的困难。
3、有float计算能力，可做许多复杂计算。PLC方面绝大部分都无此功能，对于DI/O使用one bit方式，AI/O使用 16 bit word方式，只能整数运算。所以当要做复杂公式计算或者趋势预测推定，PC Base Controller就是最佳的选择。
4、有数据储存功能：当应用方面趋于复杂化时，基本的I/O信号已经无法满足系统设计的要求，必须有数据储存的功能，例如：配方数据，生产在线的半成品规格等等。
5、单独系统运作，随插随用方式：PC Based操作系统较为单纯，应用系统都针对特定功能而设计，讲求的是初期设定完成后，即可随插随用，当现场断电再复电后，系统马上恢复正常运作。与一般PC的使用理念有所不同，设计理念上必须有所区隔。
四、PC Based Controller应用系统设计要点：
I-I-7188为MiniOS7与DOS类似的操作系统。所以要熟悉PC系统的设计人员。又因为要设计自控系统，所以必须具备此方面知识的人员，使得开发应用系统难度大于一般的信息系统。兹将开发系统时，我所体会到的要点，就技术面、应用面等说明如下：
1、操作系统深入认识的必要性：设计自控应用系统，一般都需要使用到操作系统较低阶的功能，有时候也需要直接驱动各种硬件，对于硬设备的掌握度必须远大于一般数据处理的程序。
2、设计语言的选择：自控系统都有一定复杂度，C语言为最佳的选择，如此才可以灵活运用操作系统所提供的低阶功能。
3、实时系统的设计：自控系统大都是实时检查现场各种I/O信号，然后经过逻辑处理，将需要控制的命令及时输出。Timing对自控系统是必须第一优先处理的事情。
4、系统稳定的运转：用于自控系统的设备，都是长时间24小时运转，除了硬件本身要符合现场较差环境的条件外，所设计的应用系统也必须考虑到承受各种不正常操作，或则通信线断线、临时跳电等因素干扰下，系统还是可以正常运作。系统不稳定最常出现的问题就是，不定期当机，此种状况通常是因为应用系统设计不良，可能通信异常处理，数据格式异常，设定值错误等等状况，程序未有效因应而造成当机。所以此种系统的逻辑严密不容许考虑不周之处。
五、结语：
笔者从事自控应用系统数十年，由早期的Mini-Computer、DOS、UNIX、至Windows都有开发的实务经验。以往都必须使用PC以上的计算机系统，但是自从接触到泓格I-I-7188产品后，发觉可以将以往工厂的大型自控系统功能，拆解成许多特定功能，然后更广泛使用于各种领域。硬件产品size精巧，很适合安装于现场控制盘内，宛如一台小PC执行特定的应用功能，此为以前很难想象的事情。如今泓格今年（2003）下半年，又发表另一款WinCE的新产品：WinCON 8000。此种具备Windows系统功能的设备，将会触发更先进的应用系统开发，笔者期盼使用此种新产品后，再次为文与读者分享经验。