瑞士 PCD 過程控制設備及其特點

SAIA® PCD 過程控制設備及其特點
一． 引言
思博電子（SAIA Burgess Electronics ）是一家總部位于瑞士的生產控制器，電機，開關等電子產品的集團公司。從1978年開發出第一臺由微處理器控制的可編程序控制器算起，至今有了二十多年的歷史。最初的PLC產品為PCA系列產品，1986年起推出PCD（Process Control Devices）系列產品。從PCA系列到PCD系列，已經有二十五萬套產品成功地安裝在世界各地，使得SAIA®PCD 成為歐洲知名的PLC品牌。
同其他公司生產的PLC比較，SAIA®PCD產品有許多獨特之處，它采用了完全模塊化的結構，無論是在硬件和軟件，還是小型系列的PCD1/2到中大型系列的PCD4/6，都是使用模塊化的方式構造；全系列的PCD全兼容，使用同一種編程工具，提高了生產效率，降低開發成本；具備開放的通信接口和方便靈活的網絡通信功能；提供各種類型的接口模塊和處理單元，滿足工業自動化領域的多種需求。
隨著SAIA®PCD 產品在國內工業控制和樓宇控制領域的推廣應用，為使PCD用戶更多地了解SAIA®PCD產品及主要性能和特點，本文對SAIA®PCD控制器作一個介紹。
二． 開放和兼容的系統
SAIA®PCD系列產品中的每個類型都是由處理器模塊和其他功能模塊組成，各種類型的PCD處理器模塊其結構具有相同的數據結構和指令集，唯一的差別是用戶存儲器的大小，輸入/輸出點數量和CPU的處理速度不同。
各種PCD處理器模塊具有相同的用戶資源：
— 8192 標志（Flag）
— 1600×31bit定時器和計數器(Timer and Counter)
PCD結構方塊圖
PU 和I/O 總線
PGU
RS232
— 4096×32 bit 寄存器(Register)
其系統結構如圖所示：
傳統的PLC體系結構是不開放的，大多數的PLC使用專用的通信網絡及協議，編程語言多為梯形圖語言。國際電工委員會（IEC）在1992年頒布了IEC1131—3《可編程序控制器的編程軟件標準》，為不同廠家的PLC編程軟件的標準化和可移植性鋪平了道路。SAIA®PCD的指令集建立在IEC1131—3標準之上，各PCD系列，提供了相同的指令集，具有120多條指令，包括浮點運算，PID控制和通信等指令，使得編寫程序工作變得容易和方便。
SAIA® PCD基于IEC 1131—3標準，提供了多種編程語言，包括：
指令語言（IL）— 這是一種類似匯編語言的語言，屬于傳統的編程語言；
梯形圖語言（KOPLA）— 梯形圖是一種廣泛用于PLC的編程語言；
功能塊語言（FOPLA）— 提供了圖形化的編程環境，使用標準的功能元件，如門，觸發器，計數器，定時器等，將邏輯任務用圖形化方法來表示；
順序功能圖語言（SFC）— 是一種按步和事務順序處理程序流程的圖形語言；
現代的編程語言都是采用模塊結構化方法，SAIA®PCD提供了兩種基本的結構化編程方法：
SAIA®BLOCETC 適用于連續的過程控制，這種類型的過程常見于化工和食品工業中，或在監控系統中。使用IL，KOPLA或FUPLA編寫。
SAIA®GRAFTEC 適用于順序過程中，如機器制造，金屬加工等。SAIA®GRAFTEC基于法國的GRAFCET標準NFC 03-190。它不是一種獨立的語言，編程時，必須嵌入其他幾種語言，首先在PCD的屏幕上畫出流程圖，然后用IL，KOPLA或FOPLA編寫小程序添在每一步中。
在配置標準操作系統的PC機上，不論是MS-DOS，還是MS-WINDOWS，SAIA都可以提供符合IEC 1131—3標準的全范圍的編程軟件包；PG3是MS-DOS下的編程工具，它用指令和表達順序過程的GRAFTEC方法編程；PG4是MS-WINDOWS下的編程工具，它不僅支持指令編程，而且使用圖形化方法如梯形圖，功能塊圖和順序功能圖。圖形化的用戶接口支持預編程的功能塊，使用大型的功能塊庫，編寫PCD程序只是選擇配置所需要的功能塊。當系統運行時，在線工具很容易使控制工程師監控和修改其功能，檢查和更正任何錯誤。
三． 強化的網絡和通信能力
即使是在20年前，SAIA生產的過程控制設備都提供了工業通信接口，而在現代
的工業環境，一個成熟的工業自動化系統對高效和可靠的通信提出更高的要求；基于這
一點，所有SAIA®PCD都具備了強大的通信能力。每個PCD系列提供了2個（PCD1）到30個（PCD6）通信端口。每一個端口可以分別分配給指定的通信任務，小型的，插
入式通信模塊提供多種接口類型：RS232（V24），20mA電流環，RS422和RS485。這
些標準接口的通信協議和速度可以用編程工具配置，其通信速度可達38400 bit/s(電流環接口速度最高為9600 bit/s);每一個PCD都配備的RS232編程端口(PGU)在不需要作編程工作時，也可用在系統的應用中。
在各個通信層次上，PCD控制器提供了大范圍的合適的硬件，軟件和友好的用戶工具：
點對點通信
每個PCD支持同外部設備連接的多種協議，如打印機，條碼閱讀器，終端和其他控制設備。單字符模式可以實現幾乎任何協議；報文模式提供全雙工通信,在PCD之間或PCD與其他智能設備之間進行數據交換。
SAIA®S-Bus
SAIA的S-BUS 協議使用半雙工通信。S-BUS協議內建于每個PCD處理器中，它是一個主從網絡協議，使用RS485接口很容易建立低成本的S-BUS網絡，通過一對雙絞線，在32個段內可最多掛接254個從站;S-BUS不僅使用戶能夠交換各站的運行數據，也可以使用戶直接訪問各站的程序，文本和數據塊。
PROFIBUS DP
在快速的現場工業控制系統中，采用標準的PROFIBUS DP網絡協議，其傳輸速度可達12Mbit/s；其中PCD1，PCD2和PCD6通過選用PCD7.F7..系列控制卡，即可作DP主站，也可作DP從站
PROFIBUS FMS
這是一個單元級的多主網絡，傳輸速度可達到500Kbit/s;其中PCD2，PCD4和PCD6都可以連接到這個通用的網絡中。
LONWORK
支持同LONWORK的連接，通過選用PCD7.F8.., SAIA®PCD可以接入LONWORK中，使之與支持LONWORK的系統融合，這特別對樓宇內的控制系統有益。
ETHERNET (TCP/IP 協議)
PCD2.M220系列是集成了PC/104標準工業PC的PLC，插入適當的ETHERNET控制卡，可使PCD系列連接到任何ETHERNET網絡中。
TELECOMMUNICATION
每個PCD處理器模塊都支持與電信網絡的連接，包括模擬，ISDN或GSM，這
提供了全球范圍的通信手段，對于遙遠距離的站點，中央控制器都可以訪問任意PCD
系統進行數據交換和處理，極大的提高了系統的效率。
同外部系統的連接
SAIA®PCD也具備與外部系統連接的能力，大多數通用過程監控系統都提供了與SAIA®PCD通信的驅動器，可與之連接的系統有：FactoryLink, Fix, Genesis, WIZCON, InTouch 等。
四． 多元化的功能單元
SAIA®PCD不僅具有與通常的PLC類似的功能單元和品種繁多的I/O模塊，也提供了許多具有獨特功能的系統單元和模塊。
PCD2.M220 是將工業PC與PLC集成的系列產品，這種組合提供了兩個完全獨立的處理器，這保證了PLC安全執行過程控制的任務，即使PC失效，亦不受影響，PC的操作系統和應用軟件也不影響PLC的處理器。PCD.M220的PLC處理器是基于廣泛應用的PCD2.M120，它的模塊化結構支持所有PCD的I/O模塊，并允許用戶擴充存儲空間和通信接口，包括SAIA S-BUS和PROFIBUS。PC部分采用了工業標準的PC/104板，由于PC的豐富的硬件資源和巨大的軟件庫及靈活的人機接口，使得PCD2.M220成為通用的開放的控制器，它可以選擇不同的操作系統，如DOS，Windows,OS/2或UNIX,允許用戶使用高級語言和數據庫技術開發應用系統，也允許通過局部網絡如Ethernet的TCP/IP 交換數據或通過Internet實現全球通信。PLC和PC之間使用雙口RAM進行通信，利用SAIA S-BUS協議的通信驅動器，PC可以非常快捷地訪問PLC的所有內部數據。
SAIA®PCD Series xx7 是與SIEMENS S7-300和S7-400全兼容的產品，其指令集與S7-400完全一致。Series xx7不僅具有原SIMATC控制器的特性，而且使用完全相同的方法進行編程。所有的Series xx7控制器都是使用SIEMENS的STEP7編程軟件進行編程和配置。這種兼容性帶來了許多的實際好處：可以繼續使用熟悉的編程工具；進一步利用已有的SIEMENS編程的經驗與技巧；已有的STEP7程序可以直接采用，毋須轉換；使用STL，LAD，FBD，S7-GRAPH，S7-HiGraph,S7-SCL和CFC編寫程序；以前的投資可以受到保護。
SAIA®PCD配備有完整的H系列運動控制模塊，包括步進和伺服電機的控制模塊.從經濟型的PCD1/2單軸系列到具有直線和圓弧插補的PCD4的多軸系列，這種將PLC與CNC結合的能力，使PLC在工業中的高精度傳動控制中發揮了重要作用。
隨著現場總線技術的廣泛使用，特別是PROFIBUS DP的推廣，在許多工業控制領域已開始大量使用PROFIBUS DP設備。PROFIBUS是國際工業總線標準，它完全開放且獨立于設備制造商，許多廠家按此標準生產各種設備如驅動器，閥門，編碼器和遠程I/O等，SAIA亦推出了自己的現場總線產品PCD0系列遠程I/O模塊和軟件，以及相應的接口模塊。這種現場總線產品其通信速度達到12Mbit/s。
在顯示設備方面，SAIA提供了種類齊全的操作員終端PCD7.D..系列，這些HMI產品從插入式的到具有網絡接口的，從簡單文本顯示到智能型的彩色圖形操作員面板，滿足各種應用需求，為操作員提供了良好的人機接口。
五． 結束語
隨著計算機技術，通信技術，微電子技術和控制技術的發展，工業自動化提出了越來越高的要求，作為標準工業控制設備的PLC也由最初的只能處理開關量發展到可以處理模擬量，并提供PID調節功能和聯網通信能力；今后的工業控制系統將想開放型體系結構發展，由現場總線構成的徹底分散型控制系統將會改變自動控制系統的結構，實現現場通信與控制系統的集成；SAIA®PCD系列產品正是順應了這個發展潮流，采用了開放型，模塊化結構，并提供了全系列的高質量的模塊化的硬件和軟件，使其成為全新的數字控制系統，在競爭激烈的PLC市場上獨樹一幟