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自動化熱縮管工藝(三)

時間:2024-06-04 20:25:10 來源:G-APEX作者:東莞云林

自動化熱縮管工藝(三)

控制器實現(xiàn)

 

PLC是在當前應(yīng)用中實現(xiàn)控制器的良好選擇。無論是在算術(shù)上還是在邏輯上,它們都能滿足計算需求。它們的有效屏蔽包裝使它們能夠在有電磁噪音和灰塵的工業(yè)環(huán)境中良好工作。因為功耗在典型的工業(yè)控制器設(shè)計中不像在便攜式設(shè)備設(shè)計中那樣重要,所以這個因素在硬件選擇過程中不起決定性作用。PLC的其他好處包括易于升級到更高性能版本、第三方技術(shù)支持的可用性、訓練有素的技術(shù)人員可以進行小的邏輯修改以及HMI系統(tǒng)的現(xiàn)有標準通信協(xié)議。使用PLC而不是另一種嵌入式控制器的另一個理由是,PLC被設(shè)計為以實時方式工作。輸入一次讀取并保存。然后按順序處理邏輯,最后更新輸出。這允許精確的執(zhí)行時間,并且諸如無休止循環(huán)之類的事情將被最小化。這是工業(yè)自動化系統(tǒng)中的一個重要概念,不希望的延遲可能會導(dǎo)致代價高昂的后果。總是測量執(zhí)行邏輯所需的周期時間,如果它超過預(yù)定義的值,開發(fā)人員就會知道存在真正的問題,PLC需要執(zhí)行超時序列。盡管上述大多數(shù)特征在許多其他類型的嵌入式控制器中都是可行的,但由于PLC是預(yù)先配置的結(jié)構(gòu),任何分配的時間和成本都可能花在控制算法上,而不是實現(xiàn)技術(shù)上。

 

在選擇合適的硬件平臺后,根據(jù)現(xiàn)有的編程標準進行軟件實現(xiàn)。就PLC而言,各種編程語言都基于IEC-61131-3標準,每種語言都適合特定的應(yīng)用。例如,Structure Text是一種用于復(fù)雜算法的高級PLC編程語言,而梯形圖或功能塊等圖形語言更適用于簡單邏輯。后一組不如結(jié)構(gòu)文本靈活,但更容易跟蹤和調(diào)試,這就是為什么大多數(shù)工程師傾向于使用這種語言的原因。在現(xiàn)有項目中,選擇結(jié)構(gòu)文本編程語言來實現(xiàn)控制器軟件中與系統(tǒng)級邏輯(監(jiān)督控制)相對應(yīng)的部分,而腔室位置控制器則使用梯形圖。系統(tǒng)級邏輯的結(jié)構(gòu)文本代碼是通過在MATLAB/Simulink中開發(fā)的控制器自動生成代碼來創(chuàng)建的。這將大大減少可能出現(xiàn)的錯誤和開發(fā)時間。使用Simulink PLC編碼器實用程序,控制系統(tǒng)設(shè)計者可以通過快速原型設(shè)計和實驗花費更多時間來微調(diào)算法,而減少編碼工作的時間。生成的代碼將被導(dǎo)入到相關(guān)的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)中。因此,應(yīng)用程序代碼將被編譯并部署到PLC。

 

控制器測試

 

在將實施的控制器與實際的熱縮管機集成之前,應(yīng)進行一輪測試,以檢查實施的控制器性能。這些測試有助于檢測任何可能的問題,并在駕駛真正的儀器之前及時解決。由于MATLAB/Simulink的計算和圖形功能,在控制器測試過程中保留此軟件包是有意義的,即使在初步設(shè)計和仿真階段之后也是如此。在前一個測試部分中,控制器和受控系統(tǒng)(熱縮管機)都在MATLAB/Simulink環(huán)境中進行了建模和測試,但現(xiàn)在要測試的是真正的控制單元。因此,在下一個測試步驟中,將實際控制器(PLC)連接到MATLAB/Simulink中的模擬機器模型,并檢查控制器的性能。通常,這種方法被稱為硬件在環(huán)(HIL)測試;然而,在典型的HIL測試中,受控的模擬對象應(yīng)該在具有實時內(nèi)核的硬件平臺和操作系統(tǒng)上運行。很明顯,MATLAB/Simulink在像Microsoft Windows這樣的普通操作系統(tǒng)上運行時無法呈現(xiàn)實時行為,但該測試仍然有幫助。

 

在實驗設(shè)置中,第一步是在MATLAB/Simulink中為控制器和熱縮管機模型之間的數(shù)據(jù)交換提供解決方案。將所需數(shù)據(jù)從MATLAB饋送到控制器單元,反之亦然的一個解決方案是使用安裝在個人計算機上并由MATLAB支持的特殊I/O模塊。這種系統(tǒng)可能適用于通常的實驗室測試,但很少用于工業(yè)應(yīng)用,因為它們不僅大大增加了測試成本,而且還會產(chǎn)生許多集成問題[8]。另一種解決方案可以是在MATLAB中構(gòu)建應(yīng)用程序編程接口,該接口可以監(jiān)聽PLC網(wǎng)絡(luò)上的流量,并在必要時返回數(shù)據(jù)。與前一種解決方案相比,這種方法的主要優(yōu)點是MATLAB不必與外圍卡集成,其主要缺點是建立這樣的接口耗時且結(jié)果不標準。

 

最終,一個常見的解決方案是使用OPC(用于過程控制的OLE)標準,這是一種在MATLAB/Simulink和PLC之間建立通信的可靠而有效的方法。OPC技術(shù)使不同品牌的軟件和硬件能夠集成,并為基于PC的應(yīng)用程序(如一側(cè)的MATLAB/Simulink)和過程設(shè)備(如另一側(cè)的PLC)之間的通信提供了一種簡單有效的解決方案[9]。圖6展示了開發(fā)的測試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信架構(gòu)示意圖。在MATLAB中,OPC工具箱在Simulink環(huán)境中提供用于與典型OPC服務(wù)器交互的塊。

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圖6 實驗裝置中的數(shù)據(jù)通信架構(gòu)

 

圖7顯示了實驗設(shè)置。它由過程模擬工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機、PLC和PLLC編程工作站組成。工作站上的過程模擬有兩個特點:模擬過程的MATLAB/S/Simulink和安裝在同一臺計算機上的OPCC服務(wù)器。OPC服務(wù)器與PLC的通信是通過該計算機的網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)的。雖然在最終系統(tǒng)中,控制器的信號傳輸是通過其I/O模塊完成的,但在基于OPC服務(wù)器的測試系統(tǒng)中,信號傳輸是由PLC的存儲區(qū)臨時實現(xiàn)的。

 圖7.jpg

圖7 實驗設(shè)置

 

測量三個過程信號,并通過OPC寫入塊發(fā)送至PLC:腔室溫度(用于確定電機速度設(shè)定點)、電機速度(作為主PID回路變量)和電機電流(作為從PID回路變量。過程moodel通過OPC Read bbllock從PLC側(cè)接收控制信號(電樞驅(qū)動電壓)。圖8比較了建??刂破骱蛯嵤┛刂破鞯碾姍C實際速度(由于傳感器校準因素,振幅不在比例中)。在每種情況下,控制器都與建模過程相連。

 圖8a.jpg

圖8a 電機|速度,控制器模型應(yīng)用于過程|模型

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圖8b 電機轉(zhuǎn)速、控制器實現(xiàn)應(yīng)用于過程模型

 

圖9還展示了兩種模擬場景下的電機電流。這些圖表明,該控制器的行為與建模的控制器足夠相似。

圖9a.jpg

圖9a 電機電流、控制器模型應(yīng)用于過程模型

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圖9b 電機電流控制器在過程模型中的應(yīng)用

 

結(jié)論

 

本文介紹了線束行業(yè)中的一個問題,并根據(jù)當前的t技術(shù),在工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域提出了一個實用的解決方案。該項目與許多其他類似工程的區(qū)別在于,根據(jù)基于模型的設(shè)計指南開發(fā)了基于PLC的控制系統(tǒng)。盡管基于模型的控制設(shè)計是一種已知的方法,但其標準和方法在基于PLC的控制項目中沒有得到足夠的利用。所使用的基于模型的edd方法是自動生成PLC代碼、節(jié)省時間和減少錯誤偶然性的一種優(yōu)雅方式。在這種應(yīng)用程序中,即使在實現(xiàn)了控制器之后,也可以切換回模擬階段,修改控制器參數(shù),并在觀察模擬輸出后,將所需的更改傳遞到實際控制器中。下一階段是將線性定位硬件與所實現(xiàn)的控制器集成,并檢查系統(tǒng)性能。



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