智能測量放大器對比PLC控制器

通過與PLC控制器進行比較,了解現代測量放大器的技術可能性。測量技術將走向何方?關鍵點和潛在障礙是什么?如果想取得長期成功,有哪些是需要特別注意的?


新理念不可或缺

過去,測試臺或生產系統組件之間的交互只能通過復雜的傳輸通道和接口轉換器實現。為了提高這些日益復雜系統的效率,近年來不斷向 模塊化組件 標準接口 轉變。 產品開發人員和生產人員正在尋找靈活的系統,這些系統僅需對新員工進行簡單的培訓,并且易于集成到新技術中。自動化生產和產品開發任務之間有一些基本的區別。產品開發需要高采樣率、精確的數據采集,但自動化應用更需要的是實時數據,以保持序列和機器處于最佳工作狀況。對于后者,實際測量數據意義不大,診斷數據具有更高的優先級。

在機電系統中,這些曾經截然不同的概念已經結合到了一起。因此,理想組件的要求是足夠靈活,可以在生產和測試環境中使用。
智能測量放大器對比PLC控制器的圖1
現代組件正在將以前只有智能手機和平板電腦才具有的增強用戶體驗引入測量技術領域

PLC 的作用是什么?

可編程邏輯控制器(PLC)是一種對機器或系統進行控制或調整,并可進行數字編程的設備。在最簡單的情況下,PLC帶有輸入、輸出、操作系統(固件)和連接到用戶程序的接口。用戶程序根據輸入確定如何切換輸出。PLC具有很高的確定性,其周期時間定義為精確的毫秒級,在毫秒內處理機器的應用程序和控制序列。但 PLC 對序列的更改總是需要一名專家來調整或修改并驗證操作程序。這需要對程序員進行長期而徹底的培訓。


傳感器和致動器用于將PLC連接到機器或工廠,此外,還帶有狀態顯示。傳感器連接到PLC的輸入,并傳達機器或工廠中發生的情況。傳感器包括按鈕、擋光板、增量編碼器、限位開關或溫度傳感器、液位傳感器等。致動器連接到PLC的輸出,并提供控制機器或設備的可能性。致動器包括用于打開電機的接觸開關、液壓或壓縮空氣的電動閥,以及用于驅動控制的模塊(運動控制、受控加速或減速的速度控制、步進電機控制)。


基于模塊化的差異

1)模塊化 PLC

對于模塊化PLC,控制系統由單個組件組成,每個組件執行不同的任務。最基本的例子是由中央處理器和至少一個輸入和一個輸出組件組成的PLC。這些系統可以通過添加額外的模塊來擴展,例如輸入或輸出。使用專用模塊,例如串行端口,還可以集成氣象站等組件??梢愿鶕枰砑幽M輸入信號處理、復雜控制模塊和許多其他模塊。


2)緊湊型PLC

緊湊型PLC不可擴展或只能在有限的范圍內擴展,一般只需要更少的空間和投資。它們提供與模塊化PLC相同的基本功能。


應用領域和PLC的限制

可編程邏輯控制器可將來自傳感器和致動器的簡單測量值以及數字信號進行組合。PLC按照先前確定的操作程序同步工作,從而控制機器和系統。 這些操作程序的創建和修改需要訓練有素的專家,因為可編程邏輯控制器的調整和補充非常耗時,沒有專門的編程專家是無法實現的。這同樣適用于小型緊湊型控制器,如果沒有必要的技術知識,這些控制器是不可能運行的。 


由于其預定的結構,PLC很快達到處理數據量的極限。因此,對于具有大數據量測量信號精確曲線的測量和控制任務,PLC將無法勝任。 此外,從輸入/輸出模塊測量的信號的準確性來說,PLC通常不足以對工廠中的信號和過程做出準確的決定。生產或測試過程的效率降低是不可避免的。因此,PLC必須被視為一個獨立的系統。它通過相應的接口“連接到外部世界”的可用性有限。然而,全連通性是數字化和物聯網的基本要求,除了控制系統外,還需要基于云的存儲、評估和可視化,以實現預期的生產力的飛躍。


智能測量放大器對比PLC控制器的圖2
模塊化PLC


運營技術(OT)和信息技術(IT)正在融合

測試和控制軟件也有類似的情況。必須使用合適的軟件保存和分析測試現場的測量數據。由于涉及大量數據,該軟件基于PC,并通過以太網接口傳輸到測量計算機。在下一步中,評估軟件將控制技術結合,并用于生產環境。此外,生產環境中的機電系統通常需要高度實時行為,以確保所有組件之間的順利交互而不出現任何錯誤。 

我們為產品開發和生產本身提供廣泛的傳感器和測量采集系統。通常,現有基礎設施無法跟上現代、高度動態生產線的要求和數據量。  成功使用此類測量系統的重要標準包括實時數據傳輸和高存儲容量。對于不同的員工和操作員來說,測量設置的簡單化及測量數據的可視化也很重要。
智能測量放大器對比PLC控制器的圖3
現代測量鏈:從傳感器到儀表再到輸出

1)作為測量數據采集器的儀器和工業放大器
測量數據以20 kHz的采樣率準確采集且無噪聲。TEDS傳感器識別簡化了放大器配置和測量模式。它不僅可以自動識別連接的傳感器并調整測量和功能范圍來實現快速配置。此外,測量值狀態還可用于通道診斷,并用于現場選擇性訪問或在出現問題時進行遠程控制。

2)具有內部計算功能的工業放大器(智能功能)
為了以穩定的方式運行自動化系統,傳輸通道不得“堵塞”。因此,應盡可能多地預處理測量數據。一般通過分散方式實現這一點,因此組件必須具有內部計算通道。實時執行監控功能。然后在內部對信號進行進一步處理,并通過模擬輸出或基于以太網的現場總線輸出到自動化系統。這不會使機器和系統控制器過載,因此可以實現較短、快速的控制周期。  集成智能功能(例如,智能計算通道)的工業放大器對于機器制造商來說是經濟的,因為它們不需要編寫大量代碼的內部軟件開發人員。 任何機電工程師都可以直觀地操作這些智能功能。

通過新的通訊方式進行直觀操作

用戶和工廠運營商每天都可從智能設備中獲益?,F代自動化組件現在正在為測量技術帶來同樣的增強用戶體驗。除了熟悉的軟件和處理外,標準化的界面還可以通過任何支持互聯網的終端設備方便地訪問,進行參數配置、操作和分析。其結果是:為用戶帶來極高的投資安全性。


通過邊緣控制器聯網

當現代測量技術被用作邊緣設備時,通過工業4.0向機器制造商開放。輸入/輸出模塊允許通過模擬和數字方式對額外信號進行采樣,從而實現預測性維護和其他功能。 


邊緣控制器支持各種通信協議(SMB、OPC UA、TSN、MQTT),通過這些協議,所有必要的單元可以水平和垂直連接,以形成智能工廠。云連接可以以同樣的方式實現,如果可以通過所有系統接口訪問組件而不產生任何影響,那么任何未來協議的集成都不會成為障礙。


需要新的接口

需要一種新的數據格式來有效地將計劃和診斷數據傳輸到云端。OPC-UA就是這樣一種數據格式。其前身OPC是標準化的,并被定義為全球標準。OPC統一架構(OPC UA)是一種工業M2M通信協議。 


作為OPC的最新規范,OPC UA與其前身有很大不同,尤其是它不僅能夠移動機器數據(控制變量、測量值和參數等),而且還可以以機器可讀的形式對其進行語義描述。該技術基于以太網,具有巨大的經濟潛力和投資安全性。采集的數據也通過以太網傳輸,但不采用現場總線系統中使用的快周期。

智能測量放大器對比PLC控制器的圖4


基于計量的自動化組件的應用領域和限制

工業放大器,如HBM的ClipX和PMX,即使在部分負載范圍內也能提供高測量精度和高測量速率。但請注意,只有當由傳感器和放大器組成的整個測量鏈滿足必要的要求時,才可能做出定性聲明。為此,所有使用的測量硬件必須具有適當的測量和信號質量。


傳統的可編程邏輯控制器(PLC)無法提供所需的質量。這只能通過測量放大器來實現,例如ClipX或PMX,其具有高信號分辨率(24位)。為此,建議使用載頻(TF)測量方法,然后才將其放大。這消除了與系統相關的干擾,如電源嗡嗡聲和熱電電壓。值得注意的是,所有測量通道均以19200 Hz的采樣率并行采集。 


隨著新的網絡和通信技術在智能測量放大器中的實施,過程變得更加精簡和透明。生產和測試臺控制變得更容易,因為它們可以在很大程度上實現自動化和遠程控制。不再需要密集部署工作人員和員工培訓。設備報告其自身的健康和狀況,以便于優化維護。 


PMX測量放大器系統具有極高的靈活性,因為根據IEC61131,它本身就是一個集成CODESYS軟PLC的控制系統。同時,它可以將其測量和評估數據傳輸并存儲到計算機或云中。這會自動將PMX轉變為自動化和數據采集系統。 


ClipX和PMX測量系統也可以選擇性地配備Profinet、EtherCAT或以太網/IP現場總線類型,以將其連接到生產系統。傳感器和致動器也可以連接到這些系統。通過附加診斷監測連接,因此可以實時發出故障信號。此外,測量數據可以實時預處理。這意味著工廠的許多系統負載已經在ClipX或PMX放大器中處理,PLC負載被釋放。 


當工廠數據可以集中存儲和使用時,出現了重大的新應用可能性。正如我們已經熟悉的云解決方案,如谷歌地圖,這現在正在轉移到制造業。一方面,可以具體滿足特殊要求。另一方面,故障被檢測、及時發出信號。生產變得更高效、更具成本效益,并且在很大程度上實現了自動化。不需要手動操作,并可以根據需要提供控制服務。



官網:

<HBM應變片:應力測試測量首選>

<HBM稱重傳感器:稱重精度,久經驗證>

<HBM力傳感器: 應變和壓電兩種測量技術>

<HBM扭矩傳感器和轉矩傳感器>

<電功率測試 - 從部件到車輛能源管理>

<數據采集系統與設備>

您還可以通過如下方式聯系我們,了解更多產品與應用詳情:

郵箱:hbmchina@hbm.com.cn

官網:https://www.hbm.com/cn/

電話:400-900-3165(周一至周五9:00-18:00)

登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

1