I2S 運用 CompactRIO 充分發揮軋鋼機的 PLC 自動化效能

Intergrated Industrial Systems (I2S) 採用可程式化邏輯控制器 (PLC) 已經好幾年了，並且將此用於自動化/控制我們的軋鋼機。為了提高軋鋼機的效率與品質，我們實作了一個 Gamma 量測系統，以便提高金屬厚度的控制準確度。Gamma 量測系統一向是 I2S 產品系列的主打強項，而且用途越來越廣泛，但許多包括軟硬體在內的功能都已經逐漸落後。為了優化軋鋼機的效率，我們需要客制化的量測裝置，以及準確的類比 I/O 與進階處理效能，才能把感測器訊號轉換成準確的金屬厚度。可惜的是，用來自動化軋鋼機作業的 PLC 無法提供所需的高速類比 I/O 與處理功能。 NI CompactRIO PAC 硬體備受肯定，堪稱出色的客制化量測與分析解決方案，可滿足我們的應用需求。我們可以輕鬆整合多個 CompactRIO 系統與我們現有的 PLC 硬體，快速提升軋鋼機的品質與效率。

CompactRIO 提供高速的類比 I/O 與進階處理效能

CompactRIO PAC 可提供 PLC 穩定性與耐用度，適用於控制系統的嚴苛環境與關鍵特性，此外還有我們需要的高速類比 I/O 與訊號處理功能。有了 NI LabVIEW 圖形化程式設計工具，加上內建的 LabVIEW FPGA 與 LabVIEW Real-Time 函式方塊，我們即可快速設定 CompactRIO 內的 FPGA 與即時處理器。CompactRIO 內的類比輸入模組可連接至 Gamma 架構的厚度感測器，所以我們能夠透過 CompactRIO 的嵌入式 FPGA 來客制化 I/O 速率與同步化效能。CompactRIO 類比 I/O 與數位 I/O 模組連接至 Gamma 架構的厚度感測器，而且 CompactRIO 的嵌入式 FPGA 能夠讓我們客制化 I/O 速率與同步化效能。感測器取得資料之後，CompactRIO 即時處理器會接著使用內建的 NI LabVIEW Real-Time 浮點函式區塊，將感測器資料轉換為準確的厚度量測作業。LabVIEW 可針對 FPGA 所接收到的資料，即時執行準確的進階對數處理作業 (如下方的方程式 1 與方程式 2 所示)，進而計算厚度量測作業。

方程式 1：log I = log I0 γ/μ = (γ/μ) log I0

方程式 2：μ = γ log I0 / log I = γ log (I0 – I)

CompactRIO 系統可在 FPGA 與即時處理器中執行所有 I/O 和訊號處理作業，且不需拖慢現有 PLC 控制迴路速率，即可將高精確厚度量測作業傳輸至所連接的 PLC。我們可透過 CompactRIO 的優異效能，針對 Gamma 架構的感測器新增客制化的量測與分析功能，完全不會拖延控制速度。

將 CompactRIO 輕鬆連接至現有的 PLC 架構

每個軋鋼機均具備 3 組連網的 CompactRIO 系統。所有 3 組 CompactRIO 系統都屬於智慧型節點，可運用工業級的標準 Modbus/TCP、TCP/IP 與 UDP 協定來銜接大量的控制器。其中 2 組 CompactRIO 系統將連接 Gamma 架構的感測器，執行類比輸入量測與進階處理作業，進而計算精確的厚度量測作業。第三組 CompactRIO 系統則可接手其他 2 組系統的厚度量測作業，並針對控制軋鋼機的 PLC 執行類比輸出量測。所有 3 組 CompactRIO 系統皆採用乙太網路連線，並透過 UDP 乙太網路傳訊協定來傳送厚度量測的計算結果。處理過的資料將以低於 20 毫秒的間隔，透過乙太網路在連網的 CompactRIO 系統之間傳輸。CompactRIO 量測作業的擷取、處理與傳輸速度相當快，足以將厚度量測插入 PLC 的控制迴路，不會降低控制迴路的速度。若 LAN 架構的 CompactRIO 系統配備 1 組 10/100 Mbps 乙太網路埠，我們就能透過標準的 TCP/IP 協定，輕鬆連接已連網的 Allen-Bradley PLC 與人機介面 (HMI) 系統。軋鋼機內的所有儀器全數採用乙太網路架構，因此不需要在充斥著電子雜訊的環境中遠距離傳輸類比訊號。圖 1 為系統圖。

Gamma 儀簡介

Gamma 儀 (Gamma Gauge) 是一種採用固定放射源的裝置，這裡使用的是 Americium。放射源位於 C 框架組件的下方部位。此框架的頂端則是接收儀與前置放大器。隨著金屬條通過兩者的間隔區，就會區隔來源與接收儀，並且根據本身的厚度與密度吸收一部分輻射。然後接收儀會量測剩下來的輻射量，轉換成金屬條厚度量測資料。

作者資訊：

Clark Hummel
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