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可编程逻辑控制器（PLC）和控制及数据采集的JET跟德尔施泰因7-X方法的比较
亮点
①我们提及了运用2种方式连接PLC并进行融合控制和数据采集软件。
②在PLC类型的W7-X标准化流程下，减轻了软件的维护。
③在JET PLC的接口与隐藏PLC特定部分下的进程守护。
④潜在统一并朝着一个共同融合的PLC接口的方法。
文章资讯
文章历史：在线 2012年11月3日
可编程逻辑控制器（PLC）控制和数据采集通信
摘要
采用可编程逻辑控制器（PLC）的机电流程自动化是一种工业控制系统技术。它越来越多被运用到聚变界内。传统上基于PLC系统操作和使用专有SCADA系统（监督控制和数据采集）进行维护。它们几乎没有与熔化控制和数据采集系统有联系。
文章将基于现有技术中融合状态的概要进行指出。
JET一个点播“黑匣子协议”已经开发了通过专用基于http的协议与任意外部系统进行通信的技术。然而，PLC通常不能被修改以实现此特殊协议。因此，相关软件层已经被开发出来，通过接口实现在一侧将PLC特定通信部链接另一侧的黑盒子协议部分的可编程控制器。该软件是完全数据驱动的，即通过编辑数据结构相应地改变其逻辑。它可以使用黑盒子中协议的Web能力进行测试。不同供应商多种PLC类型都将给予支持，从而现实使用多个协议进行接口的可编程控制器。根据PLC类型和可用的工具，必要时对PLC进行相应的编程。
文德尔施泰因7-X使用了另一种方法。通过搭建每一个PLC往返CoDaC的专用通信实现的。这种通信预计（编程）在CoDaC侧（数据驱动）的PLC和配置。该协议基于UDP，并通过超时机制进行观察。文德尔施泰因对于7-X采用PLC的标准化配置。因此在CoDaC侧将实现允许任何PLC的通讯。对PLC测量数据的海量数据进行存储归档。从CoDaC设定点可以在PLC可视化环境中实现被可视化。
关于喷射和W7-X的详细描述方法会在讨论比较中给出。
关键词：可编程逻辑控制器（PLC），控制与数据采集，通信，http，UDP.
1.简介
*通讯作者。电话： 49 3834 882410。
E-mail地址：Christine.Hennig@ipp.mpg.de（C.亨尼格）。
1 见F.罗马内利等人的附录，2010年第23届国际原子能机构聚变能大会论文集，韩国大田。
0920-3796 / $ - 见2012由Elsevier B.V. 出版http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2012.05.009前面的问题。
1.1.融合实验射流和Wendelstein的7-X
核聚变研究的目的是通过一个受控制核聚变的过程来发电。Fusion是世界唯一能够实验各有单独建筑设计和操作制度的实验室。 JET - 欧洲联合环面 - 是欧洲最大的聚变装置，并共计有超过40个欧洲实验室[1]在使用。自1984年投入运营以来，不断得到了提高。 JET目前是Wendetric T-X）正在构造和优化磁场的融合设备。旨在展示仿星型的该融合装置适用于发电厂[2]。 W7-X计划开始于2014年它将运行稳态运行。
1.2.控制和数据采集系统CODAS and CoDaC
任何一个独特的融合设备都需要高度专业化用于科学探索的工具。这些工具往往是在开发和维护室内通过JET和W7-X进行。主要常见的功能是控制和数据采集（又称CODAC）。
CODAS和IT行业（控制与数据采集系统和信息技术）负责设计，实施，测试，对操作所需的软件和硬件进行维护。 CODAS是基于脉冲操作，并支持全天候观察的连接子系统。
CoDaC（控制，数据采集和通信）可用的工具，通过控制和安全的方式操作W7-X，让观测及数据归档，并实现计划和评估科技成果。 CoDaC支持使用流媒体技术，全天候控制和观察在并在适用情况下连续工作。
1.3.PLC的应用
像JET和W7-X的大科学装置运行需要行业标准的机电流程，“驱动器”设备的自动化。采用行业标准提供所需的可靠性，可用性和可维护性。
PLC（可编程逻辑控制器）在工业尝试和机器中得到普遍运用。PLC被很好地适应于各种自动化任务中。通常是在制造工业过程中，其中开发和维护自动化系统的成本相对于自动化的总成本高，任何的系统更改将预期其工作寿命[3]。
自动化的使用PLC使得该融合装置的设备非常有吸引力。使用PLC翻新现有的组件往往是合适的选择。由供应商提供的PLC软件通常专门用于在工厂应用和没有提供易于集成到融合点播CODAC软件。
1.4.传统控制和数据采集
“实验活动可分为三个单元：电子/电气基本面，可编程逻辑控制器（PLC）的实验，和PC控制应用”[4]。本文介绍了制造仪表和控制障碍。搜索相关信息时存在的障碍将得到证据。现有的论文中对融合中使用的PLC描述的很少。
Garbil等人 [5]利用提到的PLC，但并不能说明任何细节。 Nakanishi等人 [6]介绍了采用PLC作为替代继电器电路和使用RS-232C控制、及诊断联锁系统。 Kim等人 [7]介绍了通过使用EtherIP [8] EPICS访问另一个基于PLC间锁系统。马哈詹等[9]用一个无PLC控制系统集成了一个典型的纸张。如果在使用PLC时是不存在于纸的。 PLC的 - tioned作为控制系统的一部分。 Raupp等 [10]提到最近中央下综合厂系统中使用的PLC。
CODAC、Zasche等 [11]描述了状态共享控制PLC和使用局域网监控主控PLC之间的信息。杨氏[12]讨论了大融合Exper- iments可能用于针对JET和ITER的慢速控制。它比较EPICS和JET CODAS展示出一个能够通过HTTP黑箱协议增强结合的方法。马尤迪等人 [13]计划用流式细胞在ITER CODAC慢速和快速控制。它以标准化SIMATIC S7 PLC并使用集成EPICS。所有这些都将针对MiniCODAC系统提供关键CODAC功能从而使供应商和合作伙伴的早期测试完成集成测试。必要的培训和文档将由ITER的合作伙伴提供。 Mastrovito等。 [14]评估的SPA-2项目（2个开关功率放大器）仅用于慢速控制在ITER的做法。它确定了一个主要的障碍：使用的Step7与EPICS是需要耗费时间。没有可用的清晰的文档。花了很多时间与PLC专家（尽管培训，交流促提供的以及在内部超过10年的专业经验）。
要总结关于PLC的历史和以前的系统
积分：
在较大的实验中之间几乎没有存在任何联系统一使用慢速控制/ SCADA和快速的控制和数据采集/ CODAC是比较新的。规模较小的实验经常使用史诗级MDS [15]。然而，如果是PLC集成，又是实现的。它或多或少看起来像PLC的SCADA系统自治实现的的。另一方面基于存在的PLC联锁系统，它们从CODAC系统分离。
为什么PLC集成已经如此罕见？如何才能在行业中的情况下克服这个问题？
PLC集成失踪的一个原因是，将PLC和CODAC责任的责任传统分布在不同的部门。基于PLC的系统已被视为来自CODAC点的一块硬件。PLC的通讯已经是很难出错的，例如使用RS-232。这是负责电子技术人员的职责范围内。以太网的最新improve- ments（例如快速以太网，开关，全双工）含铅工业以太网（以太网自动化）的外观。如今，用以太网模块连接PLC是完全以太网能力建立的工业。
但是，以太网作为名称但不作为标准化工业。参考 [16]描述了三分之二的以太网模块采用标准的以太网TCP / IP。众多协议中剩余的三分之一分裂变种如的EtherNet / IP，PROFINET的，模块busTCP / IP，EthernetPowerLink，EtherCAT和其它。
这些协议是不兼容的，彼此的巨大市场存在的各种协议，例如之间的中间件OPC [17]。
2. JET and W7-X的PLC接口
2.1.使用的PLC类型
W7-X仅限于西门子SIMATIC S7的PLC同时不接受任何其他类型的PLC。
JET作为联合实验取决于开发的组件关联的选择多于PLC类型。它的范围包含从高端到低成本的PLC和也包括软的PLC（PLC的模拟本地主机计算机上运行）。见表1。
2.2.中间文件/协议
供应商提供根据其类型提供不同的协议接口的PLC。大厂商都有自己的协议，例如西门子S7通讯，厂商倾向于采用标准化协议，例如在各种方言的modbus协议[16]。应用程序编程接口（API），这些协议之间有所不同：封闭源代码，源代码开放，第三方，C / C ，JAVA，HTTP连接。一些PLC的也提供多种接入口。见表1。
2.3。 ProtocolsusedwithinCODAS / CoDaC
喷气CODAS连接到PLC使用基于http黑匣子协议[22]完成的JET。黑匣子协议的概念是将一个组件作为黑盒子。它允许：
bull;设置和厂房设备读回参数。
bull;解读工厂设备状态。
bull;监控工厂设备状态。
bull;脉冲数据协作设置工厂设备最多的通道及后一个JET脉冲和读出所收集前文脉冲（不适用的PLC）的数据。
bull;中央记录或工厂设备的错误和警告消息。
除了黑盒子协议一些已被添加到用于测试和方便PLC的增强通讯。它们计划要添加到未来黑箱协议版本。
PLC的连接是用java允许运行的中间件代码平台独立完成。它作为Eclipse应用程序，是完全XML和从初始化文件驱动的数据。通常有从PLC到CODAS的单一连接。
W7-X CoDaC与UDP选项[23,24]，这是西门子S7通讯兼容使用Wendelstein7-点macr;xRtDataBus PLC的通信。它允许：
bull;连续的数据流。
bull;读取测量值和设定点。
bull;设置设定点和参数。
bull;准备W7-X的分段机器操作。
bull;获取状态信息（例如运行状态，健康的公司
息）。
bull;自主和次级模式之间切换。
PLC的连接完全是通过掩膜数据库条目数据驱动。它被用于两种类型的控制站从而得到实现：
1.在Java中作为数据采集站的一部分。
2.在C 作为用于实时快速控制站的一部分（运行
实时操作系统VxWorks）。
两者都在使用中实现，通过多个系统发散连接到PLC是控制和数据采集的目的。
2.4.PLC的整合
JET和Wendel-斯坦7-X的控制和数据采集软件具有更多的相似之处。虽然，他们使用的词汇和结构有所不同。
图1和2示意性地指出在PLC被集成到控制和数据采集的系统。这两个数字也显示了本地允许远程操作的人机界面（HMI）。
如图1示通过黑匣子方法分离出传感器的主计算机。附加守护程序包装黑匣子协议到PLC特定的协议。
如图2 示PLC是能够与W7X数据总线协议进行通信。为了做到这一点。PLC需要被编程。因此，这在SIMATIC STEP7软件中得到很好的支持。
2.5.绘图机/诊断元件和PLC
有些机器或部件的诊断有复杂的控制程序或物理分布。因此多台PLC可以在每个组件中使用。
默认的策略是确定一个主PLC和CODAC沟通，只有主PLC。主PLC使用专用的PLC内部沟通是无缝集成到PLC编程环境中的客户端PLC通讯。这种策略的缺点是单一故障点。这种风险可以采取，因为PLC硬件和网络基础设施是非常强大的。此外，级联允许使用主PLC背后的同一供应商的更便宜的PLC（例如没有先进的通讯处理器的型号Simatic）。级联是不是唯一的选择。
对于JET中性束增强系统的另一种方法已被采取。减少变化是在现有框架，已经分布在多个组件CODAS应用的要求。这导致到多个PLC为部件的多个连接。
多个组件可以共享一个PLC如果每个组件的专用PLC是不经济的。一个可以尝试，只要PLC是能够实现与对方隐藏已知类型的PLC后面多个供应商的通讯。
一个可以尝试隐藏已知的，稳定的和经过验证的PLC供应商和背后连接多个供应商的PLC。
2.6.性能与可靠性
在PLC的CODAS RESP的连接。 CoDaC框架应该是几乎一样可靠和快速的PLC本身。它论证了所有实现快速，可靠的数据。发现问题是由于减缓软PLC或主机操作系统的网络连接的失败。
PLC仅用于慢速控制。典型的PLC周期时间是100毫秒到1秒。因此，性能要求是相当宽松的。潜在的瓶颈是：
（1）网络连接。发生与解决的问题[18]在现有的10 Mbit / s的连接与在测试过程中的交互式网络连接共享。症状是连接的损失。升级到1 Gbit / s的连接，解决了这个问题。连接观察
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