výhody osobních počítačových systémů

účelem a rozsahem těchto prací je prozkoumat výhody používání PC pro průmyslové řízení. Standardní osobní počítač (PC) se začal používat pro přímé řízení stroje v řadě průmyslových aplikací. Rostliny, které podnikly tento krok, tak učinily, aby využily snížené náklady a zvýšenou flexibilitu počítače. Ostatní zařízení, která zvažovala použití PC, nemusí být obeznámena s výhodami tohoto typu řídicího systému.

tento článek zkoumá výhody, které je třeba vzít v úvahu při hodnocení použití osobních počítačů namísto programovatelných logických regulátorů pro přímé řízení průmyslových zařízení.

Hardware
z pohledu průmyslové řídicí aplikace není přesná hardwarová konfigurace řadiče zvlášť důležitá. Obrázky 1 a 2 ukazují diagramy typických hardwarových řešení. Všechny regulátory sdílejí společné vlastnosti, které používají mikroprocesor jako srdce systému. Kolem procesoru jsou paměťová zařízení (pouze pro čtení a / nebo čtení a zápis) a I/O zařízení. Řadič často obsahuje hardware, který komunikuje s vzdáleně umístěným I / O prostřednictvím sítě.

v mnoha průmyslových aplikacích je nezbytné, aby hardware odolával extrémním podmínkám prostředí. Hardwarové platformy, které splňují tyto požadavky, jsou snadno dostupné, protože PLC i PC

je zřejmé, že jak vlastní řešení (PLC), tak standardní řešení (PC) mají potřebný hardware pro provádění průmyslové kontroly. Systémový software je to, co dělá konkrétní stroj průmyslovým regulátorem a co obvykle odlišuje počítač od PLC.

všechny průmyslové controller software sdílí společné charakteristiky:

• spolehlivý provoz

• user-written control code

• provádění tohoto kontrolního kódu v reálném čase

• přímá komunikace s průmyslovými I / O

systémový software se všemi těmito základními charakteristikami je v současné době k dispozici pro standardní PC od několika dodavatelů.

hardware, který se používá k sestavení PC, se stále zlepšuje velmi rychlým tempem. Nová generace hardwaru osobního počítače je k dispozici každých šest až devět měsíců. Naproti tomu nová generace hardwaru PLC je k dispozici každé dva až tři roky.

s každou další generací hardwaru:

• počítače se zrychlují. Systémy Pentium, které jsou dnes široce dostupné, překonávají i nejrychlejší PLC o rozpětí 20: 1 nebo více.

• počítače jsou levnější. Vysoce výkonné počítače jsou snadno dostupné za méně než $ 2000. Nízkonákladové počítače jsou hluboko pod $ 1000.

• počítače získají více paměti. Systémy s 16MBytes paměti jsou samozřejmostí. Systémy s 64 Mbytes jsou snadno dostupné.

• počítače podporují více periferních zařízení. Disky CD-ROM, zvukové karty, rozpoznávání hlasu, optické skenování, vysokokapacitní páskové jednotky, tiskárny a množství odrůd, specializované I / O (např.

kromě vylepšení s každou generací, PC hardware nabízí výhody, které přežívají napříč mnoha generacemi. Například:

• doplňková hardwarová rozhraní (ISA, PCMCIA, SCSI atd.) jsou standardizovány.

• paralelní a sériové porty jsou standardizovány.

• síťová zařízení jsou standardizována.

• Video rozhraní jsou standardizována.

• vstupní zařízení (myš, klávesnice atd.) jsou standardizovány.

lidské faktory
Popularita PC v komerčních aplikacích podpořila rozsáhlou aktivitu zaměřenou na jejich snadnější instalaci, snadnější pochopení a snadnější použití. Zejména společnost Microsoft WindowsT výrazně zlepšila Přístupnost počítačů netechnickým lidem.

plody této činnosti mohou být zpřístupněny uživatelům řídicích systémů založených na PC. Vzhledem k tomu, že základní systémový software může být navržen tak, aby podporoval Windows na stejném počítači, je tato úroveň produktivity a snadnosti použití k dispozici všem uživatelům řídicího systému (programátor ,operátor,technik, vedoucí).

snadné použití zvyšuje produktivitu návrháře řídicího systému. Příliš často řídící inženýři tráví vývojový čas bojem proti návrhovým a vývojovým nástrojům pro svůj řídicí systém, spíše než přijít na to, jak vyrobit více nebo lepší produkt.

konkrétně dostupnost systému Windows zvyšuje produktivitu následujícími způsoby:

• grafické uživatelské rozhraní (GUI), které Windows představuje, umožňuje, aby všechny části řídicího systému vypadaly podobně jako všichni uživatelé. Využitím této shodnosti mohou řídicí systémy založené na PC snížit rozsah školení potřebného pro řídicí inženýry, techniky údržby a obsluhu strojů.

• pokročilé funkce, jako je vyjmout/kopírovat/vložit, zpět / znovu, najít/nahradit, drag-and-drop, atd., jsou běžné v aplikacích Windows. Tyto funkce snižují množství času potřebného k provádění mnoha běžných úkolů při programování a údržbě řídicího systému

• dokumentace řídicího systému je vylepšena připravenou dostupností četných textových, tabulkových a databázových programů.

• Vývojové nástroje lze snadno připojit k síti, což umožňuje sdílení výsledků různých inženýrských činností mezi týmy inženýrů.

nástroje třetích stran
možnost podpory systému Windows pomocí systému založeného na počítači poskytuje návrháři řídicího systému řadu zajímavých funkcí pomocí softwarových balíčků třetích stran. Zvažte následující možnosti …

příklad:
na konci každého výrobního dne je nutné vytisknout zprávu o konci směny. Spíše než kupovat speciální vybavení a vytvářet vlastní software pro zpracování úkolu, je možné:

1. použijte Microsoft Excel, Lotus 1-2-3, nebo jakýkoli podobný tabulkový produkt s DDE přímo extrahovat požadované informace z řídicího systému.

2. nastavte tabulku provádět veškeré potřebné výpočty na surových informací, vytvořit vhodné grafy/grafy, a vyplnit všechny textové údaje.

3. nastavte makro pro spuštění tabulky a automaticky vytiskněte požadovaný přehled na libovolné tiskárně podporované systémem Windows.

příklad:
v komplexní aplikaci musí být údržba stroje podporována technickými výkresy a fotografiemi stroje spolu s rozsáhlou dokumentací samotného návrhu řídicího systému.

pro podporu tohoto systému jsou sestaveny následující kusy:

1. kresby, fotografie atd. jsou digitalizovány a uloženy na CD-ROM.

2. řídicí systém je naprogramován tak, aby udržoval interní diagnostické informace, které odrážejí stav stroje a očekávanou aktivitu. Vytvoření těchto informací je zjednodušeno uživatelským rozhraním Windows dostupným pro návrh a ladění řídicího systému.

3. tabulka používá DDE k extrahování diagnostických informací z řídicího systému. Tyto informace se používají v indexu k vyhledávání možných témat na disku CD-ROM.

4. obsah z CD-ROM se zobrazí operátorovi pomocí jednoduchého hypertextového nástroje podobného standardnímu systému Windows on-line nápovědy.

5. v případě potřeby lze na extrahované informace použít sofistikované off-line diagnostické nástroje (expertní systém), které poskytují hloubkovou analýzu stavu stroje, možných příčin poruchy a doporučených nápravných opatření.

obsluha stroje a / nebo technik údržby má nyní přístup k velmi podrobným informacím o aktuálním stavu stroje, jeho zamýšleném provozu a pravděpodobné příčině(příčinách) poruchy. Tyto informace umožňují velmi rychlé provedení nezbytných oprav.

v mnoha případech bude možné, aby obsluha stroj okamžitě opravila, aniž by musela čekat, až technik diagnostikuje problém.

podpora I/o
většina hlavních dodavatelů průmyslových I / o zařízení poskytuje spojení mezi svými I / o zařízeními a standardním počítačem. Obvykle je toto připojení ve formě karty, která jde do backplane počítače a připojuje se ke specifické I/o síti dodavatele. Mnoho dodavatelů navíc dodává I / O zařízení, která sedí přímo v PC backplane. Rezidentní I/O zařízení Backplane pokrývají širokou škálu možností – od diskrétních vstupů a výstupů až po víceosé řízení pohybu.

se správně navrženým systémovým softwarem mohou řídicí systémy založené na PC využít této skutečnosti a poskytnout svým uživatelům hluboké možnosti. Zejména vstup je nyní pouze vstup. Již není důležité, u kterého dodavatele byl vstup vyroben nebo kde se nachází.

ještě lepší je, že většina počítačů má k dispozici více slotů pro doplňkové karty. To znamená, že systémový software může uživateli umožnit používat vstupy a výstupy od více než jednoho dodavatele v jediném řídicím systému.

současně je velmi důležité, aby systémový software neomezoval přístup ke speciálním funkcím, které jsou k dispozici v některých I / o rodinách. Například některé I/o rodiny poskytují diagnostiku zařízení. Pokud tyto funkce nejsou k dispozici řídicímu systému, ztratí I / o zařízení velkou část své hodnoty.

v prostředí nezávislém na dodavateli je I / O komoditní položka. Lze jej zakoupit na základě ceny, funkcí nebo jiných faktorů-bez ohledu na kompatibilitu s řídicím systémem. Tato skutečnost otevírá mnoho možností:

• výrobci speciálních zařízení (OEM) jsou často žádáni, aby postavili svůj produkt kolem jiné rodiny I / O. Nezávislost I / O dodavatele nabízená řídicími systémy založenými na PC znamená, že návrh a programování řídicího systému jejich zařízení nemusí být zahájeno od nuly. Jedná se o jednoduchou záležitost určení kompatibilních I / O zařízení z katalogu nového dodavatele.

• koncoví uživatelé si mohou vybrat I / o zařízení, které nejlépe vyhovuje potřebám jejich aplikací. Nejlepší vstupy RTD od jednoho dodavatele lze použít ve stejném řídicím systému jako nejlepší 24 volt DC I / O od jiného dodavatele a nejlepší zařízení 4-20mA od jiného dodavatele. Stejně tak lze nejlepší i/O namontované na stojanu kombinovat s nejlépe distribuovanými I / O.

• návrháři řídicích systémů mohou vyvíjet ovládací prvky bez obav o konkrétní slabiny I / o systému jednoho dodavatele.

spolehlivost
v průmyslovém prostředí je nezbytné, aby řídicí systém byl spolehlivý. Musí poskytovat konzistentní a bezchybnou kontrolu procesu. Spolehlivost je třeba přezkoumat s ohledem na dvě úvahy:

1. fyzická spolehlivost-jak dobře může hardware obstát v drsném fyzickém prostředí výrobní podlahy?

2. spolehlivost softwaru-jak dobře může základní systémový software obstát v dlouhodobém používání v časově kritickém prostředí?

na přední straně fyzické spolehlivosti nejsou standardní počítače komerční třídy obvykle navrženy tak, aby tolerovaly šok, vibrace, teplotu a elektrický šum, který se často vyskytuje na výrobní podlaze. Existuje však mnoho dodavatelů, kteří poskytují PC postavené pro toto prostředí. Používají stejné konstrukční techniky používané výrobci PLC k poskytování robustních produktů:

• čtyři bodové podpory pro add-in karet.

• vysoce pevný kov pro skříně.

• utěsněné přední panely pro odolnost proti pronikání vlhkosti.

• elektronické součástky určené pro provoz s vysokou teplotou.

• elektronické sestavy testované nárazy a vibracemi

• atd.

tyto konstrukční postupy vedou k “průmyslovým” počítačům s životními poruchami, které jsou podobné jako u PLC.

dalším aspektem spolehlivosti hardwaru jsou náklady a obtížnost výměny neúspěšné jednotky. Počítač je k dispozici po celém světě, v krátké době, od mnoha dodavatelů. V nouzi může komerční počítač z místního elektronického supermarketu dokonce stand-in pro průmyslovou jednotku. PLC jsou k dispozici pouze prostřednictvím distribučního systému konkrétního dodavatele, což nutí uživatele udržovat nákladný místní inventář náhradních regulátorů.

při zvažování spolehlivosti softwaru je třeba vzít v úvahu dva důležité aspekty. Jedná se o:

1. dostupnost systému
   jak dobře software vydrží dlouhodobé používání? Jak dobře je řídicí systém chráněn před vnějšími rozruchy?

2. Přístupnost systému
   jak snadné je použití softwaru? Jak dobře mohou být data řídicího systému zpřístupněna pro externí použití?

dostupnost: aby byl řídicí systém užitečný, musí být spuštěn (“dostupný”). Pokud je systémový software správně navržen, bude řídicí systém stabilní a robustní. Řídicí kód uživatele bude dobře chráněn před jinými aktivitami, které by se mohly stát.

moderní řídicí systémy (PLC i PC) jsou založeny na “operačních systémech v reálném čase” (RTOS). Tyto operační systémy řídí přidělování času CPU, systémové paměti, přerušení a dalších zdrojů mezi procesy běžícími na počítači.

operační systémy v reálném čase používané řídicími systémy jsou v podstatě podobné, se strukturou podobnou té, která je znázorněna na obrázku 3. Někteří dodavatelé používají operační systémy vyvinuté interně, jiní používají komerční operační systémy. Při hodnocení softwarové spolehlivosti řídicího systému dodavatele je důležité podívat se na záznamy operačního systému, které tvoří základ pro spolehlivost systému. Software Steeplechase používá operační systém iRMX od společnosti Intel. S téměř dvěma miliony kopií v terénu je to osvědčený a spolehlivý operační systém.

Přístupnost: řídicí systémy již nejsou ostrovy. Ve skutečnosti jsou některé informace, které používají pro řízení zařízení, stejně důležité pro provoz samotného výrobního podniku. Dále, pokud je řídicí systém těžko použitelný, těžko pochopitelný nebo těžko získatelný informace do az, nebude dostatečně uspokojovat potřeby uživatelů.

software řídicího systému založený na PC poskytuje podstatně větší přístupnost než tradiční řídicí systémy založené na PLC. Prostředí Windows není určeno pouze pro programování. Je také k dispozici během provozu. To znamená, že:

• standardní metody výměny dat systému Windows lze snadno použít k přesunu informací mezi řídicím systémem a zbytkem podniku.

• programovací prostředí je k dispozici přímo na samotném řadiči. Pro účely programování již není nutné mít samostatný počítač.

• k analýze nebo manipulaci s daty řídicího systému během provozu řídicího systému lze použít velké množství off-the-shelf aplikací Windows. Správa receptů, SPC / SQC, materiálové účetnictví atd. vše se stává snadné.

integrace
průmyslové řídicí systémy se nekupují ve vakuu; je pro ně zvláštní úkol. Pomocí řídicího systému založeného na PC získáte celkovou práci rychleji, efektivněji a s menším integračním úsilím než běžné řídicí systémy.

k dispozici jsou řídicí systémy založené na PC, které integrují mnoho běžně používaných částí celkového řídicího řešení. Zejména:

• Real-time control-schopnost provádět uživatelsky napsané kontrolní strategie, správně, po dlouhou dobu.

• rozhraní operátora – možnost zahrnout grafické rozhraní operátora na stejném počítači jako základní řídicí systém. Moderní rozhraní operátorů zahrnují schopnost zobrazovat grafické obrázky na obrazovce a měnit jejich velikost, polohu, barvu atd. na základě provozu řídicího systému.

• programování-schopnost vytvářet a ladit řídicí strategie, které mají být použity. To také zahrnuje schopnost lidí na všech úrovních organizace snadno porozumět programům vytvořeným jinou osobou.

• dokumentace-schopnost rychle a snadno extrahovat informace z řídicího systému. Tyto informace se týkají jak návrhu, tak provozu řídicího systému.

• komunikace-schopnost komunikovat prostřednictvím jakéhokoli síťového hardwaru, který je k dispozici s jinými řídicími systémy, vyhrazenými operátorskými rozhraními, stroji v jiných budovách nebo po celém světě. Aby se to stalo, nevyžaduje se ze strany uživatele žádné zvláštní úsilí.

pro více informací kontaktujte Dave Gee, viceprezidenta, Engineering,
Steeplechase Software Inc. Tel: 313/995-3348; Fax: 313/995-7218