Articles /

fordelene ved personlige computerbaserede kontrolsystemer

formålet med og omfanget af disse papirer er at undersøge fordelene ved at bruge PC til industriel kontrol. Standard pc (PC) er begyndt at blive brugt til direkte maskinstyring i en række industrielle applikationer. De anlæg, der har taget dette skridt, har gjort det for at drage fordel af PC ‘ ens reducerede omkostninger og øgede fleksibilitet. Andre anlæg, der har overvejet brugen af PC ‘ er, er muligvis ikke bekendt med fordelene ved denne type kontrolsystem.

dette papir undersøger de fordele, der skal overvejes, når man vurderer brugen af personlige computere i stedet for programmerbare logiske controllere til direkte kontrol af industrielt udstyr.

udstyr
set fra en industriel kontrolapplikation er den nøjagtige udstyrskonfiguration af en controller ikke særlig vigtig. Figur 1 og 2 viser diagrammer over typiske maskinløsninger. Alle controllere deler de fælles egenskaber, at de bruger en mikroprocessor som hjertet af systemet. Omkring processoren er der hukommelsesenheder (skrivebeskyttet og/eller Læs-Skriv) og I/O-enheder. Ofte vil controlleren omfatte udstyr, der kommunikerer med eksternt placeret I/O via et netværk.

i mange industrielle applikationer er det nødvendigt, at udstyret modstår ekstreme miljøforhold. Maskinplatforme, der opfylder disse krav, er let tilgængelige, da både PLC ‘ER og pc’ er

det er klart, at både custom solutions (PLC ‘ ER) og standard solutions (PCs) har det nødvendige udstyr til at udføre industriel kontrol. Systemprogrammet er det, der gør en bestemt maskine til en industriel controller, og hvad der normalt adskiller en PC fra en PLC.

alle industrielle styreprogrammer deler fælles egenskaber:

  • pålidelig drift

  • brugerskreven kontrolkode

  • udførelse i realtid af denne kontrolkode

  • direkte kommunikation med industriel I / O

systemprogrammer med alle disse grundlæggende egenskaber er i øjeblikket tilgængelige for standard PC ‘ er fra flere leverandører.

det udstyr, der bruges til at bygge PC ‘ er, forbedres fortsat i et meget hurtigt tempo. En ny generation af PC-udstyr bliver tilgængelig hver sjette til ni måned. I modsætning hertil bliver en ny generation af PLC-udstyr tilgængeligt hvert andet til tredje år.

med hver efterfølgende udstyrsproduktion:

  • Pc ‘ erne bliver hurtigere. Pentium-systemerne, der er bredt tilgængelige i dag, overgår selv de hurtigste PLC ‘ er med marginer på 20:1 eller mere.

  • Pc ‘ erne bliver billigere. Højtydende pc ‘ er er let tilgængelige for mindre end $2000. Billige pc ‘ er er godt under $1000.

  • Pc ‘ erne får mere hukommelse. Systemer med 16 Mbytes hukommelse er almindelige. Systemer med 64 Mbytes er let tilgængelige.

  • Pc ‘ erne understøtter flere perifere enheder. CD-ROM-drev, Lydkort, stemmegenkendelse, optisk scanning, bånddrev med høj kapacitet, printere og en lang række sorter, specialiseret i/O (f.eks. digitalisering af oscilloskoper) og andre genstande er bredt tilgængelige og billige.

ud over forbedringerne med hver generation tilbyder PC-udstyr fordele, der overlever i mange generationer. For eksempel:

  • grænseflader til ekstraudstyr (ISA, PCMCIA, SCSI osv.) er standardiseret.

  • parallelle og serielle porte er standardiserede.

  • Netværksfaciliteter er standardiserede.

  • video interfaces er standardiseret.

  • inputenheder (mus, tastatur osv.) er standardiseret.

menneskelige faktorer
populariteten af PC ‘ er i kommercielle applikationer har fremmet omfattende aktivitet med det formål at gøre dem lettere at installere, lettere at forstå og lettere at bruge. Især har Microsoft i høj grad forbedret tilgængeligheden af computere til ikke-tekniske mennesker.

frugterne af denne aktivitet kan stilles til rådighed for brugere af PC-baserede kontrolsystemer. Da det underliggende systemprogram kan designes til at understøtte vinduer på den samme PC, er dette produktivitetsniveau og brugervenlighed tilgængeligt for alle brugere af kontrolsystemet (programmør, operatør, tekniker, vejleder).

brugervenlighed bliver forbedret produktivitet for styresystemet designer. Alt for ofte bruger kontrolingeniører udviklingstid på at bekæmpe design-og udviklingsværktøjerne til deres kontrolsystem i stedet for at finde ud af, hvordan man fremstiller mere eller bedre produkt.

specifikt forbedrer tilgængeligheden af vinduer produktiviteten på følgende måder:

  • den grafiske brugergrænseflade (GUI), som vinduer præsenterer, gør det muligt for alle dele af kontrolsystemet at ligne alle brugere. Ved at drage fordel af denne commonality kan PC-baserede styresystemer reducere omfanget af uddannelse, der kræves for kontrolingeniører, vedligeholdelsesteknikere og maskinoperatører.

  • avancerede funktioner såsom Klip/Kopier/indsæt, Fortryd/Gentag, find / erstat, træk og slip osv., er almindelige i vinduer applikationer. Disse funktioner reducerer den tid, der kræves for at udføre mange almindelige opgaver, mens du programmerer og vedligeholder kontrolsystemet

  • dokumentation af styresystemet forbedres ved den klare tilgængelighed af adskillige tekstbehandlings -, regneark-og databaseprogrammer.

  • udviklingsværktøjer kan let knyttes til et netværk, så resultaterne af forskellige ingeniøraktiviteter kan deles mellem teams af ingeniører.

tredjepartsværktøjer
evnen til at understøtte vinduer med et PC-baseret system giver styresystemdesigneren en række spændende muligheder ved hjælp af tredjepartsprogrampakker. Overvej følgende muligheder …

eksempel:
det er nødvendigt at udskrive en shift-end-rapport i slutningen af hver produktionsdag. I stedet for at skulle købe specielt udstyr og oprette brugerdefinerede programmer til at håndtere opgaven, er det muligt at:

  1. brug Microsoft Lotus 1-2-3 eller et lignende regnearksprodukt med DDE til direkte at udtrække de ønskede oplysninger fra kontrolsystemet.

  2. Indstil regnearket til at udføre de nødvendige beregninger på de rå oplysninger, oprette passende grafer/diagrammer og udfylde eventuelle tekstdata.

  3. Indstil en makro til at køre regnearket og automatisk udskrive den ønskede rapport på enhver printer, der understøttes af vinduer.

eksempel:
i en kompleks applikation skal maskinvedligeholdelse understøttes af tekniske tegninger og fotografier af maskinen sammen med omfattende dokumentation af selve styresystemdesignet.

for at understøtte dette system sættes følgende stykker sammen:

  1. tegninger, fotografier osv. digitaliseres og gemmes på en CD-ROM.

  2. styresystemet er programmeret til at opretholde intern diagnostisk information, der afspejler maskinens tilstand og den forventede aktivitet. Oprettelsen af disse oplysninger forenkles ved hjælp af den tilgængelige brugergrænseflade til design og fejlfinding af kontrolsystemet.

  3. et regneark bruger DDE til at udtrække diagnostiske oplysninger fra kontrolsystemet. Disse oplysninger bruges i et indeks til at slå mulige emner op på CD-ROM ‘ en.

  4. indholdet fra CD-ROM ‘ en vises til operatøren ved hjælp af et let hypertekstværktøj svarende til standardvinduerne online hjælpesystem.

  5. hvis det ønskes, kan sofistikerede off-line diagnostiske værktøjer (et ekspertsystem) anvendes på den ekstraherede information, hvilket giver en dybdegående analyse af maskinens tilstand, mulige årsager til en funktionsfejl og anbefalede retsmidler.

maskinoperatøren og / eller vedligeholdelsesteknikeren har nu fingerspidsadgang til meget detaljerede oplysninger om maskinens aktuelle tilstand, dens tilsigtede funktion og den sandsynlige årsag til en funktionsfejl. Disse oplysninger gør det muligt at foretage de nødvendige reparationer meget hurtigt.

i mange tilfælde vil det være muligt for operatøren at reparere maskinen med det samme uden at skulle vente på, at en tekniker diagnosticerer problemet.

I/O Support
de fleste større leverandører af industrielle I/O-enheder giver en forbindelse mellem deres I/O-enheder og en standard PC. Normalt er denne forbindelse i form af et kort, der går i pc ‘ ens backplane og fastgøres til leverandørens specifikke I/O-netværk. Derudover leverer mange leverandører i/O-enheder, der sidder direkte i PC-backplane. Backplane resident I / O — enheder dækker en bred vifte af muligheder-fra diskrete indgange og udgange til multi-akse bevægelseskontrol.

med korrekt designet systemprogram kan PC-baserede styresystemer drage fordel af denne kendsgerning for at give deres brugere dybe muligheder. Især er et input nu kun et input. Det er ikke længere vigtigt, hvilken leverandør input blev fremstillet af, eller hvor det er placeret.

endnu bedre, de fleste PC ‘ er har flere slots til rådighed for add-In-kort. Dette betyder, at systemprogrammet kan give brugeren mulighed for at bruge input og output fra mere end en leverandør i et enkelt kontrolsystem.

samtidig er det meget vigtigt, at systemprogrammet ikke begrænser adgangen til de specielle funktioner, der er tilgængelige på nogle I/O-familier. For eksempel leverer nogle I/O-familier enhedsdiagnostik. Hvis disse funktioner ikke er tilgængelige for styresystemet, mister I/O-enhederne en stor del af deres værdi.

i et leverandøruafhængigt miljø er I / O en råvare. Det kan købes på grundlag af pris, funktioner eller andre faktorer — uden hensyntagen til kompatibilitet med kontrolsystemet. Denne kendsgerning åbner mange muligheder:

  • Specialudstyrsproducenter (OEM ‘ er) bliver ofte bedt om at bygge deres produkt omkring en anden i/O-familie. I / O-leverandørens uafhængighed, der tilbydes af PC-baserede kontrolsystemer, betyder, at design og programmering af deres udstyrs kontrolsystem ikke behøver at startes fra bunden. Det er et simpelt spørgsmål om at specificere kompatible I / O-enheder fra den nye leverandørs katalog.

  • slutbrugere kan vælge den I / O-enhed, der bedst opfylder behovene i deres applikationer. De bedste RTD-indgange fra en leverandør kan bruges i det samme kontrolsystem som de bedste 24 volt DC I/O fra en anden leverandør og de bedste 4-20ma-enheder fra endnu en leverandør. Ligeledes kan den bedste rackmonterede I / O kombineres med den bedst distribuerede I/O.

  • Kontrolsystemdesignere kan udvikle kontroller uden at bekymre sig om de særlige svagheder i en leverandørs I/O-system.

pålidelighed
i et industrielt miljø er det afgørende, at styresystemet er pålideligt. Det skal give konsekvent, fejlfri kontrol af processen. Pålidelighed skal undersøges med hensyn til to overvejelser:

  1. fysisk pålidelighed – hvor godt kan udstyret klare det hårde fysiske miljø på produktionsgulvet?

  2. programmel pålidelighed – hvor godt kan det underliggende system stå op til langvarig brug i et tidskritisk miljø?

på den fysiske pålidelighedsfront er standard-pc ‘ er i kommerciel kvalitet normalt ikke designet til at tolerere stød, vibrationer, temperatur og elektrisk støj, der ofte findes på fremstillingsgulvet. Der er dog mange leverandører, der leverer PC ‘ er bygget til dette miljø. De bruger de samme konstruktionsteknikker, som PLC-producenterne bruger til at levere robuste produkter:

  • fire punkt understøtter for add-In-kort.

  • høj styrke metal til kabinetterne.

  • forseglede frontpaneler til modstand mod fugtindtrængning.

  • elektroniske komponenter klassificeret til høj temperatur drift.

  • stød – og vibrationstestede elektroniske enheder

  • osv.

disse konstruktionspraksis resulterer i’ industrielle ‘ PC ‘er med levetidsfejl, der ligner PLC’ er.

et andet aspekt af udstyrets pålidelighed er omkostningerne og vanskeligheden ved at udskifte en mislykket enhed. PC ‘ en er tilgængelig over hele verden, med kort varsel, fra mange leverandører. I en klemme kan en pc i kommerciel kvalitet fra den lokale elektroniske supermarked endda stå ind for en enhed i industriel kvalitet. PLC ‘ ER er kun tilgængelige via den bestemte leverandørs distributionssystem, hvilket tvinger brugerne til at opretholde en dyr lokal beholdning af reservecontrollere.

når man overvejer programmelsikkerhed, er der to vigtige aspekter, der skal overvejes. Disse er:

  1. systemtilgængelighed
    hvor godt kan programmet bruges på lang sigt? Hvor godt er kontrolsystemet beskyttet mod eksterne forstyrrelser?

  2. systemtilgængelighed
    hvor let er programmet at bruge? Hvor godt kan kontrolsystemdata stilles til rådighed til ekstern brug?

tilgængelighed: for at et kontrolsystem skal være nyttigt, skal det køre (’tilgængeligt’). Hvis systemprogrammet er korrekt designet, vil styresystemet være stabilt og robust. Brugerens kontrolkode vil være godt beskyttet mod anden aktivitet, der måtte ske.

moderne styresystemer (både PLC ‘ER og PC’ er) er baseret på ‘realtids operativsystemer’ (RTO ‘ er). Disse operativsystemer styrer tildelingen af CPU-tid, systemhukommelse, afbrydelser og andre ressourcer blandt de processer, der kører på maskinen.

de realtidsoperativsystemer, der bruges af kontrolsystemer, er alle stort set ens med en struktur som den, der er vist i figur 3. Nogle leverandører bruger operativsystemer udviklet internt, andre bruger kommercielle operativsystemer. Når man vurderer en programmel pålidelighed af en leverandørs kontrolsystem, er det vigtigt at se på styresystemets track record, som danner grundlaget for systemets pålidelighed. Steeplechase bruger operativsystemet fra Intel. Med næsten to millioner eksemplarer i marken er det et velprøvet, pålideligt operativsystem.

tilgængelighed: kontrolsystemer er ikke øer længere. Faktisk er nogle af de oplysninger, de bruger til styring af udstyr, lige så vigtige for at drive fremstillingsvirksomheden selv. Yderligere, hvis kontrolsystemet er svært at bruge, svært at forstå eller svært at få information til og fra, vil det ikke tilstrækkeligt tilfredsstille brugernes behov.

PC-baseret styresystem giver væsentligt mere tilgængelighed end traditionelle PLC-baserede styresystemer. Vinduer miljø er ikke kun for programmering. Det er også tilgængeligt under drift. Det betyder, at:

  • Standardvindues dataudvekslingsmetoder kan let anvendes til at flytte information mellem kontrolsystemet og resten af virksomheden.

  • programmeringsmiljøet er direkte tilgængeligt på selve controlleren. Det er ikke længere nødvendigt at have en separat computer til programmeringsformål.

  • et væld af off-the-shelf vinduer applikationer kan bruges til at analysere eller manipulere styresystemets data, mens styresystemet kører. Opskriftsstyring, SPC/kvm, materialeregnskab osv. alle bliver nemme.

Integration
industrielle kontrolsystemer købes ikke i et vakuum; der er et specifikt job for dem at gøre. Brug af et PC – baseret styresystem får det samlede arbejde gjort hurtigere, mere effektivt og med mindre integrationsindsats end konventionelle styresystemer.

PC-baserede kontrolsystemer er tilgængelige, som integrerer mange almindeligt anvendte dele af den samlede kontrolløsning. Især:

  • realtidskontrol-evnen til at udføre brugerskrevne kontrolstrategier korrekt over en lang periode.

  • Operatørgrænseflade-evnen til at inkludere en grafisk operatørgrænseflade på samme PC som det grundlæggende styresystem. Moderne operatørgrænseflader omfatter evnen til at vise grafiske billeder på skærmen og ændre deres størrelse, position, farve osv. baseret på driften af kontrolsystemet.

  • programmering-evnen til at oprette og debug de kontrolstrategier, der skal bruges. Dette inkluderer også evnen for mennesker på alle niveauer i organisationen til let at forstå programmer oprettet af en anden person.

  • dokumentation-evnen til hurtigt og nemt at udtrække oplysninger fra styresystemet. Disse oplysninger dækker både design og drift af styresystemet.

  • kommunikation – evnen til at kommunikere via det netværksudstyr, der er tilgængeligt med andre styresystemer, dedikerede operatørgrænseflader, maskiner i andre bygninger eller rundt om i verden. Der kræves ingen særlig indsats fra brugerens side for at få dette til at ske.

for mere information, kontakt Dave Gee, vice-president, Engineering,
Steeplechase Inc. Tlf.: 313/995-3348: 313/995-7218

Leave a Reply