the Benefits of Personal Computer-BasedControl Systems

the purpose and scope of this papers is to explore the benefits of using PC for industrial control. Standard Personal Computeria (PC) on alettu käyttää suoraan koneohjaukseen useissa teollisissa sovelluksissa. Laitokset, jotka ovat ottaneet tämän askeleen, ovat tehneet niin hyödyntääkseen PC: n alhaisemmat kustannukset ja lisääntynyt joustavuus. Muut laitokset, jotka ovat harkinneet PC: n käyttöä, eivät välttämättä tunne tämän tyyppisen ohjausjärjestelmän etuja.

tässä asiakirjassa tarkastellaan etuja, jotka on otettava huomioon arvioitaessa henkilökohtaisten tietokoneiden käyttöä teollisuuslaitteiden suoraan ohjaukseen käytettävien ohjelmoitavien Logiikkaohjainten sijasta.

laitteisto
teollisuussovelluksen näkökulmasta ohjaimen tarkka laitteistokokoonpano ei ole erityisen tärkeä. Kuvissa 1 ja 2 esitetään kaaviot tyypillisistä laitteistoratkaisuista. Kaikille ohjaimille on yhteistä se, että ne käyttävät mikroprosessoria järjestelmän ytimenä. Prosessorin ympärillä on muistilaitteita (vain luku-ja/tai luku-kirjoitus) ja I/O-laitteita. Usein, ohjain sisältää laitteiston, joka kommunikoi etänä sijaitsee I / O verkon kautta.

monissa teollisissa sovelluksissa laitteiston on kestettävä äärimmäisiä ympäristöolosuhteita. Laitteistoalustat, jotka täyttävät nämä vaatimukset, ovat helposti saatavilla, koska sekä PLC: t että PC

on selvää, että sekä custom solutions (PLC) että standard solutions (PCs) on vaadittava laitteisto suorittamaan teollista valvontaa. Järjestelmäohjelmisto on se, mikä tekee tietystä koneesta teollisen ohjaimen, ja mikä yleensä erottaa tietokoneen PLC: stä.

kaikilla teollisuuden ohjausohjelmistoilla on yhteisiä ominaisuuksia:

• luotettava toiminta

• käyttäjän kirjoittama ohjauskoodi

• ohjauskoodin reaaliaikainen suoritus

• suora yhteydenpito teollisuuden I/O: n kanssa

Järjestelmäohjelmisto, jossa on kaikki nämä perusominaisuudet, on tällä hetkellä saatavilla standard PC: lle useilta toimittajilta.

PC: n rakentamiseen käytetty laitteisto paranee edelleen erittäin nopeasti. Uuden sukupolven henkilökohtainen tietokone laitteisto tulee saataville kuuden tai yhdeksän kuukauden välein. Sen sijaan uuden sukupolven PLC-laitteisto tulee saataville kahden tai kolmen vuoden välein.

jokaisen seuraavan laitteistosukupolven kanssa:

• PC tulee nopeammin. Yleisesti saatavilla olevat Pentium-järjestelmät päihittävät nopeimmatkin PLC:t 20: 1: n tai suuremmilla marginaaleilla.

• tietokoneet tulevat halvemmiksi. Korkean suorituskyvyn tietokoneet ovat helposti saatavilla alle $2000. Edulliset tietokoneet ovat selvästi alle 1000 dollaria.

• PC: t saavat lisää muistia. Järjestelmät, joissa on 16mbytes muistia, ovat yleisiä. 64 Mbitin järjestelmät ovat helposti saatavilla.

• tietokoneet tukevat enemmän oheislaitteita. CD – ROM-asemat, äänikortit, äänentunnistus, optinen skannaus, suuren kapasiteetin Nauha-asemat, tulostimet ja lukuisia lajikkeita, erikoistuneet I/O (esim.digitointi oskilloskoopit), ja muut tuotteet ovat laajalti saatavilla ja edullisia.

sen lisäksi, että parannuksia kunkin sukupolven, PC-laitteisto tarjoaa etuja, jotka säilyvät läpi monen sukupolven. Esimerkiksi:

• Lisälaitteiden liitännät (ISA, PCMCIA, SCSI jne.) ovat standardoituja.

• rinnakkais-ja sarjaportit ovat standardoituja.

• verkostoitumismahdollisuudet on standardoitu.

• videoliitännät on standardoitu.

• syöttölaitteet (hiiri, näppäimistö jne.) ovat standardoituja.

inhimilliset tekijät
PC: n suosio kaupallisissa sovelluksissa on edistänyt laajaa toimintaa, jonka tarkoituksena on helpottaa niiden asentamista, ymmärtämistä ja käyttöä. Erityisesti Microsoft Windowsst on parantanut huomattavasti tietokoneiden saatavuutta ei-teknisille ihmisille.

tämän toiminnon hedelmät voidaan asettaa PC-pohjaisten ohjausjärjestelmien käyttäjien saataville. Koska taustalla oleva järjestelmäohjelmisto voidaan suunnitella tukemaan Windowsia samalla PC: llä, tämän tason tuottavuus ja helppokäyttöisyys ovat kaikkien ohjausjärjestelmän käyttäjien (ohjelmoija, operaattori, teknikko, valvoja) käytettävissä.

helppokäyttöisyys parantaa ohjausjärjestelmän suunnittelijan tuottavuutta. Liian usein ohjausinsinöörit viettävät kehitysaikaa taistelemalla ohjausjärjestelmänsä suunnittelu-ja kehitystyökaluja vastaan sen sijaan, että he miettisivät, miten tehdä enemmän tai parempaa tuotetta.

erityisesti Windowsin saatavuus parantaa tuottavuutta seuraavilla tavoilla:

• graafinen käyttöliittymä (GUI), joka Windows esittelee mahdollistaa kaikki osat ohjausjärjestelmän näyttää samanlainen kaikille käyttäjille. Hyödyntämällä tätä yleisyyttä PC-pohjaiset ohjausjärjestelmät voivat vähentää ohjausinsinööreiltä, kunnossapitoteknikoilta ja koneenkäyttäjiltä vaadittavaa koulutusta.

• lisäominaisuuksia, kuten Leikkaa / Kopioi/Liitä, kumoa / redo, Etsi / Korvaa, vedä ja pudota, jne., ovat yleisiä Windows-sovelluksissa. Nämä ominaisuudet vähentävät aikaa, joka kuluu moniin yhteisiin tehtäviin ohjelmoinnin ja ohjausjärjestelmän ylläpidon aikana.

• ohjausjärjestelmän dokumentointia parantaa lukuisten tekstinkäsittely -, taulukkolaskenta-ja tietokantaohjelmien valmis saatavuus.

• kehitystyökalut voidaan helposti liittää verkkoon, jolloin eri suunnittelutoimintojen tulokset voidaan jakaa insinööritiimien kesken.

kolmannen osapuolen työkalut
kyky tukea Windowsia PC-pohjaisella järjestelmällä tarjoaa ohjausjärjestelmän suunnittelijalle joukon jännittäviä ominaisuuksia kolmannen osapuolen ohjelmistopakettien avulla. Harkitse seuraavia mahdollisuuksia …

esimerkki:
jokaisen tuotantopäivän lopussa on tulostettava shift-end-raportti. Sen sijaan, että hankitaan erikoislaitteita ja luodaan mukautettuja ohjelmistoja hoitamaan tehtävää, on mahdollista:

1. käytä Microsoft Exceliä, Lotus 1-2-3: A tai muuta vastaavaa taulukkolaskentatuotetta DDE: n kanssa saadaksesi haluamasi tiedot suoraan ohjausjärjestelmästä.

2. Määritä laskentataulukko suorittamaan tarvittavat laskelmat raaka-tiedoista, luomaan asianmukaiset graafit/kaaviot ja täyttämään kaikki tekstimuotoiset tiedot.

3. Aseta makro laskentataulukon ajamiseksi ja tulosta haluamasi raportti automaattisesti mille tahansa Windowsin tukemalle tulostimelle.

esimerkki:
monimutkaisessa sovelluksessa koneen huoltoa on tuettava koneesta tehdyillä insinööripiirustuksilla ja valokuvilla sekä kattavalla dokumentaatiolla itse ohjausjärjestelmän suunnittelusta.

tämän järjestelmän tueksi on koottu seuraavat kappaleet:

1. piirrokset, valokuvat jne. digitoidaan ja tallennetaan CD-ROMille.

2. ohjausjärjestelmä on ohjelmoitu ylläpitämään sisäistä diagnostista tietoa, joka kuvastaa koneen tilaa ja odotettavissa olevaa toimintaa. Näiden tietojen luomista yksinkertaistaa Windows-käyttöliittymä, joka on käytettävissä ohjausjärjestelmän suunnitteluun ja virheenkorjaukseen.

3. laskentataulukko käyttää DDE: tä poimimaan diagnostisia tietoja ohjausjärjestelmästä. Näitä tietoja käytetään hakemistossa mahdollisten aiheiden etsimiseen CD-ROM-levyltä.

4. CD-ROM-levyn sisältö näytetään operaattorille helpolla hypertext-työkalulla, joka on samanlainen kuin tavallinen Windows on-line-ohjejärjestelmä.

5. haluttaessa kehittyneitä off-line diagnostiikkatyökaluja (asiantuntija-järjestelmä) voidaan soveltaa uutettua tietoa, joka tarjoaa perusteellisen analyysin koneen tilasta, mahdollisista toimintahäiriön syistä ja suositeltavista korjaustoimenpiteistä.

koneen käyttäjällä ja / tai huoltoteknikolla on nyt sormenpäällä pääsy erittäin yksityiskohtaisiin tietoihin koneen nykytilasta, sen suunnitellusta toiminnasta ja vian todennäköisistä syistä. Näiden tietojen avulla tarvittavat korjaukset voidaan tehdä hyvin nopeasti.

monissa tapauksissa käyttäjän on mahdollista korjata kone välittömästi ilman, että hänen tarvitsee odottaa teknikon diagnoosia.

I/O-tuki
useimmat suuret teollisuuden I/O-laitteiden myyjät tarjoavat yhteyden I / O-laitteidensa ja tavallisen tietokoneen välille. Yleensä tämä yhteys on kortin muodossa, joka menee tietokoneen taustatasolle ja kiinnittyy myyjän tiettyyn i/o-verkkoon. Lisäksi monet toimittajat toimittavat I / O-laitteita, jotka istuvat suoraan tietokoneen taustalevyyn. Backplane resident I / O-laitteet kattavat laajan valikoiman ominaisuuksia-diskreeteistä tuloista ja lähdöistä moniakseliseen liikkeenohjaukseen.

oikein suunnitelluilla järjestelmäohjelmistoilla PC-pohjaiset ohjausjärjestelmät voivat hyödyntää tätä tosiasiaa ja tarjota käyttäjilleen syvällisiä mahdollisuuksia. Erityisesti panos on nyt vain Panos. Enää ei ole merkitystä, mikä myyjä panos on valmistettu tai missä se sijaitsee.

vielä parempi on, että useimmissa PC: ssä on useita kolikkopelejä saatavilla lisäkorteille. Tämä tarkoittaa, että järjestelmäohjelmisto voi sallia käyttäjän käyttää syötteitä ja lähtöjä useammalta kuin yhdeltä toimittajalta yhdessä ohjausjärjestelmässä.

samalla on erittäin tärkeää, että järjestelmäohjelmisto ei rajoita pääsyä joihinkin I/O-perheisiin sisältyviin erityisominaisuuksiin. Esimerkiksi jotkin I/O-perheet tarjoavat laitteen diagnostiikkaa. Jos nämä toiminnot eivät ole ohjausjärjestelmän käytettävissä, I/O-laitteet menettävät suuren osan arvostaan.

toimittajariippumattomassa ympäristössä I/O on hyödyke. Se voidaan ostaa hinnan, ominaisuuksien tai muiden tekijöiden perusteella — riippumatta yhteensopivuudesta ohjausjärjestelmän kanssa. Tämä seikka avaa monia mahdollisuuksia:

• erikoislaitteiden valmistajia (OEM-valmistajia) pyydetään usein rakentamaan tuotteensa eri I/O-perheen ympärille. PC-pohjaisten ohjausjärjestelmien tarjoama I / O-toimittajan riippumattomuus tarkoittaa, että laitteiden ohjausjärjestelmän suunnittelua ja ohjelmointia ei tarvitse aloittaa alusta. Se on yksinkertainen asia määrittää yhteensopivat I / O-laitteet uuden toimittajan luettelosta.

• loppukäyttäjät voivat valita sovellustensa tarpeisiin parhaiten sopivan I/O-laitteen. Paras TTD tuloa yhden toimittajan voidaan käyttää samassa ohjausjärjestelmässä kuin paras 24 voltin DC I / O toiselta toimittajalta ja paras 4-20mA laitteita vielä toisen toimittajan. Samoin paras telineeseen asennettu I/O voidaan yhdistää paras jaettu I / O.

• ohjausjärjestelmän suunnittelijat voivat kehittää hallintalaitteita murehtimatta yhden toimittajan I/o-järjestelmän erityisistä puutteista.

luotettavuus
teollisuusympäristössä ohjausjärjestelmän on oltava luotettava. Sen on tarjottava johdonmukainen, virheetön valvonta prosessin. Luotettavuutta on tarkasteltava kahden seikan osalta:

1. fyysinen luotettavuus – kuinka hyvin laitteisto kestää tuotantopohjan Ankaran fyysisen ympäristön?

2. ohjelmistojen luotettavuus-kuinka hyvin taustalla oleva järjestelmäohjelmisto kestää pitkän aikavälin käytön aikakriittisessä ympäristössä?

on fyysinen luotettavuus edessä, standardi, kaupallisen luokan PC: t eivät yleensä suunniteltu sietämään iskuja, tärinä, lämpötila, ja sähkö melu usein löytyy valmistuskerroksessa. On kuitenkin monia toimittajia, jotka tarjoavat PC: n rakennettu tähän ympäristöön. He käyttävät samoja rakennustekniikoita, joita PLC: n päättäjät käyttävät tuotteissaan.:

• neljän pisteen tuet lisäkorteille.

• korkea lujuus metallia kotelot.

• tiivistetyt etupaneelit kosteuden läpäisykestävyyttä varten.

• elektroniset komponentit mitoitettu korkean lämpötilan toimintaa.

• iskuilla ja tärinällä testatut elektroniset kokoonpanot

• jne.

nämä rakennuskäytännöt johtavat siihen, että “teolliset” PC: t, joiden elinikäinen vikaantumisaste on samanlainen kuin PLC: llä.

toinen laitteiston luotettavuuteen liittyvä seikka on vikaantuneen laitteen korvaamisen kustannukset ja vaikeus. PC on saatavilla maailmanlaajuisesti, lyhyellä varoitusajalla, monilta toimittajilta. Hyppysellinen, kaupallisen luokan PC paikallisen sähköisen superstore voi jopa seistä teollisuuden luokan yksikkö. PLC: t ovat saatavilla vain tietyn toimittajan jakelujärjestelmän kautta, mikä pakottaa käyttäjät ylläpitämään kallista paikallista vara-ohjaimien luetteloa.

ohjelmiston luotettavuutta tarkasteltaessa on otettava huomioon kaksi tärkeää seikkaa. Nämä ovat:

1. järjestelmän saatavuus
   kuinka hyvin ohjelmisto kestää pitkäaikaisen käytön? Kuinka hyvin ohjausjärjestelmä on suojattu ulkoisilta häiriöiltä?

2. järjestelmän saavutettavuus
   kuinka helppoa ohjelmiston käyttö on? Kuinka hyvin ohjausjärjestelmän tiedot voidaan antaa ulkoiseen käyttöön?

saatavuus: jotta ohjausjärjestelmä olisi hyödyllinen, sen on oltava käynnissä (“käytettävissä”). Jos järjestelmäohjelmisto on suunniteltu oikein, ohjausjärjestelmä on vakaa ja kestävä. Käyttäjän ohjauskoodi on hyvin suojattu muulta mahdolliselta toiminnalta.

nykyaikaiset ohjausjärjestelmät (sekä PLC: t että PC: t) perustuvat “reaaliaikaisiin käyttöjärjestelmiin” (RTOS). Nämä käyttöjärjestelmät hallinnoivat suorittimen ajan, järjestelmän muistin, keskeytysten ja muiden resurssien jakamista koneen käynnissä olevien prosessien kesken.

ohjausjärjestelmien käyttämät reaaliaikaiset käyttöjärjestelmät ovat kaikki periaatteessa samanlaisia, rakenteeltaan samanlaisia kuin kuvassa 3. Jotkut myyjät käyttävät talon sisällä kehitettyjä käyttöjärjestelmiä, toiset kaupallisia käyttöjärjestelmiä. Arvioitaessa ohjelmiston luotettavuutta toimittajan ohjausjärjestelmä, on tärkeää tarkastella track record käyttöjärjestelmä, joka muodostaa perustan järjestelmän luotettavuus. Steeplechase-ohjelmisto käyttää Intelin irmx-käyttöjärjestelmää. Lähes kaksi miljoonaa kappaletta kentällä, se on hyvin todistettu, luotettava käyttöjärjestelmä.

Esteettömyys: ohjausjärjestelmät eivät ole enää saarekkeita. Itse asiassa jotkut tiedot, joita he käyttävät laitteiden ohjaamiseen, ovat yhtä tärkeitä valmistavan yrityksen itsensä pyörittämisessä. Lisäksi, jos valvontajärjestelmä on vaikea käyttää, vaikea ymmärtää, tai vaikea saada tietoa ja mistä, niin se ei täytä riittävästi käyttäjien tarpeita.

PC-pohjaiset ohjausjärjestelmäohjelmistot tarjoavat huomattavasti enemmän saavutettavuutta kuin perinteiset PLC-pohjaiset ohjausjärjestelmät. Windows-ympäristö ei ole vain ohjelmointia varten. Se on saatavilla myös käytön aikana. Tämä tarkoittaa, että:

• tavanomaisia Windows – tiedonsiirtomenetelmiä voidaan helposti käyttää tiedon siirtämiseen ohjausjärjestelmän ja muun yrityksen välillä.

• ohjelmointiympäristö on suoraan käytettävissä ohjaimessa itsessään. Ohjelmointitarkoituksiin ei enää tarvita erillistä tietokonetta.

• lukuisia off-the-shelf Windows-sovelluksia voidaan käyttää analysoimaan tai manipuloimaan ohjausjärjestelmän tietoja, kun ohjausjärjestelmä on käynnissä. Reseptienhallinta, valmisteyhteenveto/SQC, materiaalilaskenta jne. kaikista tulee helppoja.

integraatio
teollisuuden ohjausjärjestelmiä ei osteta tyhjiössä, vaan niille on oma tehtävänsä. Käyttämällä PC-pohjainen ohjausjärjestelmä saa kaiken työn tehtyä nopeammin, tehokkaammin ja vähemmän integrointi vaivaa kuin perinteiset ohjausjärjestelmät.

PC-pohjaisia ohjausjärjestelmiä on saatavilla, jotka integroivat monia yleisesti käytettyjä osia kokonaisohjausratkaisusta. Erityisesti:

• reaaliaikainen ohjaus-kyky suorittaa käyttäjän kirjoittamia ohjausstrategioita oikein, pitkän ajan kuluessa.

• Operator Interface-kyky sisällyttää graafinen operaattorirajapinta samaan tietokoneeseen kuin perusohjausjärjestelmä. Nykyaikaisiin operaattorirajapintoihin kuuluu Mahdollisuus näyttää graafisia kuvia näytöllä ja muuttaa niiden kokoa, sijaintia, väriä jne. perustuu ohjausjärjestelmän toimintaan.

• ohjelmointi-kyky luoda ja debug control strategioita käytetään. Tähän sisältyy myös kyky ihmisille kaikilla organisaation tasoilla ymmärtää helposti toisen henkilön luomia ohjelmia.

• dokumentaatio-kyky nopeasti ja helposti poimia tietoja ohjausjärjestelmästä. Tämä tieto kattaa sekä ohjausjärjestelmän suunnittelun että toiminnan.

• Communications-kyky kommunikoida verkottumislaitteistojen kautta muiden ohjausjärjestelmien, operaattorirajapintojen, muissa rakennuksissa tai ympäri maailmaa olevien koneiden kanssa. Käyttäjältä ei vaadita erityisiä ponnisteluja tämän toteuttamiseksi.

lisätietoja: Dave Gee, Vice-president, Engineering,
Steeplechase Software Inc. puh: 313/995-3348; faksi: 313/995-7218