a személyi számítógép-alapú vezérlőrendszerek előnyei

a cikk célja és terjedelme a PC ipari vezérléshez való használatának előnyeinek feltárása. A szokásos személyi számítógépet (PC) számos ipari alkalmazásban elkezdték használni a közvetlen gépvezérléshez. Azok az üzemek, amelyek ezt a lépést megtették, kihasználták a PC csökkentett költségeit és nagyobb rugalmasságát. Más üzemek, amelyek fontolóra vették a PC-k használatát, esetleg nem ismerik az ilyen típusú vezérlőrendszer előnyeit.

ez a tanulmány azokat az előnyöket vizsgálja, amelyeket figyelembe kell venni az ipari berendezések közvetlen vezérlésére szolgáló programozható logikai vezérlők helyett a személyi számítógépek használatának értékelésekor.

hardver
ipari vezérlési alkalmazás szempontjából a vezérlő pontos hardverkonfigurációja nem különösebben fontos. Az 1.és 2. ábra a tipikus hardvermegoldások diagramjait mutatja. Minden vezérlő közös tulajdonságokkal rendelkezik, hogy mikroprocesszort használnak a rendszer szíveként. A processzor körül vannak memóriaeszközök (csak olvasható és/vagy írás-olvasás) és I/O eszközök. A vezérlő gyakran tartalmaz olyan hardvert, amely hálózaton keresztül kommunikál a távoli I/O-val.

számos ipari alkalmazásban szükséges, hogy a hardver ellenálljon a szélsőséges környezeti feltételeknek. Az ezen követelményeknek megfelelő hardverplatformok könnyen elérhetők, mivel mind a PLC-k, mind a PCs

egyértelmű, hogy mind az egyedi megoldások (Plc), mind a standard megoldások (PCs) rendelkeznek az ipari vezérléshez szükséges hardverrel. A rendszerszoftver az, ami egy adott gépet ipari vezérlővé tesz, és ami általában megkülönbözteti a PC-t a PLC-től.

minden ipari vezérlő szoftver közös jellemzőkkel rendelkezik:

• megbízható működés

• felhasználó által írt ellenőrző kód

• az ellenőrző kód valós idejű végrehajtása

• közvetlen kommunikáció ipari I / O-val

az összes alapvető jellemzővel rendelkező rendszerszoftver jelenleg több gyártó szabványos PC-jéhez elérhető.

a PC-k építéséhez használt hardver nagyon gyors ütemben fejlődik. A személyi számítógépes hardverek új generációja hat-kilenc havonta válik elérhetővé. Ezzel szemben a PLC hardver új generációja két-három évente válik elérhetővé.

minden következő hardvergenerációval:

• a PC-k gyorsabbá válnak. A ma széles körben elérhető Pentium rendszerek még a leggyorsabb PLC-ket is felülmúlják 20:1 vagy annál nagyobb árréssel.

• a PC-k olcsóbbak lesznek. A nagy teljesítményű PC-k könnyen elérhetők kevesebb, mint 2000 dollárért. Az olcsó PC-k jóval 1000 dollár alatt vannak.

• a PC-k több memóriát kapnak. A 16mbyte memóriával rendelkező rendszerek mindennaposak. A 64 Mbyte-os rendszerek könnyen elérhetők.

• a PC-k több perifériás eszközt támogatnak. CD-ROM meghajtók, hangkártyák, hangfelismerés, optikai szkennelés, nagy kapacitású szalagos meghajtók, nyomtatók és sokféle változat, speciális I/O (pl.

az egyes generációkkal végzett fejlesztések mellett a PC hardver olyan előnyöket kínál, amelyek sok generáción át fennmaradnak. Például:

• kiegészítő hardver interfészek (ISA, PCMCIA, SCSI stb.) szabványosítottak.

• a párhuzamos és soros portok szabványosítottak.

• a hálózati eszközök szabványosítottak.

• a videó interfészek szabványosítottak.

• beviteli eszközök (egér, billentyűzet stb.) szabványosítottak.

Human Factors
a PC-k népszerűsége a kereskedelmi alkalmazásokban elősegítette a széles körű tevékenységet, amelynek célja, hogy könnyebben telepíthetők, könnyebben érthetők és könnyebben használhatók legyenek. Különösen a Microsoft WindowsT jelentősen javította a számítógépek hozzáférhetőségét a nem műszaki emberek számára.

ennek a tevékenységnek a gyümölcse a PC-alapú vezérlőrendszerek felhasználói számára elérhető. Mivel az alapul szolgáló rendszerszoftvert úgy lehet megtervezni, hogy ugyanazon a számítógépen támogassa a Windows rendszert, ez a termelékenység és a könnyű használat a vezérlőrendszer minden felhasználója számára elérhető (programozó, operátor, technikus, felügyelő).

a könnyű használat növeli a vezérlőrendszer tervezőjének termelékenységét. Túl gyakran az irányítómérnökök fejlesztési időt töltenek a vezérlőrendszerük tervezési és fejlesztési eszközeivel szemben, ahelyett, hogy kitalálnák, hogyan lehet több vagy jobb terméket készíteni.

A Windows elérhetősége a következő módokon javítja a termelékenységet:

• a Windows által bemutatott grafikus felhasználói felület (GUI) lehetővé teszi, hogy a vezérlőrendszer minden része hasonlónak tűnjön az összes felhasználóhoz. Ennek a közösségnek a kihasználásával a PC – alapú vezérlőrendszerek csökkenthetik az irányítómérnökök, a karbantartó technikusok és a gépkezelők számára szükséges képzés mértékét.

• speciális funkciók, mint például a cut/copy/paste, undo/redo, find / replace, drag-and-drop stb., gyakoriak a Windows alkalmazásokban. Ezek a funkciók csökkentik a sok közös feladat elvégzéséhez szükséges időt a vezérlőrendszer programozása és karbantartása közben

• a vezérlőrendszer dokumentációját számos szövegszerkesztő, táblázatkezelő és adatbázis-kezelő program kész rendelkezésre állása javítja.

• a Fejlesztőeszközök könnyen csatlakoztathatók egy hálózathoz, lehetővé téve a különféle mérnöki tevékenységek eredményeinek megosztását a mérnökök csapatai között.

Third Party Tools
az a képesség, hogy támogatja a Windows egy PC-alapú rendszer biztosítja a vezérlő rendszer tervezője egy sor izgalmas képességek segítségével harmadik féltől származó szoftvercsomagokat. Fontolja meg a következő lehetőségeket…

példa:
minden gyártási nap végén ki kell nyomtatni egy műszakvégi jelentést. Ahelyett, hogy speciális felszerelést kellene vásárolnia, és egyedi szoftvert kellene létrehoznia a feladat kezeléséhez, lehetséges:

1. használja a Microsoft Excel, a Lotus 1-2-3 vagy bármely hasonló táblázatkezelő terméket DDE-vel, hogy közvetlenül kinyerje a kívánt információkat a vezérlőrendszerből.

2. állítsa be a táblázatot, hogy elvégezze a szükséges számításokat a nyers információkon, hozzon létre megfelelő grafikonokat/diagramokat, és töltse ki a szöveges adatokat.

3. állítson be egy makrót a táblázat futtatásához, és automatikusan kinyomtassa a kívánt jelentést bármely, a Windows által támogatott nyomtatón.

példa:
egy komplex alkalmazásban A gép karbantartását MŰSZAKI rajzokkal és fényképekkel kell alátámasztani, valamint a vezérlőrendszer tervének részletes dokumentációjával.

a rendszer támogatása érdekében a következő darabokat állítják össze:

1. rajzok, fényképek stb. digitalizálják és CD-ROM-on tárolják.

2. a vezérlőrendszer úgy van programozva, hogy megőrizze a belső diagnosztikai információkat, amelyek tükrözik a gép állapotát és a várható aktivitást. Ezen információk létrehozását egyszerűsíti a vezérlőrendszer tervezéséhez és hibakereséséhez rendelkezésre álló Windows felhasználói felület.

3. a táblázat a DDE-t használja a diagnosztikai információk kinyerésére a vezérlőrendszerből. Ezt az információt egy indexben használják a lehetséges témák keresésére a CD-ROM-on.

4. a CD-ROM tartalmát a kezelő egy egyszerű hypertext eszközzel jeleníti meg, amely hasonló a szokásos Windows on-line súgórendszerhez.

5. kívánt esetben kifinomult off-line diagnosztikai eszközök (szakértői rendszer) alkalmazhatók a kinyert információkra, amelyek mélyreható elemzést nyújtanak a gép állapotáról, a meghibásodás lehetséges okairól, valamint az ajánlott jogorvoslatokról.

a gépkezelő és / vagy a karbantartó technikus ujjbegyével hozzáférhet a gép aktuális állapotáról, tervezett működéséről és a meghibásodás valószínű okáról(okairól) szóló részletes információkhoz. Ez az információ lehetővé teszi a szükséges javítások nagyon gyors elvégzését.

sok esetben a kezelő azonnal megjavíthatja a gépet, anélkül, hogy meg kellene várnia a technikust a probléma diagnosztizálására.

I/O támogatás
az ipari I/O eszközök legtöbb nagy gyártója kapcsolatot biztosít az I/O eszközök és a szabványos PC között. Általában ez a kapcsolat kártya formájában történik, amely a számítógép hátlapjába kerül, és az eladó specifikus I/O hálózatához kapcsolódik. Ezenkívül sok gyártó szállít I / O eszközöket, amelyek közvetlenül a PC hátlapján ülnek. A hátlapi rezidens I / O eszközök a képességek széles skáláját fedik le — a diszkrét bemenetektől és kimenetektől a többtengelyes mozgásvezérlésig.

a megfelelően megtervezett rendszerszoftverrel a PC-alapú vezérlőrendszerek kihasználhatják ezt a tényt, hogy mélyreható lehetőségeket biztosítsanak felhasználóiknak. Különösen a bemenet most csak bemenet. Már nem fontos, hogy melyik gyártó gyártotta a bemenetet, vagy hol található.

még jobb, a legtöbb PC-nek több bővítőhelye van a kiegészítő kártyák számára. Ez azt jelenti, hogy a rendszerszoftver lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy egynél több gyártó bemeneteit és kimeneteit használja egyetlen vezérlőrendszerben.

ugyanakkor nagyon fontos, hogy a rendszerszoftver ne korlátozza a hozzáférést az egyes I/O családokban elérhető speciális funkciókhoz. Például néhány I / O család eszközdiagnosztikát biztosít. Ha ezek a funkciók nem állnak rendelkezésre a vezérlőrendszer számára, akkor az I/O eszközök értékük nagy részét elveszítik.

szállítótól független környezetben az I / O árucikk. Megvásárolható ár, jellemzők vagy egyéb tényezők alapján — tekintet nélkül az ellenőrzési rendszerrel való kompatibilitásra. Ez a tény számos lehetőséget nyit meg:

• a speciális berendezések gyártóit (OEM-eket) gyakran kérik arra, hogy termékeiket egy másik I/O család köré építsék. A PC-alapú vezérlőrendszerek által kínált I / O szállítói függetlenség azt jelenti, hogy berendezéseik vezérlőrendszerének tervezését és programozását nem kell elölről kezdeni. Egyszerű kérdés a kompatibilis I / O eszközök megadása az új gyártó katalógusából.

• a végfelhasználók kiválaszthatják az alkalmazások igényeinek leginkább megfelelő I / O eszközt. Az egyik gyártó legjobb RTD bemenetei ugyanabban a vezérlőrendszerben használhatók, mint a legjobb 24 voltos DC I/O egy másik gyártótól, és a legjobb 4-20mA eszközök egy másik gyártótól. Hasonlóképpen, a legjobb állványra szerelt I/O kombinálható a legjobban elosztott I/O-val.

• a vezérlőrendszer-tervezők fejleszthetik a vezérlőket anélkül, hogy aggódnának az egyik gyártó I/O rendszerének bizonyos gyengeségei miatt.

megbízhatóság
ipari környezetben elengedhetetlen, hogy a vezérlőrendszer megbízható legyen. Biztosítania kell a folyamat következetes, hibamentes ellenőrzését. A megbízhatóságot két szempont alapján kell vizsgálni:

1. fizikai megbízhatóság-mennyire képes a hardver ellenállni a gyártási padló zord fizikai környezetének?

2. szoftver megbízhatóság-mennyire képes az alapul szolgáló rendszerszoftver hosszú távú használatra egy időkritikus környezetben?

a fizikai megbízhatóság terén a szabványos, kereskedelmi minőségű PC-ket általában nem úgy tervezték, hogy elviseljék a gyártási padlón gyakran előforduló sokkot, rezgést, hőmérsékletet és elektromos zajt. Vannak azonban sok gyártó, amely PC épített ebben a környezetben. Ugyanazokat az építési technikákat alkalmazzák, amelyeket a PLC-gyártók használnak robusztus termékek biztosítására:

• négy pont támogatja a kiegészítő kártyákat.

• nagy szilárdságú fém a házakhoz.

• zárt előlapok a nedvesség behatolási ellenállása érdekében.

• magas hőmérsékletű működésre minősített elektronikus alkatrészek.

• sokk és rezgés által tesztelt elektronikus részegységek

• stb.

ezek az építési gyakorlatok olyan ‘ipari’ PC-ket eredményeznek, amelyek élettartama hasonló a PLC-khez.

a hardver megbízhatóságának másik szempontja a meghibásodott egység cseréjének költsége és nehézsége. A PC világszerte elérhető, rövid időn belül, sok gyártótól. Egy csipetnyi, kereskedelmi minőségű PC a helyi elektronikus szupermarketben is stand-in egy ipari minőségű egység. A PLC-k csak az adott szállító elosztórendszerén keresztül érhetők el, arra kényszerítve a felhasználókat, hogy fenntartsák a tartalék vezérlők költséges helyi leltárát.

a szoftver megbízhatóságának mérlegelésekor két fontos szempontot kell figyelembe venni. Ezek a következők:

1. a rendszer elérhetősége
   mennyire bírja a szoftver a hosszú távú használatot? Mennyire védett a vezérlőrendszer a külső zavaroktól?

2. System Accessibility
   mennyire egyszerű a szoftver használata? Mennyire lehet az ellenőrzési rendszer adatait külső felhasználásra elérhetővé tenni?

elérhetőség: ahhoz, hogy egy vezérlőrendszer hasznos legyen, futnia kell (‘Elérhető’). Ha a rendszerszoftvert megfelelően tervezték, a vezérlőrendszer stabil és robusztus lesz. A felhasználó vezérlőkódja jól védett lesz az esetleges egyéb tevékenységektől.

a Modern vezérlőrendszerek (mind a PLC-k, mind a PC-k) valós idejű operációs rendszereken (RTOS) alapulnak. Ezek az operációs rendszerek kezelik a CPU idő, a rendszermemória, a megszakítások és egyéb erőforrások elosztását a gépen futó folyamatok között.

a vezérlőrendszerek által használt valós idejű operációs rendszerek alapvetően hasonlóak, a 3.ábrán látható struktúrával. Egyes gyártók házon belül kifejlesztett operációs rendszereket használnak, mások kereskedelmi operációs rendszereket használnak. Értékelésekor a A szoftver megbízhatóságát a szállító ellenőrzési rendszer, fontos, hogy nézd meg a múlttal az operációs rendszer, amely alapját képezi a rendszer megbízhatóságát. A Steeplechase szoftver az Intel iRMX operációs rendszerét használja. Közel kétmillió példányban a területen, ez egy jól bevált, megbízható operációs rendszer.

megközelíthetőség: az ellenőrző rendszerek már nem szigetek. Valójában a berendezések vezérléséhez használt információk egy része ugyanolyan fontos a gyártó vállalkozás működtetéséhez. Továbbá, ha a vezérlőrendszert nehéz használni, nehéz megérteni, vagy nehéz információt szerezni, akkor nem fogja megfelelően kielégíteni a felhasználók igényeit.

a PC-alapú vezérlőrendszer szoftver lényegesen nagyobb hozzáférhetőséget biztosít, mint a hagyományos PLC-alapú vezérlőrendszerek. A Windows környezet nem csak programozásra szolgál. Működés közben is elérhető. Ez azt jelenti, hogy:

• a szabványos Windows adatcsere-módszerek könnyen alkalmazhatók az információ mozgatására a vezérlőrendszer és a vállalat többi része között.

• a programozási környezet közvetlenül elérhető a vezérlőn. Programozási célokra már nincs szükség külön számítógépre.

• számos off-the-shelf Windows alkalmazás használható a vezérlőrendszer adatainak elemzésére vagy manipulálására, miközben a vezérlőrendszer fut. Receptkezelés, SPC/SQC, anyagkönyvelés stb. Minden könnyűvé válik.

integráció
az ipari vezérlőrendszereket nem vákuumban vásárolják meg; van egy speciális feladatuk. A PC-alapú vezérlőrendszer használata a teljes munkát gyorsabban, hatékonyabban és kevesebb integrációs erőfeszítéssel végzi el, mint a hagyományos vezérlőrendszerek.

PC-alapú vezérlőrendszerek állnak rendelkezésre, amelyek a teljes vezérlési megoldás számos általánosan használt részét integrálják. Különösen:

• valós idejű vezérlés – a felhasználó által írt vezérlési stratégiák helyes, hosszú ideig történő végrehajtásának képessége.

• kezelőfelület – grafikus kezelőfelület beépítésének képessége ugyanazon a számítógépen, mint az alapvezérlő rendszer. A Modern kezelői interfészek magukban foglalják a grafikus képek megjelenítését a képernyőn, méretük, pozíciójuk, színük stb. a vezérlőrendszer működése alapján.

• programozás-az alkalmazandó vezérlési stratégiák létrehozásának és hibakeresésének képessége. Ez magában foglalja azt is, hogy az emberek a szervezet minden szintjén könnyen megértsék egy másik személy által létrehozott programokat.

• dokumentáció-az információ gyors és egyszerű kinyerésének képessége a vezérlőrendszerből. Ez az információ kiterjed mind a vezérlőrendszer tervezésére, mind működésére.

• kommunikáció-a kommunikáció képessége bármilyen hálózati hardveren keresztül elérhető más vezérlőrendszerekkel, dedikált kezelői interfészekkel, gépekkel más épületekben vagy a világ minden táján. A felhasználó részéről nincs szükség külön erőfeszítésre, hogy ez megtörténjen.

további információkért vegye fel a kapcsolatot Dave Gee, mérnöki alelnök,
Steeplechase Software Inc. telefonszám: 313/995-3348; Fax: 313/995-7218