パーソナルコンピュータベースの制御システムの利点

この論文の目的と範囲は、産業用制御にPC 標準的なパーソナルコンピュータ（Ｐ Ｃ）は，多くの産業用途において直接機械制御に使用され始めている。 このステップを踏んだ植物はPCの減らされた費用そして高められた柔軟性を利用するためにそうした。 PCの使用を考慮した他の植物はこのタイプの制御システムの利点をよく知られていないかもしれない。

本稿では、産業機器の直接制御のためのプログラマブルロジックコントローラの代わりにパーソナルコンピュータの使用を評価する際に考慮すべき利点

ハードウェア
産業用制御アプリケーションの観点からは、コントローラの正確なハードウェア構成は特に重要ではありません。 図1と図2は、一般的なハードウェアソリューションの図を示しています。 すべてのコントローラは、システムの心臓部としてマイクロプロセッサを使用するという共通の特性を共有しています。 プロセッサの周囲には、メモリデバイス（読み取り専用および/または読み取り書き込み）およびI/Oデバイスがあります。 多くの場合、コントローラには、ネットワークを介してリモートに配置されたI/Oと通信するハードウェアが含まれます。

多くの産業用途では、ハードウェアが極端な環境条件に耐える必要があります。 これらの要件を満たすハードウェアプラットフォームは、PlcとPCsの両方として容易に利用可能です

明らかに、カスタムソリューション（Plc）と標準ソリューション（PCs）の両方が産業用制御を実行するために必要なハードウェアを持っています。 システムソフトウェアは、特定の機械を産業用コントローラにするものであり、通常はPCとPLCを区別するものです。

すべての産業用コントローラソフトウェアは共通の特性を共有しています:

• 信頼性の高い操作

• ユーザー記述の制御コード

• その制御コードのリアルタイム実行

• 産業用I/Oとの直接通信

これらの基本的な特徴すべてのシステムソフトウェアは複数の売り手からの標準的なPCのために現在利用できる。

PCを構築するために使用されるハードウェアは、非常に急速なペースで改善し続けています。 新世代のパソコンハードウェアは、六から九ヶ月ごとに利用可能になります。 対照的に、新世代のPLCハードウェアは2年から3年ごとに利用可能になります。

以降のハードウェア世代ごとに:

• Pcは速くなります。 現在広く利用されているPentiumシステムは、最速のPlcでも20:1以上のマージンで優れています。

• パソコンが安くなります。 高性能のPcはreadily2000以下のためにすぐに利用できます。 低コストのPcはunder1000の下でよくあります。

• Pcはより多くのメモリを取得します。 16mbのメモリを持つシステムは一般的です。 64メガバイトのシステムは容易に利用可能です。

• Pcは、より多くの周辺機器をサポートしています。 CD-ROMドライブ、サウンドカード、音声認識、光学スキャン、大容量テープドライブ、プリンタや品種の多数、特殊なI/O（例えば、オシロスコープのデジタル化）、および他の項目は広く入手可能で安価である。

各世代の改善に加えて、PCハードウェアは、多くの世代にわたって生き残る利点を提供しています。 例えば:

• アドインハードウェアインターフェイス(ISA、PCMCIA、SCSIなど)）が標準化されている。

• パラレルポートとシリアルポートが標準化されています。

• ネットワーク機能は標準化されています。

• ビデオインターフェイスは標準化されています。

• 入力デバイス（マウス、キーボードなど））が標準化されている。

Human Factors
商用アプリケーションにおけるPCの人気は、インストールしやすく、理解しやすく、使いやすくすることを目的とした広範な活動を促進しています。 特に、Microsoft WindowsTは非常に非技術的な人々にコンピュータのアクセシビリティを強化しています。

この活動の成果は、PCベースの制御システムのユーザーが利用できるようにすることができます。 基礎となるシステムソフトウェアは、同じPC上のWindowsをサポートするように設計することができるので、生産性と使いやすさのレベルは、制御システム（プ

使いやすさは、制御システム設計者の生産性を向上させます。 多くの場合、制御エンジニアは、より良い製品を作る方法を考え出すのではなく、制御システムの設計と開発ツールと戦う開発時間を費やしています。

具体的には、Windowsの可用性は、次の方法で生産性を向上させます:

• windowsが提示するグラフィカルユーザーインターフェイス(GUI)は、制御システムのすべての部分がすべてのユーザーに似ているように見えるようにします。 この共通性の利用によって、PCベースの制御システムは制御エンジニア、維持の技術者および機械オペレータに必要な訓練の範囲を減らすことができ

• このようなカット/コピー/貼り付け、元に戻す/やり直し、検索/置換、ドラッグアンドドロップなどの高度な機能、Windowsアプリケーションでは一般的です。 これらの特徴は制御システムをプログラムし、維持している間多くの共通の仕事をするのに必要な時間を減らす

• 制御システムの文書化は多数のワープロ、表計算表およびデータベースプログラムの準備ができた供給によって改良される。

• 開発ツールをネットワークに簡単に接続することができ、さまざまなエンジニアリング活動の結果をエンジニアチーム間で共有できます。

サードパーティ製ツール
PCベースのシステムでWindowsをサポートする機能は、サードパーティ製のソフトウェアパッケージを使用して、制御システム設計者に多くの

例:
各生産日の終わりにシフトエンドレポートを印刷する必要があります。 特別な機器を購入し、タスクを処理するためのカスタムソフトウェアを作成するのではなく、次のことが可能です:

1. Microsoft Excel、Lotus1-2-3、またはDDEと同様のスプレッドシート製品を使用して、制御システムから必要な情報を直接抽出します。

2. 生の情報に必要な計算を実行し、適切なグラフ/チャートを作成し、テキストデータを入力するようにスプレッドシートを設定します。

3. スプレッドシートを実行し、Windowsでサポートされている任意のプリンタで目的のレポートを自動的に印刷するマクロを設定します。

例:
複雑なアプリケーションでは、機械の設計図や写真、制御システム設計自体の広範な文書によって機械の保守をサポートする必要があります。

このシステムをサポートするために、以下の部分がまとめられています:

1. 図面、写真など デジタル化され、CD-ROMに格納されています。

2. 制御システムは機械および期待された活動の状態を反映する内部診断情報を維持するためにプログラムされる。 この情報の作成は、制御システムの設計とデバッグに使用できるWindowsユーザーインターフェイスによって簡素化されます。

3. スプレッドシートでは、DDEを使用して制御システムから診断情報を抽出します。 この情報は、CD-ROM上の可能なトピックを検索するためのインデックスで使用されます。

4. CD-ROMからの内容は、標準のWindowsオンラインヘルプシステムと同様の簡単なハイパーテキストツールを使用してオペレータに表示されます。

5. 必要に応じて、抽出された情報に洗練されたオフライン診断ツール（エキスパートシステム）を適用し、機械の状態、誤動作の可能性のある原因、および推奨

機械オペレータおよび/または保守技術者は、機械の現在の状態、意図された操作、および誤動作の考えられる原因に関する非常に詳細な情報に指先でア この情報により、必要な修理を非常に迅速に行うことができます。

多くの場合、オペレータは技術者が問題を診断するのを待つことなく、すぐに機械を修理することが可能になります。

I/Oサポート
産業用I/Oデバイスのほとんどの主要ベンダーは、I/Oデバイスと標準PCとの間の接続を提供しています。 通常、この接続は、PCのバックプレーンに入り、ベンダーの特定のI/Oネットワークに接続するカードの形式です。 さらに、多くのベンダーは、PCバックプレーンに直接配置されたI/Oデバイスを供給しています。 バックプレーンの常駐I/Oデバイスは、ディスクリート入力と出力から多軸モーションコントロールまで、幅広い機能をカバーします。

適切に設計されたシステムソフトウェアにより、PCベースの制御システムはこの事実を利用してユーザーに深い可能性を提供することができます。 特に、入力は今や単なる入力です。 入力がどのベンダーによって製造されたか、またはどこに配置されているかはもはや重要ではありません。

さらに良いことに、ほとんどのPCにはアドインカード用の複数のスロットがあります。 つまり、システムソフトウェアを使用すると、ユーザーは1つの制御システムで複数のベンダーからの入力と出力を使用することができます。

同時に、システムソフトウェアが一部のI/Oファミリで利用可能な特別な機能へのアクセスを制限しないことが非常に重要です。 たとえば、一部のI/Oファミリはデバイス診断を提供します。 これらの機能が制御システムで使用できない場合、I/Oデバイスはその値の大部分を失います。

ベンダーに依存しない環境では、I/Oは商品アイテムです。 制御システムとの互換性に関係なく、価格、機能、またはその他の要因に基づいて購入することができます。 この事実は、多くの可能性を開きます:

• 特殊機器メーカー（OEM）は、異なるI/Oファミリを中心に製品を構築するように頻繁に求められます。 PCベースの制御システムが提供するI/Oベンダーの独立性は、機器の制御システムの設計とプログラミングをゼロからやり直す必要がないことを意 新しいベンダのカタログから互換性のあるI/Oデバイスを指定するのは簡単なことです。

• エンドユーザーは、アプリケーションのニーズに最適なI/Oデバイスを選択できます。 あるベンダーからの最高のRTD入力は、別のベンダーからの最高の24ボルトDC I/Oおよびさらに別のベンダーからの最高の4-20maデバイスと同じ制御システ 同様に、最適なラックマウントI/Oは、最適な分散I/Oと組み合わせることができます。

• 制御システム設計者は、あるベンダーのI/Oシステムの特定の弱点を心配することなく制御を開発できます。

信頼性
産業環境においては、制御システムの信頼性が不可欠である。 それはプロセスの一貫した、誤りのない制御を提供しなければならない。 信頼性は、2つの考慮事項に関して検討する必要があります:

1. 物理的な信頼性-ハードウェアは、製造現場の過酷な物理環境にどれだけ耐えることができますか？

2. ソフトウェアの信頼性-基礎となるシステムソフトウェアは、タイムクリティカルな環境での長期使用にどれだけ耐えることができますか？

物理的な信頼性の前部で、標準、商業用等級のPCは普通頻繁に製造業の床で見つけられる衝撃、振動、温度および電気騒音を容認するように設計されてい しかし、この環境のために構築されたPCを提供する多くのベンダーがあります。 それらは強いプロダクトを提供するのにPLCメーカーによって使用される同じ構造の技術を使用する:

• アドインカードのための四つのポイントをサポートしています。

• エンクロージャのための高力金属。

• 湿気の浸透の抵抗のための密封されたフロント-パネル。

• 高温操作のために評価される電子部品。

• 衝撃および振動テストされた電子アセンブリ

• など。

これらの構造の練習はPLCに類似している寿命の故障率の”産業”PCで起因する。

ハードウェア信頼性のもう一つの面は失敗した単位を取り替えることのコ PCは、多くのベンダーから、短い通知で、世界中で利用可能です。 ピンチでは、ローカル電子スーパーマーケットからの商業用等級のPCは産業等級の単位のために待機できる。 PLCは、特定のベンダーの流通システムを通じてのみ利用可能であり、ユーザーはスペアコントローラの高価なローカルインベントリを維持す

ソフトウェアの信頼性を考慮する際には、二つの重要な側面を考慮する必要があります。 これらは:

1. システム可用性
   ソフトウェアは長期使用にどれだけ耐えますか？ 制御システムは外部の混乱からどれだけ保護されていますか？

2. システムアクセシビリティ
   ソフトウェアはどのくらい使いやすいですか？ 制御システムデータを外部で使用できるようにするにはどうすればよいですか？

可用性:制御システムが有用であるためには、それが実行されている必要があります(‘available’)。 システムソフトウェアが適切に設計されている場合、制御システムは安定して堅牢になります。 ユーザーの制御コードは、発生している可能性のある他のアクティビティから十分に保護されます。

現代の制御システム（PLCとPCの両方）は”リアルタイムオペレーティングシステム”（RTOS）に基づいています。 これらのオペレーティングシステムは、マシン上で実行されているプロセス間のCPU時間、システムメモリ、割り込み、およびその他のリソースの割

制御システムで使用されるリアルタイムオペレーティングシステムは、図3に示すような構造で、基本的には似ています。 一部のベンダーは自社で開発したオペレーティングシステムを使用し、他のベンダーは商用オペレーテ ベンダーの制御システムのソフトウェア信頼性を評価する際には、システム信頼性の基礎となるオペレーティングシステムの実績を見ることが重要で Steeplechaseソフトウェアは、IntelのiRMXオペレーティングシステムを使用します。 この分野では約200万枚のコピーがあり、実績のある信頼性の高いオペレーティングシステムです。

アクセシビリティ：制御システムはもう島ではありません。 実際には、機器を制御するために使用する情報の一部は、製造企業自体を運営するためにも同様に重要です。 さらに、制御システムが使いにくい、理解しにくい、または情報を得るのが難しい場合、それはユーザのニーズを十分に満たすことができないであろう。

PCベースの制御システムソフトウェアは、従来のPLCベースの制御システムよりも大幅にアクセシビリティを提供します。 Windows環境はプログラミングのためだけではありません。 それは操作の間にまた利用できます。 これはつまり:

• 標準的なWindowsデータ交換方法は、制御システムと企業の他の部分との間で情報を移動するために容易に適用することができます。

• プログラミング環境は、コントローラ自体で直接利用できます。 プログラミングの目的のために別のコンピュータを持つ必要はもはやありません。

• 多数の既製のWindowsアプリケーションは、制御システムの実行中に制御システムのデータを分析または操作するために使用できます。 調理法管理、SPC/SQC、材料会計、等。 すべてが簡単になります。

インテグレーション
産業用制御システムは真空中では購入されません。 PCベースの制御システムを使用して総仕事を慣習的な制御システムよりより速く、もっと効率的に、そしてより少ない統合の努力と終らせて得る。

全体的な制御ソリューションの多くの一般的に使用される部分を統合するPCベースの制御システムが利用可能です。 特に:

• リアルタイム制御-ユーザーが記述した制御戦略を、長期間にわたって正しく実行する機能。

• オペレータ-インタフェース-基本的な制御システムと同じPCの写実的なオペレータ-インタフェースを含む機能。 現代のオペレータインタフェースには、画面上にグラフィックイメージを表示したり、サイズ、位置、色などを変更したりする機能が含まれています。 制御システムの動作に基づく。

• プログラミング-使用する制御戦略を作成し、デバッグする機能。 これには、組織のすべてのレベルの人々が他の人によって作成されたプログラムを簡単に理解する能力も含まれます。

• ドキュメント-制御システムから情報を迅速かつ簡単に抽出する機能。 この情報は、制御システムの設計と動作の両方を対象としています。

• 通信-他の制御システム、専用のオペレータインタフェース、他の建物内または世界中のマシンと利用可能なネットワークハードウェアを介して通信する機 これを実現するために、ユーザー側で特別な努力は必要ありません。

詳細については、
Steeplechase Software Inc.エンジニアリング担当バイスプレジデントのDave Geeにお問い合わせください。 電話で:313/995-3348;ファックス: 313/995-7218