os benefícios dos sistemas de controle baseados em computadores pessoais

o objetivo e o escopo deste artigo São explorar os benefícios do uso do PC para controle industrial. O computador pessoal padrão (PC) começou a ser usado para controle direto da máquina em várias aplicações industriais. As plantas que deram esse passo o fizeram para aproveitar o custo reduzido e a maior flexibilidade do PC. Outras plantas que consideraram o uso de pc’s podem não estar familiarizadas com os benefícios desse tipo de Sistema de controle.

Este artigo explora os benefícios que devem ser considerados ao avaliar o uso de Computadores Pessoais em vez de Controladores lógicos Programáveis para o controle direto de equipamentos industriais.

Hardware
do ponto de vista de um aplicativo de controle industrial, a configuração exata de hardware de um controlador não é particularmente importante. As figuras 1 e 2 mostram diagramas de soluções de hardware típicas. Todos os controladores compartilham as características comuns de que usam um microprocessador como o coração do sistema. Em torno do processador, existem dispositivos de memória (somente leitura e/ou leitura e gravação) e dispositivos de E/S. Freqüentemente, o controlador incluirá hardware que se comunica com E/S localizada remotamente por meio de uma rede.

Em muitas aplicações industriais, é necessário que o hardware para suportar condições ambientais extremas. As plataformas de Hardware que atendem a esses requisitos estão prontamente disponíveis como PLCs e PCs

claramente, tanto as soluções personalizadas (PLCs) quanto as soluções padrão (PCs) têm o hardware necessário para realizar o controle industrial. O software do sistema é o que torna uma determinada máquina um controlador industrial e o que geralmente distingue um PC de um PLC.

todas as ações de software controlador industrial características comuns:

• operação confiável

• escrito por usuário de controle de código

• execução em tempo real de controle de código

• comunicação directa com o industrial I/O

O software do sistema com todas estas características básicas está disponível atualmente para o padrão PC a partir de vários fornecedores.

o hardware que é usado para construir PC’s continua a melhorar em um ritmo muito rápido. Uma nova geração de hardware de computador pessoal fica disponível a cada seis a nove meses. Por outro lado, uma nova geração de hardware PLC fica disponível a cada dois ou três anos.

com cada geração de hardware subsequente:

• os PCs se tornam mais rápidos. Os sistemas Pentium amplamente disponíveis hoje superam até os PLCs mais rápidos por margens de 20:1 ou mais.

• os PCs ficam mais baratos. PCs de alto desempenho estão prontamente disponíveis por menos de US $2000. PCs de baixo custo estão bem abaixo de US $1000.

• os PCs obtêm mais memória. Sistemas com 16 Mbytes de memória são comuns. Sistemas com 64 Mbytes estão prontamente disponíveis.

• os PCs suportam mais dispositivos periféricos. Unidades de CD-ROM, placas de som, reconhecimento de voz, digitalização óptica, unidades de fita de alta capacidade, Impressoras e uma infinidade de variedades, E/S especializadas (por exemplo, osciloscópios de digitalização) e outros itens estão amplamente disponíveis e baratos.

além das melhorias a cada geração, o hardware do PC oferece benefícios que sobrevivem ao longo de muitas gerações. Por exemplo:

• interfaces de hardware adicionais (ISA, PCMCIA, SCSI, etc.) são padronizados.

• as portas paralelas e seriais são padronizadas.

• as instalações de rede são padronizadas.

• as interfaces de vídeo são padronizadas.

• dispositivos de entrada (mouse, teclado, etc.) são padronizados.

fatores humanos
a popularidade dos PC’s em aplicações comerciais Fomentou uma extensa atividade destinada a torná-los mais fáceis de instalar, mais fáceis de entender e mais fáceis de usar. Em particular, o Microsoft WindowsT melhorou muito a acessibilidade dos computadores a pessoas não técnicas.

os frutos dessa atividade podem ser disponibilizados aos usuários de sistemas de controle baseados em PC. Desde subjacente software do sistema pode ser projetado para suportar o Windows no mesmo PC, que o nível de produtividade e facilidade de uso estão disponíveis para todos os utilizadores do sistema de controle (programador, operador, técnico, supervisor).

facilidade de uso torna-se maior produtividade para o designer do sistema de controle. Muitas vezes, os engenheiros de controle gastam tempo de desenvolvimento lutando contra as ferramentas de design e desenvolvimento para seu sistema de controle, em vez de descobrir como fazer mais ou melhor produto.

Especificamente, a disponibilidade do Windows melhora a produtividade das seguintes maneiras:

• A interface gráfica do usuário (GUI) que o Windows apresenta permite que todas as partes do sistema de controle de parecer semelhante para todos os usuários. Ao aproveitar essa semelhança, os sistemas de controle baseados em PC podem reduzir a extensão do treinamento necessário para engenheiros de controle, técnicos de manutenção e operadores de máquinas.

• recursos avançados, como cortar/copiar/colar, desfazer/refazer, localizar/substituir, arrastar e soltar, etc., são comuns em aplicativos do Windows. Esses recursos reduzem a quantidade de tempo necessário para fazer muitas tarefas comuns de programação e manutenção do sistema de controle

• Documentação do sistema de controle é melhorada pela pronta disponibilidade de inúmeros processamento de texto, folha de cálculo, banco de dados e programas.

• as ferramentas de desenvolvimento podem ser facilmente conectadas a uma rede, permitindo que os resultados de várias atividades de engenharia sejam compartilhados entre equipes de engenheiros.

Ferramentas de terceiros
a capacidade de suportar o Windows com um sistema baseado em PC fornece ao designer do sistema de controle uma série de recursos interessantes usando pacotes de software de terceiros. Considere as seguintes possibilidades …

exemplo:
é necessário imprimir um relatório de turno no final de cada dia de produção. Em vez de ter que comprar equipamentos especiais e criar software personalizado para lidar com a tarefa, é possível:

1. Use o Microsoft Excel, o Lotus 1-2-3 ou qualquer produto de planilha semelhante com o DDE para extrair diretamente as informações desejadas do sistema de controle.

2. configure a planilha para realizar os cálculos necessários nas informações brutas, criar gráficos/gráficos apropriados e preencher quaisquer dados textuais.

3. Configure uma macro para executar a planilha e imprima automaticamente o relatório desejado em qualquer impressora compatível com o Windows.

exemplo:
em uma aplicação complexa, a manutenção da máquina deve ser suportada por desenhos de engenharia e fotografias da máquina, juntamente com uma extensa documentação do próprio projeto do sistema de controle.

para suportar este sistema, as seguintes peças são colocadas juntas:

1. os desenhos, fotografias, etc. são digitalizados e armazenados em um CD-ROM.

2. o sistema de controlo é programado para manter a informação diagnóstica interna que reflete o estado da máquina e a atividade esperada. A criação dessas informações é simplificada pela interface do usuário do Windows disponível para projetar e depurar o sistema de controle.

3. uma planilha usa DDE para extrair informações de diagnóstico do sistema de controle. Essas informações são usadas em um índice para pesquisar possíveis tópicos no CD-ROM.

4. o conteúdo do CD-ROM é exibido para o operador usando uma ferramenta de hipertexto fácil semelhante ao sistema de Ajuda on-line padrão do Windows.

5. se desejado, ferramentas sofisticadas de diagnóstico off-line (um sistema especializado) podem ser aplicadas às informações extraídas, fornecendo uma análise aprofundada do estado da máquina, possíveis causas para um mau funcionamento e remédios recomendados.

o operador da máquina e/ou técnico de manutenção agora tem acesso na ponta dos dedos a informações altamente detalhadas sobre o estado atual da Máquina, sua operação pretendida e a(s) causa (s) provável (s) de um mau funcionamento. Esta informação permite que qualquer reparo necessário seja feito muito rapidamente.

em muitos casos, será possível ao operador reparar a máquina imediatamente, sem ter que esperar que um técnico diagnostique o problema.

Suporte de e/S
a Maioria dos principais fornecedores industriais, dispositivos de e/S fornecem uma conexão entre seus dispositivos de e/S e um PC padrão. Normalmente, essa conexão é na forma de uma placa que vai no backplane do PC e se conecta à rede de E/S específica do Fornecedor. Além disso, muitos fornecedores fornecem dispositivos de E / S que ficam diretamente no backplane do PC. Os dispositivos de E/S residentes no Backplane cobrem uma ampla gama de recursos — de Entradas e saídas discretas a controle de movimento de vários eixos.

com software de sistema devidamente projetado, os sistemas de controle baseados em PC podem aproveitar esse fato para fornecer aos seus usuários possibilidades profundas. Em particular, uma entrada agora é apenas uma entrada. Não é mais importante qual fornecedor a entrada foi fabricada ou onde está localizada.

melhor ainda, a maioria dos PCs tem vários slots disponíveis para cartões adicionais. Isso significa que o software do sistema pode permitir que o usuário use Entradas e saídas de mais de um fornecedor em um único sistema de controle.

ao mesmo tempo, é muito importante que o software do sistema não limite o acesso aos recursos especiais disponíveis em algumas famílias de E/S. Por exemplo, algumas famílias de E/S fornecem diagnósticos de dispositivos. Se essas funções não estiverem disponíveis para o sistema de controle, os dispositivos de E/S perderão uma grande parte de seu valor.

em um ambiente independente do Fornecedor, A E/S é um item de commodity. Pode ser adquirido com base em preço, recursos ou outros fatores — sem levar em conta a compatibilidade com o sistema de controle. Este fato abre muitas possibilidades:

• fabricantes de equipamentos especiais (OEM) são frequentemente solicitados a construir seus produtos em torno de uma família de E/S diferente. A independência do Fornecedor de E / S oferecida pelos sistemas de controle baseados em PC significa que o design e a programação do sistema de controle de seus equipamentos não precisam ser iniciados do zero. É uma simples questão de especificar dispositivos de E/S compatíveis do Catálogo do novo fornecedor.

• os usuários finais podem escolher o dispositivo de E / S que melhor atenda às necessidades de seus aplicativos. As melhores entradas RTD de um fornecedor podem ser usadas no mesmo sistema de controle que as melhores e/S CC de 24 volts de outro fornecedor e os melhores dispositivos 4-20ma de outro fornecedor. Da mesma forma, a melhor e/s montada em rack pode ser combinada com a melhor e/S distribuída.

• os projetistas de Sistemas de controle podem desenvolver controles sem se preocupar com as fraquezas específicas do sistema de E/S de um fornecedor.

confiabilidade
em um ambiente industrial, é imperativo que o sistema de controle seja confiável. Deve fornecer controle consistente e livre de erros do processo. A confiabilidade precisa ser examinada em relação a duas considerações:

1. confiabilidade física-quão bem o hardware pode suportar o ambiente físico severo do piso de fabricação?

2. confiabilidade do Software – quão bem o software do sistema subjacente pode suportar o uso a longo prazo em um ambiente crítico no tempo?

na parte dianteira física da confiança, os PC padrão, da categoria comercial não são projetados normalmente tolerar o choque, a vibração, a temperatura, e o ruído bonde encontrados frequentemente no assoalho de fabricação. Existem, no entanto, muitos fornecedores que fornecem PC’s construídos para este ambiente. Eles usam as mesmas técnicas de construção usadas pelos fabricantes de PLC para fornecer produtos robustos:

• quatro pontos suporta para cartões add-in.

• metal de grande resistência para os cercos.

• painéis frontais selados para resistência à penetração de umidade.

• componentes eletrônicos classificados para operação em alta temperatura.

• choque e vibração testaram conjuntos eletrônicos

• Etc.

essas práticas de construção resultam em PC’s ‘industriais’ com taxas de falha vitalícia semelhantes às do PLC.

outro aspecto da confiabilidade do hardware é o custo e a dificuldade de substituir uma unidade com falha. O PC está disponível em todo o mundo, em curto prazo, de muitos fornecedores. Em uma pitada, um PC de grau comercial da superstore eletrônica local pode até mesmo ficar de pé para uma unidade de grau industrial. Os PLC estão disponíveis apenas através do sistema de distribuição do fornecedor específico, forçando os usuários a manter um inventário local caro de controladores sobressalentes.

ao considerar a confiabilidade do software, há dois aspectos importantes que devem ser considerados. Estes são:

1. disponibilidade do sistema
   quão bem o software suporta o uso a longo prazo? Quão bem o sistema de controle está protegido contra problemas externos?

2. acessibilidade do sistema
   quão fácil é o software para usar? Quão bem os dados do sistema de controle podem ser disponibilizados para uso externo?

disponibilidade: para que um sistema de controle seja útil, ele deve estar em execução (‘disponível’). Se o software do sistema for projetado corretamente, o sistema de controle será estável e robusto. O código de controle do Usuário estará bem protegido de outras atividades que possam estar acontecendo.

os sistemas de controle modernos (PLC e PC) são baseados em’ sistemas operacionais em tempo real ‘ (RTOS). Esses sistemas operacionais gerenciam a alocação de tempo de CPU, memória do sistema, interrupções e outros recursos entre os processos em execução na máquina.

os sistemas operacionais em tempo real usados pelos sistemas de controle são basicamente semelhantes, com uma estrutura como a mostrada na Figura 3. Alguns fornecedores usam sistemas operacionais desenvolvidos internamente, outros usam sistemas operacionais comerciais. Ao avaliar a confiabilidade do software do sistema de controle de um fornecedor, é importante observar o histórico do sistema operacional que forma a base para a confiabilidade do sistema. O software Steeplechase usa o sistema operacional iRMX da Intel. Com quase dois milhões de cópias em campo, é um sistema operacional confiável e comprovado.Acessibilidade: os sistemas de controle não são mais Ilhas. Na verdade, algumas das informações que eles usam para controlar equipamentos são igualmente importantes para a execução da própria empresa de manufatura. Além disso, se o sistema de controle for difícil de usar, difícil de entender ou difícil de obter informações de e para, ele não satisfará adequadamente as necessidades dos usuários.

o software do sistema de controlo PC-baseado fornece substancialmente mais acessibilidade do que Sistemas de controlo baseados PLC tradicionais. O ambiente Windows não é apenas para programação. Também está disponível durante a operação. Isso significa que:

• os métodos padrão do Windows data exchange podem ser facilmente aplicados para mover informações entre o sistema de controle e o resto da empresa.

• o ambiente de programação está diretamente disponível no próprio controlador. Não é mais necessário ter um computador separado para fins de programação.

• uma infinidade de aplicativos Windows prontos para uso pode ser usada para analisar ou manipular os dados do sistema de controle enquanto o sistema de controle está em execução. Gerenciamento de receitas, SPC / SQC, Contabilidade de materiais, etc. tudo se torna fácil.

Integração
sistemas de controle Industrial não são comprados no vácuo; não há um trabalho específico para eles. O uso de um sistema de controle baseado em PC faz o trabalho total mais rápido, mais eficiente e com menos esforço de integração do que os sistemas de controle convencionais.

estão disponíveis Sistemas de controle baseados em PC que integram muitas partes comumente usadas da solução de controle geral. Em particular:

• controle em tempo Real-a capacidade de executar estratégias de controle escritas pelo usuário, corretamente, por um longo período de tempo.

• interface do operador-a capacidade de incluir uma interface gráfica do operador no mesmo PC que o sistema de controle básico. As interfaces de operador modernas incluem a capacidade de exibir imagens gráficas na tela e alterar seu tamanho, posição, cor, etc. com base na operação do sistema de controle.

• programação-a capacidade de criar e depurar as estratégias de controle a serem usadas. Isso também inclui a capacidade de pessoas em todos os níveis da organização entenderem facilmente os programas criados por outra pessoa.

• documentação-a capacidade de extrair rápida e facilmente informações do sistema de controle. Essas informações abrangem tanto o design quanto a operação do sistema de controle.

• comunicações-a capacidade de se comunicar através de qualquer hardware de rede disponível com outros sistemas de controle, interfaces de operador dedicadas, máquinas em outros edifícios ou em todo o mundo. Nenhum esforço especial é necessário por parte do Usuário para que isso aconteça.

para mais informações, entre em contato com Dave Gee, vice-presidente de Engenharia,
Steeplechase Software Inc. Tel: 313/995-3348; Fax: 313/995-7218