Articles /

beneficiile sistemelor de control bazate pe computer personal

scopul și domeniul de aplicare al acestor lucrări este de a explora beneficiile utilizării PC-ului pentru controlul industrial. Calculatorul Personal Standard (PC) a început să fie utilizat pentru controlul direct al mașinii într-o serie de aplicații industriale. Plantele care au făcut acest pas au făcut acest lucru pentru a profita de costul redus și de flexibilitatea sporită a computerului. Este posibil ca alte instalații care au luat în considerare utilizarea PC-urilor să nu fie familiarizate cu beneficiile acestui tip de sistem de control.

această lucrare explorează beneficiile care trebuie luate în considerare la evaluarea utilizării computerelor personale în locul controlerelor logice programabile pentru controlul direct al echipamentelor industriale.

Hardware
din perspectiva unei aplicații de control industrial, configurația hardware exactă a unui controler nu este deosebit de importantă. Figurile 1 și 2 prezintă diagrame ale soluțiilor hardware tipice. Toate controlerele împărtășesc caracteristicile comune pe care le folosesc un microprocesor ca inima sistemului. În jurul procesorului, există dispozitive de memorie (numai citire și/sau citire-scriere) și dispozitive I/O. Frecvent, controlerul va include hardware care comunică cu I/O localizat la distanță printr-o rețea.

în multe aplicații industriale, este necesar ca hardware-ul să reziste la condiții extreme de mediu. Platformele Hardware care îndeplinesc aceste cerințe sunt ușor disponibile, deoarece atât PLC-urile, cât și PC-urile

în mod clar, atât soluțiile personalizate (PLC-uri), cât și soluțiile standard (PC-uri) au hardware-ul necesar pentru a efectua controlul industrial. Software-ul sistemului este ceea ce face ca o anumită mașină să fie un controler industrial și ceea ce distinge de obicei un PC de un PLC.

toate software-ul de control industrial are caracteristici comune:

  • funcționare fiabilă

  • cod de control scris de utilizator

  • executarea în timp real a acelui cod de control

  • comunicare directă cu I/O industriale

software-ul de sistem cu toate aceste caracteristici de bază este disponibil în prezent pentru PC-urile standard de la mai mulți furnizori.

hardware-ul care este folosit pentru a construi PC-uri continuă să se îmbunătățească într-un ritm foarte rapid. O nouă generație de hardware de calculator personal devine disponibilă la fiecare șase până la nouă luni. În schimb, o nouă generație de hardware PLC devine disponibilă la fiecare doi-trei ani.

cu fiecare generație de hardware succesivă:

  • PC-urile devin mai rapide. Sistemele Pentium disponibile pe scară largă astăzi depășesc chiar și cele mai rapide PLC-uri cu marje de 20:1 sau mai mult.

  • PC – urile devin mai ieftine. PC-uri de înaltă performanță sunt disponibile pentru mai puțin de $2000. PC-uri Low cost sunt bine sub $1000.

  • PC-urile obțin mai multă memorie. Sistemele cu 16 Mbytes de memorie sunt obișnuite. Sistemele cu 64 Mbytes sunt ușor disponibile.

  • PC-urile acceptă mai multe dispozitive periferice. Unitățile CD-ROM, plăcile de sunet, recunoașterea vocii, scanarea optică, unitățile de bandă de mare capacitate, imprimantele și o multitudine de soiuri, i/o specializate (de exemplu, osciloscoapele digitalizate) și alte articole sunt disponibile pe scară largă și ieftine.

în plus față de îmbunătățirile cu fiecare generație, hardware-ul PC oferă beneficii care supraviețuiesc în multe generații. De exemplu:

  • interfețe hardware suplimentare (ISA, PCMCIA, SCSI etc.) sunt standardizate.

  • Porturile paralele și seriale sunt standardizate.

  • facilitățile de rețea sunt standardizate.

  • interfețele Video sunt standardizate.

  • dispozitive de intrare (mouse, tastatură etc.) sunt standardizate.

factori umani
popularitatea PC-urilor în aplicațiile comerciale a favorizat o activitate extinsă menită să le facă mai ușor de instalat, mai ușor de înțeles și mai ușor de utilizat. În special, Microsoft WindowsT a îmbunătățit foarte mult accesibilitatea computerelor pentru persoanele non-tehnice.

roadele acestei activități pot fi puse la dispoziția utilizatorilor de sisteme de control bazate pe PC. Deoarece software-ul sistemului de bază poate fi proiectat pentru a sprijini Windows pe același PC, Acest nivel de productivitate și ușurință în utilizare sunt disponibile tuturor utilizatorilor sistemului de control (programator, operator, Tehnician, Supervizor).

ușurința de utilizare devine productivitate sporită pentru proiectantul sistemului de control. Prea adesea inginerii de control petrec timp de dezvoltare luptând cu instrumentele de proiectare și dezvoltare pentru sistemul lor de control, mai degrabă decât să-și dea seama cum să facă un produs mai mult sau mai bun.

mai exact, disponibilitatea Windows îmbunătățește productivitatea în următoarele moduri:

  • interfața grafică cu utilizatorul (GUI) pe care Windows o prezintă permite tuturor părților sistemului de control să pară similare tuturor utilizatorilor. Profitând de această comunitate, sistemele de control bazate pe PC pot reduce gradul de instruire necesar inginerilor de control, tehnicienilor de întreținere și operatorilor de mașini.

  • caracteristici avansate, cum ar fi cut/copy/paste, undo/redo, găsi/înlocui, drag-and-drop, etc., sunt frecvente în aplicațiile Windows. Aceste caracteristici reduc timpul necesar pentru a efectua multe sarcini comune în timp ce programați și mențineți sistemul de control

  • documentația sistemului de control este îmbunătățită prin disponibilitatea gata a numeroase programe de procesare de text, foi de calcul și baze de date.

  • instrumentele de dezvoltare pot fi ușor atașate la o rețea, permițând partajarea rezultatelor diferitelor activități de inginerie între echipe de ingineri.

instrumente terță parte
capacitatea de a sprijini Windows cu un sistem bazat pe PC oferă proiectantului sistemului de control o serie de capabilități interesante folosind pachete software terțe. Luați în considerare următoarele posibilități…

exemplu:
este necesar să imprimați un raport de încheiere a schimbului la sfârșitul fiecărei zile de producție. În loc să trebuiască să achiziționați echipamente speciale și să creați software personalizat pentru a gestiona sarcina, este posibil să:

  1. utilizați Microsoft Excel, Lotus 1-2-3 sau orice produs de calcul tabelar similar cu DDE pentru a extrage direct informațiile dorite din sistemul de control.

  2. configurați foaia de calcul pentru a efectua orice calcule necesare cu privire la informațiile brute, creați grafice/diagrame adecvate și completați orice date textuale.

  3. configurați o macrocomandă pentru a rula foaia de calcul și imprimați automat raportul dorit pe orice imprimantă acceptată de Windows.

exemplu:
într-o aplicație complexă, întreținerea mașinii trebuie să fie susținută de desene tehnice și fotografii ale mașinii, împreună cu documentația extinsă a proiectării sistemului de control.

pentru a sprijini acest sistem, următoarele piese sunt puse împreună:

  1. desene, fotografii, etc. sunt digitalizate și stocate pe un CD-ROM.

  2. sistemul de control este programat pentru a menține informațiile de diagnostic intern care reflectă starea mașinii și activitatea așteptată. Crearea acestor informații este simplificată de interfața de utilizator Windows disponibilă pentru proiectarea și depanarea sistemului de control.

  3. o foaie de calcul utilizează DDE pentru a extrage informații de diagnosticare din sistemul de control. Aceste informații sunt utilizate într-un index pentru a căuta subiecte posibile pe CD-ROM.

  4. conținutul de pe CD-ROM este afișat operatorului folosind un instrument ușor de hipertext similar cu sistemul standard de ajutor Windows on-line.

  5. dacă se dorește, instrumentele sofisticate de diagnosticare off-line (un sistem expert) pot fi aplicate informațiilor extrase, oferind o analiză aprofundată a stării mașinii, posibile cauze ale unei defecțiuni și remedii recomandate.

operatorul mașinii și / sau tehnicianul de întreținere are acum acces la informații foarte detaliate despre starea actuală a mașinii, funcționarea intenționată și cauza(cauzele) probabilă (probabile) a unei defecțiuni. Aceste informații permit efectuarea rapidă a reparațiilor necesare.

în multe cazuri, va fi posibil ca operatorul să repare imediat mașina, fără a fi nevoie să aștepte ca un tehnician să diagnosticheze problema.

suport I/O
majoritatea furnizorilor majori de dispozitive i/o Industriale oferă o conexiune între dispozitivele lor I/O și un PC standard. De obicei, această conexiune este sub forma unui card care intră în backplane-ul PC-ului și se atașează la rețeaua I/O specifică a vânzătorului. În plus, mulți furnizori furnizează dispozitive I/O care stau direct în backplane-ul PC-ului. Dispozitivele i/O rezidente Backplane acoperă o gamă largă de capabilități — de la intrări și ieșiri discrete la controlul mișcării pe mai multe axe.

cu un software de sistem proiectat corespunzător, sistemele de control bazate pe PC pot profita de acest fapt pentru a oferi utilizatorilor lor posibilități profunde. În special, o intrare este acum doar o intrare. Nu mai este important care furnizor de intrare a fost fabricat de sau în cazul în care se află.

mai bine, cele mai multe PC-uri au mai multe sloturi disponibile pentru add-in carduri. Aceasta înseamnă că software-ul sistemului poate permite utilizatorului să utilizeze intrări și ieșiri de la mai mulți furnizori într-un singur sistem de control.

în același timp, este foarte important ca software-ul sistemului să nu limiteze accesul la caracteristicile speciale disponibile pe unele familii I/O. De exemplu, unele familii I/O oferă diagnosticarea dispozitivului. Dacă aceste funcții nu sunt disponibile pentru sistemul de control, atunci dispozitivele I/O pierd o mare parte din valoarea lor.

într-un mediu independent de furnizor, I/O este un element de marfă. Poate fi achiziționat pe baza prețului, a caracteristicilor sau a altor factori — fără a ține cont de compatibilitatea cu sistemul de control. Acest fapt deschide multe posibilități:

  • producătorii de echipamente de specialitate (OEM) sunt rugați frecvent să-și construiască produsul în jurul unei familii I/O diferite. Independența furnizorului I / O oferită de sistemele de control bazate pe PC înseamnă că proiectarea și programarea sistemului de control al echipamentelor lor nu trebuie să fie pornite de la zero. Este o chestiune simplă de a specifica dispozitivele i/O compatibile din catalogul noului furnizor.

  • utilizatorii finali pot alege dispozitivul I / O care să răspundă cel mai bine nevoilor aplicațiilor lor. Cele mai bune intrări RTD de la un furnizor pot fi utilizate în același sistem de control ca și cele mai bune 24 volt DC I/o de la un alt furnizor și cele mai bune dispozitive 4-20mA de la un alt furnizor. De asemenea, cel mai bun I/o montat pe rack poate fi combinat cu cel mai bine distribuit I/O.

  • proiectanții de sisteme de Control pot dezvolta controale fără să se îngrijoreze de slăbiciunile particulare ale sistemului I/O al unui furnizor.

fiabilitate
într-un mediu industrial, este imperativ ca sistemul de control să fie fiabil. Trebuie să ofere un control consecvent, fără erori, al procesului. Fiabilitatea trebuie examinată cu privire la două considerente:

  1. fiabilitate fizică-cât de bine poate hardware-ul să reziste la mediul fizic dur al podelei de fabricație?

  2. fiabilitatea Software – ului-cât de bine poate software-ul sistemului de bază să reziste la utilizarea pe termen lung într-un mediu critic de timp?

în ceea ce privește fiabilitatea fizică, PC-urile standard, comerciale, nu sunt proiectate în mod normal pentru a tolera șocul, vibrațiile, temperatura și zgomotul electric frecvent întâlnite pe podeaua de fabricație. Există, totuși, mulți furnizori care oferă PC-uri construite pentru acest mediu. Ei folosesc aceleași tehnici de construcție utilizate de producătorii PLC pentru a oferi produse robuste:

  • patru puncte sprijină pentru add-in carduri.

  • metal de înaltă rezistență pentru incinte.

  • panouri frontale sigilate pentru rezistență la pătrunderea umezelii.

  • componente electronice evaluat pentru funcționarea la temperaturi ridicate.

  • ansambluri electronice testate la șocuri și vibrații

  • etc.

aceste practici de construcție au ca rezultat PC-uri’ industriale ‘ cu rate de eșec pe viață similare cu cele ale PLC-urilor.

un alt aspect al fiabilității hardware este costul și dificultatea înlocuirii unei unități eșuate. PC-ul este disponibil la nivel mondial, pe termen scurt, de la mulți furnizori. Într-un vârf, un PC de calitate comercială de la superstore-ul electronic local poate chiar să stea în picioare pentru o unitate de calitate industrială. PLC-urile sunt disponibile numai prin sistemul de distribuție al furnizorului, forțând utilizatorii să mențină un inventar local costisitor de controlere de rezervă.

când se analizează fiabilitatea software-ului, există două aspecte importante care trebuie luate în considerare. Acestea sunt:

  1. disponibilitatea sistemului
    cât de bine se ridică software-ul la utilizarea pe termen lung? Cât de bine este protejat sistemul de control de supărările externe?

  2. accesibilitate sistem
    cât de ușor este software-ul de utilizat? Cât de bine pot fi puse la dispoziție datele sistemului de control pentru utilizări externe?

disponibilitate: pentru ca un sistem de control să fie util, acesta trebuie să ruleze (‘disponibil’). Dacă software-ul sistemului este proiectat corespunzător, sistemul de control va fi stabil și robust. Codul de control al utilizatorului va fi bine protejat de alte activități care ar putea avea loc.

sistemele moderne de control (atât PLC – uri, cât și PC-uri) se bazează pe sisteme de operare în timp real (RTOS). Aceste sisteme de operare gestionează alocarea timpului procesorului, a memoriei sistemului, a întreruperilor și a altor resurse între procesele care rulează pe mașină.

sistemele de operare în timp real utilizate de sistemele de control sunt practic similare, cu o structură precum cea prezentată în Figura 3. Unii furnizori folosesc sisteme de operare dezvoltate intern, alții folosesc sisteme de operare comerciale. Atunci când evaluați fiabilitatea software a sistemului de control al unui furnizor, este important să analizați Istoricul sistemului de operare care formează baza fiabilității sistemului. Software-ul Steeplechase utilizează sistemul de operare iRMX de la Intel. Cu aproape două milioane de exemplare în domeniu, este un sistem de Operare bine dovedit și fiabil.

accesibilitate: sistemele de Control nu mai sunt insule. De fapt, unele dintre informațiile pe care le folosesc pentru controlul echipamentelor sunt la fel de importante pentru conducerea întreprinderii producătoare în sine. Mai mult, dacă sistemul de control este greu de utilizat, greu de înțeles sau greu de obținut informații de la și de la, atunci nu va satisface în mod adecvat nevoile utilizatorilor.

software-ul sistemului de control bazat pe PC oferă o accesibilitate substanțial mai mare decât sistemele tradiționale de control bazate pe PLC. Mediul Windows nu este doar pentru programare. De asemenea, este disponibil în timpul funcționării. Aceasta înseamnă că:

  • metodele standard de schimb de date Windows pot fi aplicate cu ușurință pentru a muta informațiile între sistemul de control și restul întreprinderii.

  • mediul de programare este disponibil direct pe controlerul propriu-zis. Nu mai este necesar să aveți un computer separat în scopuri de programare.

  • o multitudine de aplicații Windows off-the-shelf pot fi utilizate pentru a analiza sau manipula datele sistemului de control în timp ce sistemul de control rulează. Gestionarea rețetelor, SPC/ SQC, contabilitatea materialelor etc. toate devin ușor.

integrare
sistemele de control Industrial nu sunt achiziționate în vid; există o sarcină specifică pentru ei. Utilizarea unui sistem de control bazat pe PC face munca totală mai rapidă, mai eficientă și cu un efort de integrare mai mic decât sistemele de control convenționale.

sunt disponibile sisteme de control bazate pe PC care integrează multe porțiuni utilizate în mod obișnuit din soluția de control globală. În special:

  • control în timp Real-capacitatea de a executa strategii de control scrise de utilizator, corect, pe o perioadă lungă de timp.

  • interfața operatorului – capacitatea de a include o interfață grafică a operatorului pe același PC ca și sistemul de control de bază. Interfețele moderne ale operatorului includ posibilitatea de a afișa imagini grafice pe ecran și de a le schimba dimensiunea, poziția, culoarea etc. pe baza funcționării sistemului de control.

  • programare-capacitatea de a crea și depana strategiile de control care trebuie utilizate. Aceasta include, de asemenea, capacitatea persoanelor de la toate nivelurile organizației de a înțelege cu ușurință programele create de o altă persoană.

  • documentație-capacitatea de a extrage rapid și ușor informații din sistemul de control. Aceste informații acoperă atât proiectarea, cât și funcționarea sistemului de control.

  • comunicații-capacitatea de a comunica prin orice hardware de rețea este disponibil cu alte sisteme de control, interfețe dedicate operatorului, mașini din alte clădiri sau din întreaga lume. Nu este necesar un efort special din partea utilizatorului pentru a face acest lucru.

pentru mai multe informații, contactați Dave Gee, vicepreședinte, Inginerie,
Steeplechase Software Inc. Tel: 313/995-3348; Fax: 313/995-7218

Leave a Reply