VKT | Системи управління на базі ПК – VKT
Системи управління на базі ПК

17.10.2017

Системи управління на базі ПК

Управління технологіями автоматизації на базі персонального комп’ютера підходить для будь-якої програми і забезпечує успішну реалізацію ініціатив в галузі промислового Інтернету речей (Industrial Internet of Things, IIoT) і Індустрії 4.0.

Технічні характеристики контролера, закладені в його специфікації, є найбільш важливим і визначальним моментом на етапі процесу розробки в галузі промислової автоматизації. Історично склалося так, що деякі контролери вже де-факто вважаються оптимальним варіантом для певних типів обладнання та області застосування, будь то програмований логічний контролер (PLC) або програмований контролер автоматизації (PAC).

Ці пристрої успішно виконували свою роботу протягом багатьох років і сприяли створенню деякої ментальності, яка в англійській мові отримала визначення «if it’s not broken, do not fix it”, що близько до українського «не лагодь, якщо не поламане», або «не буди лихо, доки воно тихо”. Вона має на увазі, що якщо щось знаходиться в задовільному стані і є прийнятним, то немає і причин намагатися це змінити. Однак у міру того, як прогрес в області автоматизації продовжує прискорюватися, стає ясно, що управління на базі персонального комп’ютера (ПК) пропонує більш унікальний набір можливостей, що охоплюють найширший спектр варіантів застосування, і вже не потребує вибору того чи іншого контролера в залежності від типу конкретного додатка.

Переваги системи управління на базі ПК

Рис. 1. Смартфон відображає екран HMI від підключеного до хмари пакувального обладнання компанії Groninger

Головні переваги системи управління на базі ПК – чудова масштабованість в рамках устаткування і використання програмного забезпечення. Оскільки з плином часу змінюється обладнання машин і технологічні лінії, то саме вибір системи управління на базі ПК, з огляду на її універсальность і гнучкість, дає інженерам можливість для її широкого та ефективного використання. Наприклад, деякі виробники вже пропонують цілий ряд опцій контролера, доступних в різних пристроях – від контролерів початкового рівня з RISC-процесорами (Reduced Instruction Set Computer – комп’ютер зі скороченим набором команд) і до керуючих машин з архітектурою ARM (Advanced RISC Machine – вдосконалена RISC-машина). Крім того, на ринку з’явилися багатоядерні контролери в декількох апаратних форматах, аж до промислового сервера, оснащеного 36-ядерним процесором.

Всі вони управляються програмним забезпеченням на базі ПК для виконання деяких функцій: PLC, управління рухом, забезпечення безпеки, людино-машинного інтерфейсу (Human-machine Interface, HMI), вимірювання, моніторингу стану і т. д. Як правило, в разі використання багатоядерних контролерів все це реалізовано в одному пристрої. Інші варіанти можуть бути представлені в декількох формах конструктивного виконання – наприклад, для монтажу на DIN-рейку, з установкою в шафу або інтегрованими безпосередньо з екраном HMI. При управлінні на базі ПК можлива інтеграція з HMI в рішення «все в одному», що вигідно відрізняє таку систему від PLC або PAC, оскільки пристроїв, які інтегруються з екраном для візуалізації, поки ще явно недостатньо.

Як приклад можна привести екрани HMI з підтримкою HTML5 від компанії Beckhoff Automation, які можуть бути згенеровані на промислових дисплеях, смартфонах або планшетах і здатні показувати швидкість обладнання, загальний час роботи, правильно функціонуючі і проблемні частини обладнання. На рис. 1 представлений смартфон, що відображає екран HMI від підключеного до хмари пакувального обладнання компанії Groninger в рамках демонстрації пропонованої концепції на виставці Pack Expo International 2016. Програмна платформа для управління на базі ПК компанії Beckhoff, TwinCAT 3, була розширена, що дозволило надати користувачам можливість створювати IoT -мережі і підключення до хмарних сервісів системи автоматизації в тому ж середовищі, де вони програмують PLC, керують рухом і роботизованими пристроями, забезпечують безпеку і т.д.

Що стосується зберігання інформації, для цього можна використовувати карти флеш-пам’яті CFast (також звані CompactFast) і твердотільні дискові накопичувачі (Solid-state Disk, SSD). Такий підхід, на відміну від застосування накопичувачів типу HDD, зменшує кількість рухомих частин і тим самим забезпечує високу надійність, так необхідну для критично важливих додатків. В майбутньому може знадобитися збільшення продуктивності систем управління і автоматизації, але це не проблема. Технології управління, які базуються на ПК, дозволяють легко замінити модель комп’ютера на більш потужну модель, яка так само використовує ту ж програмну платформу.

Для цього зазвичай потрібно виконати наступні дії: простий обмін компактної флеш-карти зі старого пристрою, установка її в новий контролер і перезапуск системи. Якщо немає необхідності додавати нові функції, то, як правило, програмування практично не потрібно або воно несуттєве. Це одна з основних переваг системи автоматизації на основі ПК і програмного забезпечення.

 

Багато компаній, які шукають надійне, гнучке і зручне середовище розробки і керуючу платформу, використовують програмне забезпечення для управління завданнями автоматизації, які є специфічними для систем управління, і запускають їх виконання на багатоцільовому обладнанні на базі ПК. Так, наприклад, для задоволення індивідуальних потреб кожного додатку, незалежно від того, чи призначені його спеціальні функції для управління роботою верстатів з числовим програмним управлінням (ЧПУ) і роботизованою кінематикою або для реалізації функцій PLC, виробники пропонують програмне забезпечення для управління, яке відповідає апаратним засобам на базі ПК з різними рівнями продуктивності.

Також, як відомо, багато з того, що необхідно для розробки засобів автоматизації, вбудовано в середовище Microsoft Visual Studio. Це робить створення такого програмного забезпечення досить знайомим для більшості програмістів і дозволяє виконувати програмування і програмістам PLC, і тим, хто спеціалізується в області інформаційних технологій (IT). Повторне використання кодів є обов’язковим – це повинні враховувати фахівці з контролю при виборі нової платформи управління.

Функціональні блоки в мовах програмування IEC-61131-3 ( «Programmable controllers – Part 3: Programming languages», IDT) або інших об’єктно-орієнтованих програмах зазвичай доступні в бібліотеках додатків. Повторне використання коду дозволяє значно скоротити час виходу на ринок і створити більш гнучкі конструкції машин для виробників оригінального устаткування (OEM), системних інтеграторів і кінцевих користувачів.

Крім того, багатоядерні контролери на базі ПК, які використовують програмне забезпечення Microsoft Windows – як вбудований ПК компанії Beckhoff Automation CX5100 (на рис. 2 праворуч), – легше підключити і для них простіше забезпечити необхідну комунікацію в рамках мобільних додатків промислового «Інтернету речей» . Компанія Beckhoff Automation також готує до випуску шинний з’єднувач EK9160 IoT, який без будь-якої специфічної програми управління безпосередньо з’єднує входи / виходи Beckhoff EtherCAT з хмарою Microsoft Azure Cloud. З’єднувач забезпечує просту і стандартизовану інтеграцію даних вводу-виводу з хмарними сервісами, а також передачу інформації.

Рис. 2. Підключення смартфона до вбудовуваного ПК компанії Beckhoff Automation CX5100

Реалізація IIoT

При використанні PLC або іншого обладнання, що базується на жорстко вбудованому програмному забезпеченні, підключення в рамках «Інтернету речей» стає досить складним і проблематичним, оскільки для цього, як правило, потрібне додавання додаткових апаратних засобів і програмного забезпечення від ІТ-компаній. В платформи управління на базі ПК підключення до Інтернету і Ethernet вже було вбудовано кілька десятків років тому. Навіть якщо саме робоче середовище, в якому використовується розглянута система управління, ще не готове до переходу в IIoT і Індустрію 4.0, управління на базі ПК може забезпечити найбільш логічну керуючу платформу з безперешкодною міграцією на нові рівні. Це дозволяє перейти на більш високі рівні підключення прямо зараз або зробити це в будь-який зручний час у майбутньому.

Вимоги до систем управління найближчим часом будуть продовжувати рости. Інженерам-розробникам і машинобудівникам потрібно, щоб постачальники засобів управління забезпечували їм все більшу функціональність, в тому числі можливості підключення (причому все це в відповідній ціновій категорії), і гнучкі та масштабовані системи управління на базі ПК являють собою найбільш економічний і надійний варіант такого рішення.

Eric Reiner, по матеріалам Control Engineering

 

Статьи

14.08.2018

Технології TSN та Kontron надають перевагу розробникам
Промисловий інтернет речей (IIoT) – одна з найскладніших прикладних сфер проектування. Створення наступного покоління інтелектуальних промислових систем вимагає (читать далее)

07.08.2018

Актуальні теми, такі як взаємодія людини з роботом, цифрова трансформація в сфері виробництва й сервісної робототехніки, стали основними темами виставки Аutomatica 2018 (automatica-munich.com). Münchner (читать далее)