Системы управления на базе ПК подойдут для любого приложения

Управление технологиями автоматизации на базе персонального компьютера подходит для любого приложения и обеспечивает успешную реализацию инициатив в области промышленного «Интернета вещей» (англ. Industrial Internet of Things, IIoT) и «Индустрии 4.0».

Технические характеристики контроллера, заложенные в его спецификации, являются наиболее важным и определяющим моментом на этапе процесса разработки в области промышленной автоматизации. Исторически сложилось так, что некоторые контроллеры уже де-факто считаются подходящим вариантом для определенных типа оборудования и области применения, будь то программируемый логический контроллер (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер автоматизации (англ. Programmable Automation Controller, PAC).

Эти устройства успешно выполняли свою работу на протяжении многих лет и способствовали созданию некой ментальности, которая в английском языке получила определение «if it’s not broken, don’t fix it”, что близко к русскому «не чини, коли не поломано», или «не буди лихо, пока оно тихо». Она подразумевает, что если что-то находится в удовлетворительном состоянии и приемлемо, то и нет причин пытаться это изменить. Однако по мере того, как прогресс в области автоматизации продолжает ускоряться, становится ясно, что управление на базе персонального компьютера (ПК) предлагает более уникальный набор возможностей, охватывающих самый широкий спектр вариантов применения, и уже не требует выбора того или иного контроллера в зависимости от типа конкретного приложения.

 

Преимущества системы управления на базе ПК

 

Управление технологиями автоматизации на базе персонального компьютера

Рис. 1. Смартфон отображает экран HMI от подключенного к облаку упаковочного оборудования компании Groninger

Главные преимущества системы управления на базе ПК – превосходная масштабируемость в рамках оборудования и использование программного обеспечения. Поскольку с течением времени меняется оборудование машин и технологические линии, то именно выбор системы управления на базе ПК, ввиду ее универсальности и гибкости, дает инженерам возможность для ее широкого и эффективного использования. Например, некоторые производители уже предлагают целый ряд опций контроллера, доступных в различных устройствах – от контроллеров начального уровня с RISC-процессорами (англ. Reduced Instruction Set Computer – компьютер с сокращенным набором команд) и до управляющих машин с архитектурой ARM (англ. Advanced RISC Machine – усовершенствованная RISC-машина). Кроме того, на рынке появились многоядерные контроллеры в нескольких аппаратных форматах, вплоть до промышленного сервера, оснащенного 36-ядерным процессором.

Все они управляются программным обеспечением на базе ПК для выполнения некоторых функций: PLC, управления движением, обеспечения безопасности, человеко-машинного интерфейса (англ. Human-machine Interface, HMI), измерения, мониторинга состояния и т. д. Как правило, в случае использования многоядерных контроллеров все это реализовано в одном устройстве. Другие варианты могут быть представлены в нескольких формах конструктивного исполнения – например, для монтажа на DIN-рейку, с установкой в шкаф или интегрированными непосредственно с экраном HMI. При управлении на базе ПК возможна интеграция с HMI в решение «все в одном», что выгодно отличает такую систему от PLC или PAC, поскольку устройств, которые интегрируются с экраном для визуализации, пока еще явно недостаточно.

В качестве примера можно привести экраны HMI с поддержкой HTML5 от компании Beckhoff Automation, которые могут быть сгенерированы на промышленных дисплеях, смартфонах или планшетах и способны показывать скорость оборудования, общее время работы, правильно функционирующие и проблемные части оборудования. На рис. 1 представлен смартфон, отображающий экран HMI от подключенного к облаку упаковочного оборудования компании Groninger в рамках демонстрации предлагаемой концепции на выставке Pack Expo International 2016. Программная платформа для управления на базе ПК компании Beckhoff, TwinCAT 3, была расширена, что позволило предоставить пользователям возможность создавать IoT-сети и подключенные к облачным сервисам системы автоматизации в той же среде, где они программируют PLC, управляют движением и роботизированными устройствами, обеспечивают безопасность и т.д.

Что касается хранения информации, для этого можно использовать карты флеш-памяти CFast (также называемые CompactFast) и твердотельные дисковые накопители (англ. Solid-state Disk, SSD). Такой подход, в отличие от применения накопителей типа HDD, уменьшает количество движущихся частей и тем самым обеспечивает высокую надежность, столь необходимую для критически важных приложений. В будущем может потребоваться увеличение производительности систем управления и автоматизации, но это не проблема. Технологии управления, которые базируются на ПК, позволяют легко заменить модель компьютера на более мощную, но использующую ту же программную платформу.

Для этого обычно нужно выполнить следующие действия: простой обмен компактной флэш-карты со старого устройства, установка ее в новый контроллер и перезапуск системы. Если нет необходимости добавлять новые функции, то, как правило, программирование практически не требуется или оно несущественное. Это одно из основных преимуществ системы автоматизации на основе ПК и программного обеспечения.

Многие компании, которые ищут надежную, гибкую и удобную среду разработки и управляющую платформу, используют программное обеспечение для управления задачами автоматизации, которые являются специфичными для систем управления, и запускают их выполнение на многоцелевом оборудовании на базе ПК. Так, например, для удовлетворения индивидуальных потребностей каждого приложения, независимо от того, предназначены ли его специальные функции для управления работой станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и роботизированной кинематикой или для реализации функций PLC, производители предлагают программное обеспечение для управления, которое соответствует аппаратным средствам на базе ПК с различными уровнями производительности.

Также, как известно, многое из того, что необходимо для разработки средств автоматизации, встроено в среду Microsoft Visual Studio. Это делает создание такого программного обеспечения достаточно знакомым для большинства программистов и позволяет выполнять программирование  и программистам PLC, и тем, кто специализируется в области информационных технологий (IT). Повторное использование кодов является обязательным – это должны учитывать специалисты по контролю при выборе новой платформы управления.

Функциональные блоки в языках программирования IEC-61131-3 («Programmable controllers – Part 3: Programming languages», IDT) или других объектно-ориентированных программах обычно доступны в библиотеках приложений. Повторное использование кода позволяет значительно сократить время выхода на рынок и создать более гибкие конструкции машин для производителей оригинального оборудования (OEM), системных интеграторов и конечных пользователей.

Кроме того, многоядерные контроллеры на базе ПК, которые используют программное обеспечение Microsoft Windows – как встраиваемый ПК компании Beckhoff Automation CX5100 (на рис. 2 справа), – легче подключить и для них проще обеспечить необходимую коммуникацию в рамках мобильных приложений промышленного «Интернета вещей». Компания Beckhoff Automation также готовит к выпуску шинный соединитель EK9160 IoT, который без какой-либо специфической программы управления напрямую соединяет входы/выходы Beckhoff EtherCAT с облаком Microsoft Azure Cloud. Соединитель обеспечивает простую и стандартизированную интеграцию данных ввода-вывода с облачными сервисами, а также передачу информации.

Управление технологиями автоматизации на базе персонального компьютера

Рис. 2. Подключение смартфона к встраиваемому ПК компании Beckhoff Automation CX5100

 

Реализация IIoT

При использовании PLC или другого оборудования, базирующегося на жестко встроенном программном обеспечении, подключение в рамках «Интернета вещей» становится достаточно сложным и проблематичным, поскольку для этого, как правило, требуется добавление дополнительных аппаратных средств и программного обеспечения от ИТ-компаний. В платформы управления на базе ПК подключение к Интернету и Ethernet уже было встроено несколько десятков лет назад. Даже если сама рабочая среда, в которой используется рассматриваемая система управления, еще не готова к переходу в IIoT и «Индустрию 4.0», управление на базе ПК может обеспечить наиболее логичную управляющую платформу с беспрепятственной миграцией на новые уровни. Это позволяет перейти на более высокие уровни подключения прямо сейчас или сделать это в любое удобное время в будущем.

Требования к системам управления в ближайшее время будут продолжать расти. Инженерам-разработчикам и машиностроителям нужно, чтобы поставщики средств управления обеспечивали им все бо́льшую функциональность, в том числе возможности подключения (причем все это в сопоставимой ценовой категории), и гибкие и масштабируемые системы управления на базе ПК представляют собой наиболее экономичный и надежный вариант такого решения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *