Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Пятница, 24 января
 
 

Это интересно!

Ранее

Протоколы промышленных сетей

Протоколы промышленных сетей включают такие стандарты, как EtherNet/IP, Ethernet Powerlink, EtherCAT, Modbus-TCP, Profinet, SERCOS III, и этот перечень продолжает расти. Как выбрать протокол промышленной сети, который отвечает вашим специфическим требованиям и при этом имеет перспективы на будущее?

Встраиваемые микроэлектронные системы: состояние, проблемы и перспективы

В статье приводятся основные определения, классификация и терминология встраиваемых микроэлектронных систем. Описывается современное состояние в области производства компонентов и разработки программного обеспечения для таких систем. Рассматриваются основные проблемы построения встраиваемых систем и методы их решения, а также анализируются перспективы их развития.

Технологии AdvancedTCA, AdvancedMC и MicroTCA: быстрые интерфейсы и процессоры под соусом стандартизации. Часть 1

Стандарт AdvancedTCA, развивающий основополагающие принципы магистрально-модульной архитектуры CompactPCI — это мощный и удобный инструмент для построения новых телекоммуникационных решений на базе последовательных внутрисистемных интерфейсов. Разработанный специально для рынка телекоммуникаций, стандарт AdvancedTCA позволяет применять высокопроизводительные последовательные каналы на стандартизованной основе и совмещает удобство открытой технологии с эффективностью узкоспециализированных решений. Вместе с тем, сфера применимости как самого стандарта AdvancedTCA, так и его производных (AdvancedMC, MicroTCA), гораздо шире одних лишь телеком-приложений. В статье дан краткий обзор технологий AdvancedTCA, AdvancedMC и MicroTCA. Особое внимание уделено тем свойствам стандартов, которые представляют наибольший интерес для практического применения.

 

15 мая

Выбор подходящего оборудования для систем управления и сбора данных. Часть 1

С проблемой выбора встречается каждый разработчик. Для одних она не представляет большой сложности, но для других может стать предметом долгих размышлений. Выбор правильной аппаратной платформы для контроля и автоматизации процессов на производстве — задача не из легких. В статье обосновываются принципы, упрощающие жизнь разработчику.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
в
с
тр
аиваемые
сис
темы
47
электронные компоненты №5 2008
С проблемой выбора встречается каждый разработчик. Для одних она
не представляет большой сложности, но для других может стать пред-
метом долгих размышлений. Выбор правильной аппаратной платформы
для контроля и автоматизации процессов на производстве — задача не
из легких. В статье обосновываются принципы, упрощающие жизнь раз-
работчику.
выбор подходящего
оборудования для систем
управления и сбора данных.
Часть 1
Арви Столп (Arves stolpe), инженер по маркетингу продукции, компания National Instruments
плиС, прогрАммируемые
логичеСкие контроллеры или
СпециАльное оборудовАние?
Современные промышленные зада-
чи требуют тесной интеграции аппа-
ратной и программных частей систем,
которые при этом должны обеспечивать
быстрый выход на рынок, быть макси-
мально надежными, функциональными
и гибкими, относительно недорогими,
простыми в обслуживании и иметь воз-
можности обновления.
Немало споров и горячих обсуждений
в последнее десятилетие было посвяще-
но поиску лучшего решения для систем
автоматизации и управления. Споры в
основном были сосредоточены на двух
возможных вариантах — применении
программируемых логических контрол-
леров (ПЛК) и реализации систем управ-
ления на базе персонального компьюте-
ра (ПК). Каждая платформа имеет свои
сильные и слабые стороны, и в некото-
рых простых случаях проблемы выбора
как таковой не возникает.
Как бы то ни было, когда задачи
становятся более сложными и появ-
ляется необходимость в увеличении
скорости управления, реализации
специфических аналоговых интерфей-
сов ввода/вывода или систем техниче-
ского зрения, граница между различ-
ными платформами становится более
размытой, что в свою очередь значи-
тельно усложняет процесс принятия
решения.
прогрАммируемые логичеСкие
контроллеры
Примерно три десятилетия назад
использование контроллеров было
единственным возможным решени-
ем для инженеров-проектировщиков
систем промышленного контроля и
управления. Надежная и уже хорошо
известная архитектура контроллеров
усложнялась, позволяя реализовать на
ней интерфейсы ввода/вывода, сете-
вые коммуникационные протоколы и
новые стандарты программирования.
По оценкам экспертов из компаний
Automation Research Corporation (ARC)
и Venture Development Corporation
(VDC):
– 80% промышленных задач можно
реализовать с применением несколь-
ких каналов цифрового и аналогового
ввода/вывода и процедур программи-
рования довольно простой логики;
– 77% ПЛК применяются в сравни-
тельно небольших разработках (количе-
ство каналов меньше 128);
– 72% интерфейсных возможностей
ПЛК являются цифровыми.
В связи со значительными сложно-
стями, возникающими у инженеров при
использовании традиционных ПЛК в
промышленном производстве, появи-
лась необходимость в простых и недо-
рогих программируемых контроллерах.
Эта необходимость не только привела к
бурному росту рынка недорогих ПЛК, но
и к нарушению технологии их использо-
вания. Большинство ПЛК до этого раз-
рабатывалось только для применения в
задачах управления.
Однако традиционные ПЛК не пред-
назначены для применения в задачах,
требующих высоких частот управляю-
щих циклов, реализации специализи-
рованных алгоритмов управления, рас-
ширенных возможностей аналогового
ввода/вывода и интеграции с локальной
сетью предприятий.
плАтформы нА бАзе пк
Для преодоления описанных выше
ограничений платформы на базе ПЛК
большинство инженеров использова-
ло возможности ПК в задачах про-
мышленного управления. ПК предо-
ставляют широкие программные
возможности для более сложного
промышленного управления. На них
легко вести графическую разработку,
они обладают широким набором удоб-
ных пользовательских интерфейсов и
кроме того, для создания систем на
базе ПК используются готовые аппа-
ратные компоненты. Нельзя не отме-
тить и непревзойденную гибкость,
производительность программного
обеспечения и низкую стоимость ком-
пьютерного оборудования
Тем не менее ПК не являются иде-
альным решением для задач управле-
ния. Даже несмотря на то, что ПК все
еще используются для обеспечения
таких широких функциональных воз-
можностей как аналоговое управление,
моделирование различных процессов,
взаимодействие с базами данных, при-
менение интернет-технологий и взаи-
модействие с устройствами сторонних
производителей, ПК все же проигрыва-
ют в одном ключевом производствен-
ном аспекте: стандартный компьютер
не предназначен для работы в жестких
условиях.
Этот аспект заключает три основ-
ных недостатка, связанных с исполь-
зованием ПК на производстве.
Первый — нестабильность работы ПК.
В промышленности, где убытки при
всего лишь часовом простое обору-
дования измеряются тысячами и даже
миллионами долларов, операционная
система обычного ПК может сбоить и
внезапно перезапускаться, что делает
ее применение в системах промыш-
ленного управления очень рискован-
ным.
background image
48
в
с
тр
аиваемые
сис
темы
www. elcp.ru
Вторым недостатком, непосред-
ственно вытекающим из перво-
го, является невысокая надежность.
Большинство компьютерных компо-
нентов, заполнивших потребитель-
ский рынок, не выдерживает жестких
условий эксплуатации на производ-
стве. Высокая температура, попадание
технической пыли на вращающиеся
магнитные диски и источники пита-
ния, а также влажность и нестабиль-
ность питания приводят к сокращению
срока службы и снижению надежности
ключевых компонентов ПК.
Последней проблемой является то,
что многим инженерам АСУ требуются
для использования ПК специализиро-
ванные знания сложных и малознако-
мых программных сред. Операторам
же необходимо уметь корректировать
параметры системы, чтобы проводить
ее диагностику или поиск возникающих
неисправностей.
При использовании ПЛК инженер
может вручную установить все пере-
ключатели в желаемое положение и
исправить неработающую часть кода. В
случае систем на базе ПК операторам
приходится изучать новые, более слож-
ные программные средства.
прогрАммируемые контроллеры
АвтомАтизАции
Область применения ПК в про-
мышленности существенно расшири-
лась в последние годы, но тем не
менее ПК все еще остается доста-
точно проблемной платформой для
использования в задачах автомати-
зации производства. И хотя некото-
рые инженеры применяют усовер-
шенствованные ПК с более надежной
компонентной базой, а также со спе-
циализированными операционными
системами, им приходится решать
задачу интеграции систем, обладаю-
щих надежностью ПЛК, и систем с функ-
циональностью персональных компь-
ютеров.
Вместе с тем подобные гибридные
платформы, позволяющие решить задачу
построения комплексных систем, обла-
дают своими недостатками, связанными
с проблемами интеграции аппаратных и
программных частей сторонних произ-
водителей, а также с трудностями сер-
висного обслуживания и обновления
компонентной базы.
Инженеры, уже внедрившие подоб-
ные гибридные платформы, тесно
сотрудничали с ведущими разработ-
чиками средств управления, помогая
им создавать новый класс промыш-
ленных контроллеров. В результате
этих усилий появились новые кон-
троллеры, разработанные с учетом
широкого ряда требований для ком-
плексных приложений и сочетающие
в себе лучшие стороны ПЛК и ПК (см.
рисунок 1).
Промышленные аналитики компании
ARC назвали эти устройства программи-
руемыми контроллерами автоматизации
(Programmable Automation Controller —
PAC). В обзоре, посвященном ПЛК,
инженеры ARC осветили пять основных
характеристик ПКА.
Перечисленные ниже пункты опи-
сывают функциональные возможности
контроллеров с точки зрения их про-
граммных возможностей.
1. «Многоцелевая функциональ-
ность, поддержка аналоговых и
цифровых операций ввода/вывода,
возможности реализации системы
управления шаговыми и серводвига-
телями, ПИД-регулирование и обра-
ботка информации в рамках единой
платформы». Возможности управле-
ния логикой, шаговыми и серводви-
гателями, обработкой информации и
ПИД-регулирование — все это про-
стые программные функции (исклю-
чая некоторые виды интерфейсов
ввода/вывода,
предназначенных
для реализации специальных про-
токолов системы последовательной
передачи данных в реальном време-
ни SERCOS). К примеру, управление
движением можно реализовать про-
граммным циклом, который считывает
цифровые сигналы с выхода квадра-
турного энкодера, исполняет циклы
аналогового управления и затем
выводит аналоговый управляющий
сигнал.
2. «Реализация единой многофунк-
циональной платформы разработки с
базой данных для обеспечения досту-
па ко всем параметрам и функциям».
Поскольку ПКА разработаны для более
сложных и комплексных задач, напри-
мер для реализации многодоменных
систем, требуется ПО расширенной
функциональности. Чтобы сделать
систему эффективной, ПО должно
представлять собой единый встраива-
емый программный пакет, а не набор
отдельных программных инструмен-
тов, не предназначенных для работы
друг с другом.
3. «Программные средства, разре-
шающие реализацию технологического
маршрута с помощью нескольких машин
на основе стандарта IEC61131-3 с возмож-
ностью управления потоком данных».
Высокоуровневые средства графиче-
ской разработки упрощают построение
системы и облегчают процесс переноса
решений разработчика в программный
код, посредством которого происходит
непосредственное управление маши-
ной.
4. «Открытая модульная архитек-
тура, отражающая структуру про-
мышленных задач, начиная от рас-
положения станков на предприятии
и заканчивая работой исполнитель-
ных механизмов на производстве».
Поскольку большинство промышлен-
ных задач требует широких возмож-
ностей настройки, аппаратная часть
должна иметь модульную архитекту-
ру, позволяя инженеру подобрать или
заменить необходимый компонент
системы. Программное обеспечение
должно поддерживать такое добав-
ление или удаление модулей для
создания желаемой конфигурации
системы.
5. «Возможность применения стан-
дартных сетевых интерфейсов, языков
программирования и таких других
современных технологий как TCPIP,
OPC, XML, SQL-запросы». Реализация
взаимодействия с локальными сетями
предприятия является необходимым
атрибутом современных систем управ-
ления. Несмотря на то, что в аппаратную
платформу ПКА входит Ethernet-порт,
именно функциональные возможности
ПО для передачи информации по сети
являются ключевым фактором, опреде-
ляющим надежность работы системы
при ее интеграции в рамки всего пред-
приятия.
Рис. 1. Программные возможности в сочетании с надежностью платформ на базе ПК, ПЛК и ПКА. На этом
графике ПКА-платформа представляется наиболее универсальным решением для применения в про-
мышленных системах управления
background image
background image
50
в
с
тр
аиваемые
сис
темы
www. elcp.ru
Из-за того, что различные ПКА отли-
чаются зачастую именно ПО, первым
шагом для разработчиков контролле-
ров автоматизации является обеспе-
чение надежности и детерминизма,
не присущих ОС общего назначения,
например Windows. Однако это легко
достигается при использовании ОСРВ,
например Phar Lap от Ardence (ранее
Ven tur com) или VxWorks от Wind River.
Эти системы реального времени
позволяют контролировать большую
часть характеристик системы управ-
ления, начиная от скорости работы
интерфейсов ввода/вывода и закан-
чивая выставлением приоритетов для
отдельных задач, запущенных на кон-
троллере.
Разработчики контроллеров авто-
матизации создают абстрактные функ-
ции и структуры операций ввода/
вывода для того, чтобы облегчить про-
цесс построения инженерами систем
управления. В результате получается
гибкое программное обеспечение,
Рис. 2. ПКА NI CompactRIO, работающий под управлением ОСРВ и оснащенный реконфигурируемой ПЛИС,
а также модулями ввода/вывода, предназначенными для согласования сигналов и работы с различны-
ми цифровыми протоколами передачи данных
подходящее для задач управления,
сбора данных и реализации различных
сетевых интерфейсов.
Хотя ПКА представляет собой самое
современное поколение програм-
мируемых контроллеров, их будущее
связано с внедрением встраиваемых
технологий, позволяющих использо-
вать ПО для конфигурирования рабо-
ты аппаратной части. Это достигается
добавлением программируемых логи-
ческих интегральных схем (ПЛИС) в
состав платформы контроллеров авто-
матизации (см. рис. 2).
Использование ПЛИС в составе
ПКА-платформы добавляет оборудо-
ванию интеллектуальной мощности,
гибкости и возможности конфигури-
рования под конкретные задачи. В
большинстве случаев подобный под-
ход полностью устраняет необходи-
мость создания оборудования под
каждое отдельное приложение или
постоянной перепайки для смены
режима работы изделия.
Выбор аппаратной платформы для
промышленного контроля — задача
не всегда простая, но на сегодняш-
ний день существует несколько очень
хороших решений. Применение ПЛК
все еще остается наиболее оптималь-
ным для систем управления общего
назначения и задач ввода/вывода. ПК
могут покрыть те области, где при-
менение ПЛК не представляется воз-
можным, однако и они обладают рядом
недостатков, зачастую связанных с
невозможностью эксплуатации в жест-
ких промышленных условиях и неста-
бильностью работы ПО.
ПКА, вследствие своей гибкости,
мощности и надежности программ-
ной и аппаратной частей быстро
становятся наиболее оптималь-
ным решением для комплексных
задач промышленного управления.
Добавление ПЛИС в состав платфор-
мы ПКА делает еще более весомыми
аргументы для использования ПКА в
несложных задачах промышленного
управления.
Во второй части статьи, которая
будет опубликована в ближайшем
номере «ЭК», мы обсудим проблему
выбора между проектированием обо-
рудования и применением готовых
решений.
Длительное время разработчики
применяли оборудование, созданное
специально под конкретные задачи,
аргументируя выбранную стратегию
возможной экономией или ограничен-
ностью функциональных возможно-
стей готового оборудования для реше-
ния конкретных задач. Мы узнаем, как
с помощью готовой платформы на базе
ПЛИС с присущей ей гибкостью можно
решать многие задачи, традиционно
решаемые с помощью специально раз-
работанного оборудования.
Оцените материал:

Автор: Арви Столп (Arves Stolpe), инженер по маркетингу продукции, компания National Instruments



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2020 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты