Главная › Новости

Как выглядит компьютер, используемый в автоматизации?

Опубликовано: 28.10.2023

Как выглядит компьютер, используемый в автоматизации?

Мы живем в эпоху встроенных вычислительных мощностей. Компьютеры управляют всем: от наручных часов до мобильных телефонов и оборудования для управления промышленными процессами. Однако эти устройства не похожи на компьютеры. Они выглядят как часы, мобильные телефоны, промышленные дисплеи, системы управления или роботы. Так как же на самом деле выглядит компьютер, используемый в автоматизации?

Это может выглядеть как ПЛК. «Они все еще были компьютерами», — сказал Дик Морли, автор первого программируемого логического контроллера. «Мы называли их контроллерами, чтобы не пугать операторов». ПЛК были разработаны в качестве замены проводных реле, обеспечивающих автоматизацию производства. Их было легко программировать, легко использовать для выполнения простых задач и они были очень долговечны. Д. Морли вспоминает, что, когда он нес свой первый прототип производителю автомобилей General Motors, он споткнулся при входе в дверь и упал вместе с ПЛК на землю. Взял, подключил, настроил и ПЛК заработал без нареканий.

Однако у ПЛК были свои ограничения. Это были устройства, заменившие релейную логику, и когда инженеры попытались применить их в более сложных приложениях, программирование на лестничной логике оказалось сложным и трудным. Большинство производителей средств автоматизации перешли на устройства с большим количеством опций, включая открытые устройства, называемые программируемыми контроллерами автоматизации, сокращенно PAC (Программируемый контроллер автоматизации). Таким образом, компьютер, используемый в автоматизации, также может выглядеть как PAC.

Программируемый контроллер автоматизации — это устройство с открытой операционной системой, заменяющее ПЛК, работающий преимущественно с проприетарными операционными системами. Программируемые контроллеры автоматизации поставляются с различными операционными системами, от операционных систем реального времени до различных версий Windows или Linux. PAC стали подходящим выбором для ряда приложений управления в промышленности: от управления машинами, сбора данных до управления процессами. Благодаря поддержке продвинутых языков программирования, таких как Visual Basic или C++, их может программировать большинство компьютерных специалистов, тогда как ПЛК ограничиваются теми, кто знает различные специальные языки программирования для ПЛК.

PAC явно универсальны, и поскольку они могут работать под некоторыми типами Windows, их может легко использовать практически любой. Они хорошо совместимы с другими PAC, и обычно программа, разработанная для PAC одного производителя, также будет работать на PAC другого производителя без модификаций или лишь с небольшими модификациями. Хотя Windows CE или XPe (встроенные формы Windows XP) не являются полностью «открытыми» системами, их открытости достаточно, чтобы значительно упростить создание прикладных программ, которые должны быть исполняемыми на более чем одном типе PAC, например, с «закрытыми» системами. ", системы, зависящие от производителя, от поставщиков ПЛК. Как и ПЛК, PAC доступны в различных исполнениях: от самомонтируемых блоков до конструкций, монтируемых на DIN-рейку, или в распределительных щитах. Ни один из них не похож на персональный компьютер, все они являются компьютерами автоматизации.

Компьютеры, используемые в автоматизации, могут выглядеть как операторские интерфейсы. Каждая панель оператора (человеко-машинный интерфейс, HMI) состоит из большего количества частей, чем просто ЖК-экран. Они также содержат встроенные процессоры, выполняющие функции, отображаемые на экране, а также встроенные процессоры, подключающие дисплей к сети и позволяющие оператору вводить данные и команды управления. Первые операторские интерфейсы представляли собой большие проводные панели управления. Замена панелей на видеодисплеи позволяла операторам получать больше информации, но до появления сенсорных ЖК-панелей у оператора не было возможности использовать дисплей в качестве замены самой панели. А

Если бы это было возможно, дисплеи стали бы человеко-машинными интерфейсами с компьютерами внутри, и впоследствии, по мере совершенствования технологий, производители начали встраивать весь контроллер в человеко-машинный интерфейс. Поскольку операционная система Windows стала приемлемым выбором, многие человеко-машинные интерфейсы начали использовать Windows в качестве операционной системы. В настоящее время можно приобрести интегрированный дисплей HMI со встроенным PAC и сетевыми технологиями. Поскольку эти устройства работают под управлением Windows, их можно легко подключить к другим HMI или промышленным компьютерам, работающим под управлением Windows. Это три компьютера автоматизации в одном «корпусе», внешне напоминающем видеодисплей.

Компьютер автоматизации может выглядеть как коммутатор Ethernet. Коммутаторы Ethernet на самом деле являются компьютерами. Это процессоры специального назначения, разработанные для работы в качестве «гаишников» в локальных сетях. Управляемые коммутаторы Ethernet — это очень сложные компьютеры, которые не только выполняют роль полицейских, направляющих пакеты к месту назначения, но также могут использоваться в качестве межсетевых экранов и запрограммированы с такими строгими правилами для предотвращения вторжений и несанкционированного доступа к сети. Коммутаторы Ethernet работают в сетях, образованных медными или оптическими кабелями, при этом те же встраиваемые компьютеры могут использоваться в качестве преобразователей протоколов или сетевого оборудования с другим функционалом.

Компьютер автоматизации может выглядеть как операционное устройство. Это может быть датчик перепада давления, расходомер, анализатор pH или лазерный спектрометр с перестраиваемым диодом. Интеллектуальные управляющие устройства и интеллектуальные анализаторы являются примерами компьютеров автоматизации, однако у них нет клавиатуры, мыши, а в некоторых случаях даже дисплея. За два десятилетия полевые приборы превратились в автоматизированные компьютеры, выполняющие математические функции, подключенные к полевым шинам, передающие IPC и сохраняющие данные для диагностических целей.

В некоторых случаях внутри работающих устройств находятся процессоры, которые мы использовали в персональных компьютерах в прошлом – 80386, 80486 и 80586 (Pentium). Сегодня эти процессоры вытеснены двухъядерными или четырехъядерными процессорами, работающими на гигагерцовой частоте, но они по-прежнему достаточно мощны для использования в передатчиках и анализаторах. Если этого требуют производственные затраты или предписанные требования, очень часто в роли встроенных процессоров используются ASIC или вентильные матрицы FPGA.

Компьютер автоматизации может иметь вид портативного калибратора или портативного коммуникатора (планшета). Эти устройства также являются компьютерами автоматизации, хотя они ручные, питаются от батарей и часто запрограммированы для специальных целей. Многие карманные планшеты работают под ОС Windows или под одной из популярных операционных систем, созданных для карманных коммуникаторов. Это означает, что те экраны, которые по умолчанию отображаются на HMI в процессе работы предприятия, можно запускать и на портативных планшетах.

Оператор может использовать дисплей портативного коммуникатора в качестве дополнительного терминала HMI и вносить изменения в систему управления независимо от того, где он находится, как если бы ему пришлось идти в диспетчерскую в случае неизбежного изменения или опасного события. На портативном коммуникаторе можно запускать программное обеспечение для калибровки, программирования рабочего оборудования, а также программное обеспечение для управления техническими рабочими устройствами и оборудованием, что дает оператору возможность быть более инициативным и иметь возможность вносить все изменения в работу современного завода. или производственная операция. Портативные коммуникаторы обычно оснащены беспроводной связью и рассчитаны на достаточную устойчивость к ударам и падениям, которым эти коммуникаторы подвергаются в сложных промышленных условиях.

Компьютер автоматизации может выглядеть как модуль оперативного ввода/вывода (I/O). Устройства ввода-вывода уже давно стали чем-то большим, чем просто набор клеммных колодок. Модули ввода-вывода часто включают в себя питание, управление питанием, преобразование сигнала, масштабирование сигнала и другие важные инструменты. Модули ввода-вывода могут быть полностью аналоговыми как с аналоговым входом, так и с выходом, или они могут представлять собой аналого-цифровые преобразователи с аналоговым входом, создающие цифровой сигнал, такой как Modbus, или последовательный выход. Устройства ввода-вывода (также известные как серверы устройств) часто используются в качестве преобразователей протоколов, например преобразователь последовательного порта в Ethernet и может быть настроен для работы во многих операционных системах, от Windows до Linux.

Компьютеры автоматизации могут выглядеть как любое устройство, используемое в промышленной среде. Они могут быть оснащены общей средой операционной системы, общими инструментами программирования, сетевыми функциями, возможностями хранения данных и связи, а также могут использовать общие периферийные устройства и наиболее важные форматы, такие как видео, аудио и ввод-вывод. Это делает их невероятно полезными как для малых, так и для крупных предприятий, системных интеграторов и поставщиков оборудования.

Компьютеры автоматизации выиграли от разработки более быстрых процессоров с меньшим энергопотреблением, меньшего выделения тепла, устройств флэш-памяти и современных инструментов программирования. Хамелеон способности автоматизированного компьютера выглядеть как множество различных устройств был достигнут благодаря встроенным технологиям и влиянию встроенных технологий на производство электроники.

Первоначально встроенные системы создавались для предоставления заранее запрограммированного решения для конкретного приложения, но прогресс позволил создавать монолитные ядра в составе операционных систем, например настройка операционных систем Windows и Linux. Это дало программистам среду, аналогичную операционным системам, используемым на офисных ПК, но при этом очень эффективную с точки зрения разработки и простую в освоении с точки зрения использования. Этот тип встроенных систем позволяет повторно использовать общедоступные программы, например. драйверы устройств, веб-серверы, брандмауэры.

Система разработки может начинаться с заранее заданной группы функций, которые являются частью макроядра операционной системы, а затем постепенно, вниз, добавляются доступные функции для соответствия конкретным приложениям. Это экономит память, дисковое пространство и затраты, а также повышает надежность. Таким образом, встроенные системы распространены повсеместно. Мы находим их практически повсюду, особенно в среде промышленных предприятий. Так посчитайте их! Сколько у вас компьютеров автоматизации? Вы что-нибудь пропустили?

Источник текста: Берриман, М.: Как выглядит контроллер автоматизации?, Белая книга, 2008 г., Advante Corporation, Industrial Automation Group. Источник изображения: ABB Ltd, Advante Corporation

www.advante.com