industrijski pc.pdf

seminarski rad

IZ PREDMETAUPRAVLJAČKI RAČUNARSKI SISTEMI

INDUSTRIJSKI PC

INDUSTRIJSKI PC

RAZVOJ INDUSTRIJSKOG UPRAVLJANJA

POREĐENJE PLC I INDUSTRIJSKIH PC PREMA CIJENI, ARHITEKTURI I INTEGRACIJI

IZBOR PC UPRAVLJANJA

HARDVER INDUSTRIJSKIH PC-a

ZAKLJUČAK

UVOD

Sve češće se postavlja pitanje da li se umjesto PLC-a (Programmable Logic Controllers) i pripadajućeg HMI-(Human Machine Interface) može i treba koristiti industrijski PC (Personal Computers)

PLC-a (Programmable Logic Controllers) ili industrijski PC (Personal Computers)

Za upravljačke zadatke po pravilu korišćeni su PLC-ovi a za vizuelizaciju iobradu proizvodnih podataka PC-ovi.

Visoke performanse savremenih PC-ova omogućavaju integraciju PLCfunkcionalnosti, čime se svi zadaci u domenu automatizacije – upravljanje,vizuelizacija, obrada podataka i komunikacija - mogu rješiti na jednoj hardverskoj platformi, uz značajnu redukciju troškova i povećanje produktivnosti.

PLC kontroleri u industrijskom okruženju imaju niz bitnih prednosti, a to su: robustnost uočljiva na prvi pogled, zatim memorisanje podataka na mediju bez pokretnih dijelova (npr. flash memorije), precizno definisano ponašanje pri vrućem ihladnom restartu, integrisane su dijagnostičke funkcije na nivou procesora i dr.

S druge strane,PC tehnologija nudi svoje prednosti: obrada analognih podataka, tj. floating-point

aritmetika, inherentni mehanizmi za razmjenu podataka sa standardnim aplikacijama(npr. radi statističkih obrada, ili povezivanje sa managment nivoom preko Ethernetmreže), i uopšte otvorenost i komfor, bazirane na user-friendly operativnim sistemima ipratećem softveru (MS DOS, Linux, UNIX, Windows i druge operativne sisteme).

Industrijski PC koriste postojeću informatičku strukturu i na ekonomičan način povećavaju produktivnost i performanse postrojenja. Bazirani na otvorenom PC standardu omogućavaju laku integraciju hardverskih i softverskih komponenata u postojeću mrežu koristeći zajednički operativni sistem, komunikacione protokole, metode priključivanja.Koristeći i već formirana znanja zaposlenih u primjeni PC sistema.

Sve ovo omogućava nezavisnost od velikih proizvođača i njihove dominacije.

Današnja postrojenja moraju da rade brže, efikasnije i fleksibilnije nego ranije. Da bi to postigli proizvođači sve više koriste upravljanje bazirano na otvorenoj PC arhitekturi .

Industrijski PC se odlikuju:

Plug-in I/O (Input/Output) modulima, PCI (Peripheral Component Interconnect) i ISA (Industry Standard Arhitecture)

sistemima za akviziciju podataka, priključnim panelima,kondicionerima signala, RS-485 (Recommended Standard) interfejsom itd.

Industrijski PC se koristi za:akviziciju podataka, mjerenje, upravljanje, testiranje, nadgledanje, analizu podataka, vizuelizacijui arhiviranje.

Primjenjuju se u industriji (procesu proizvodnje), u laboratorijama za mjerenje i ispitivanje, kao i u obrazovnim institucijama itd.

RAZVOJ INDUSTRIJSKOG UPRAVLJANJA

Dijagram razvoja industrijskog upravljanja

Upravljanje bazirano na relejnoj tehnici

Nedostaci upravljanja baziranog na relejnoj tehnici

• previše posla oko ožičavanja komponenti, • kratak vijek trajanja kontakta releja,• otežana zamjena dijelova, • često i ograničen prostor u komandnom ormaru,• identifikacija i lokacija kvara zahtijevaju iskusnu radnu snagu,• duži vremenski period za servisiranje,• zamjena komponente zahtijeva zaustavljanje mašine a time i procesaproizvodnje.

Upravljanje bazirano na PLC kontrolerima

Prednosti upravljanja baziranog na PLC kontrolerima

• ožičenje sistema je smanjeno za 80%,• potrošnja je značajno smanjena,•dijagnostičke sposobnosti PLC - brzo i jednostavno otkrivanje greške,• izmjena u sekvenci upravljanja ili primjena PLC kontrolera na drugi proces upravljanja može se jednostavno izvršiti izmjenom programa preko konzole ili uz pomoć softvera na računaru (nema potrebe mijenjati ožičenje, sem ako se zahtijeva dodavanje nekog ulaznog ili izlaznog uređaja),• u procesu održavanja potreban je manji broj rezervnih dijelova,• jeftiniji je u poređenju sa konvencijalnim sistemom,• pouzdanost je veća,• ključ uspjeha za upotrebu PLC kontrolera je bio da se za njegovo programiranje nije morao učiti novi programsi jezik. Programirali su sekorišćenjem ljestvičastog dijagrama (Ledder logic) koji je bio razumljiv jer sesvodio na relejnu logiku, mada su se koristili i drugi programski jezici od kojih su najzastupljeni: Instruction List, Structure Text, Function Blok Dijagram i Sequential Function Chart.

Konfiguracija upravljanja baziranog na PLC kontrolerima

Eternet

SCADA sistem

PLC

I/O

Operatorska stanica

Programming PC

Motion controller

Drives Motors


• Programski jezici. Većina PLC-ova se programira u relejnoj Leader logici koja je bila napravljena za jednostavnu emulaciju relejnih krugova. Instrukcije su pisane simbolima elektronskih kola što je onemogućavalo prenos podataka. • Jedan PLC jedan programski jezik. • Ograničena memorija. (tipičan PC imao 128 MB PLC-ovi su imali mnogo manje).• Ograničavalo količinu podataka koji se čuvaju i kojima se pristupa. • Pristup podacima. Podaci u PLC-u se čuvaju u tabeli pobataka. Pristup podatku u tabeli nije objektno orijentisan niti je lak za razumjeti.• Ne postoji zajednička baza podataka. (PLC sistemi za svoju konfiguraciju zahtijevaju više baza podataka koje su u međusobnoj interakciji: programiranje softvera, HMI paneli, SCADA, preslikavane lokacije PLC podataka u unutrašnju bazu). • Ne postoji kompatibilnost, nema definisanog PLC standarada.• Pripadajući interfejsi i slaba mrežna povezanost. Informacije iz PLC-ova se jako teško izvlače, oni zahtijevaju podešavanje konfiguracije kako bi mogli dijeliti podatke preko interfejsa i mreža (preko interfejs kartica).

Nedostaci upravljanja baziranog na PLC kontrolerima


1992. godine je uveden IEC-61131 standard kojim su definisane specifikacije koje predviđaju izvjesnu kompatibilnost između različitih kontrolera.

Specifikacija obuhvata i standardizaciju softvera (IEC-61131-3 standard).Danas se PLC-ovi još uvijek koriste u većini postrojenja, ali industrijski PC sve više

prodiru u oblast upravljanja.

Osnovni nedostaci PLC kontrolera u odnosu na industrijske PC:

• nema operativni sistemem, • grafički interfejs, • komfornu memoriju, • Eternet komunikacije koje su standardne za PC konfiguracije.

Upravljanje bazirano na industrijskim PC

Upravljanje bazirano na PC konfiguraciji kombinuje funkcije koje su se obavljale na nekoliko odvojenih platformi PLC-ova u jedan PC.

Ovo uključuje:

• run-time upravljački mehanizam, • alate za programiranje i nadgledanje,• grafički operatorski interfejs, • kolekciju podataka, • real-time simulaciju, • Windows DDE (Dynamic Data Exchange) i OPC (Object Process Control) servere.

Pojednostavilo upravljanje i razmjena podataka

Eternet

I/O

Motion controller card

Drives Motors

Konfiguracija upravljanja baziranog na industrijskom PC

Upravljanje bazirano na industrijskim PC

Za razliku od PLC-ova, industrijski PC-ovi omogućavaju povezivanje podataka na više nivoa:

• Programski jezici - Flowchart su značajan napredak u odnosu na tradicionalne programske jezike. • Standardni Windows-ovi alati za komunikaciju DDE i OPC serveri se mogu koristiti za razmijenu real-time podataka sa ostalim Windows-ovim aplikacijama.• Neograničena memorija - industrijski PC imaju virtuelno neograničenu memoriju.• Memorija je jeftinija od memorije PLC-a. • Pristup podacima - Interne memorijske adrese su potpuno sakrivene od korisnika. I/O tačke i interni podaci su jednostavno dodijeljeni imenima tagova koja se koriste usvim alatkama u sistemu.• Zajednička baza - Upravljački sistem baziran na PC elimeniše više baza i objedinjava ih u jedinstvenu. • Rezultira manjim brojem ljudskih grešaka.• Pristupačan hardver i softver.

POREĐENJE PLC I INDUSTRIJSKIH PC PREMA CIJENI, ARHITEKTURI I INTEGRACIJI

Poređenje prema arhitekturi

Sistem sa decentralizovanim I/OPrikaz tradicionalnog PLC sistem


Upravljanje bazirano na industrijskom PC

Veći broj komponenti upravljačkog sistema integrisan u jednu platformu sa otvorenom arhitekturom.

Ova platforma već postoji u većini HMIimplementacija: mikroprocesor, napojna jedinica i kućište.

Neke prednosti u odnosu na stari pristup:

upotreba hardvera različitih proizvođaća,smanjenja troškova,izbor optimalne konfiguracije za sistem,poboljšanje produktivnosti kao bitne osobine otvorenih sistema,korisnici nisu ograničeni na rezervne dijelove i servisiranje samo jednog proizvođača,stvaranje konkurencije, poboljšanje performansi.


Neke prednosti u odnosu na stari pristup:

• upotreba hardvera različitih proizvođaća, smanjenja troškova,• izbor optimalne konfiguracije za sistem,• poboljšanje produktivnosti kao bitne osobine otvorenih sistema,• korisnici nisu ograničeni na rezervne dijelove i servisiranje samo jednog proizvođača, stvaranje konkurencije, • poboljšanje performansi.• jednostavno ožičenje• lakše održavanje• manje je tačaka u sistemu na kojima može doći do kvara• povećanje produktivnosti

Troškovi

Ukupna cijena koštanja – TCO (Total Cost of Ownership) za čitav životni ciklus projekta, upravljanje bazirano na PC je u prednosti u svemu osim u ralizaciji malih ijednostavnih aplikacija.

HMI upravljanje, SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) i ostale aplikacije pokreću sa jednog mjesta.

Ušteda ne samo pri kupovini manjeg broja komponenti nego i smanjenjen prostora za panel.

Jedan PC upravlja procesom dok se uporedo izvršavaju i druge aplikacije.Za objedinjeno upravljanje, HMI i SCADA-u, dizajner koristi jednu bazu podataka za

aplikacije.Koriste se programske jezike višeg nivoa, C i C++. Simulacija i debagiranje obavljaju se na inženjerovom radnom stolu čime se smanjuje

vrijeme potrebno za razvoj i testiranje.Značajno smanjenje srednjeg vremena popravke.Jeftini rezervni dijelovi.Srednje vrijeme između otkaza (MTBF-Mean Time Between Failure) je povećano.Tehnologija PC se brzo poboljšava za razliku od nestandarizovane PLC tehnologije.

Prikaz prednosti koje ima industrijski PC kada su u pitanju:prikupljanje podataka, dizajn, obuka kadrova, održavanje i poboljšanjeperformansi

Troškovi

Upravljene bazirano na PC ima očigledne prednosti nad PLC upravljanju.

Integracija

IZBOR PC UPRAVLJANJA

Donošenje odluke za izbor upravljanja realizovanog industrijskim PC

1. Analiziranje potreba i primjene

• Procijeniti složenost operacija koje izvodi sistem.Broj i tip ulaza i izlaza.

Složenost upravljačkog sistema (- šta će sistem da sadrži: HMI, sisteme za viziju, čitače bar koda itd. Industrijski PC sve ovo objedinjuje u jedan sistem, dok PLC sistemi zahtijevaju posebne komponente za svaki od njih).

• Procijeniti šta je u postrojenju promjenljivo (stepen prilagođavanja neophodan na svakoj liniji).

Broj proizvodnih linija.Učestanost promjene proizvoda ili nadogradnje (Fleksibilnost uprogramiranju i poboljšane funkcije industrijskih PC sistema čini ih lakšim i bržim za rekonfigurisanje ili nadogradnju u odnosu na PLC sistemi).


• Procijeniti integracione i komunikacione zahtjeve

Zahtijevanu integraciju IT sistemima.

Komunikacioni zahtjevi (Eternet na matičnoj ploči PC)

Zahtjevi za prikupljanje podataka, nadgledanje, bekapovanje i obnavljanje programa (Otvorena arhitektura industrijskih PC ima integrisane mnoge od ovih mogućnosti, tako da nema potrebe za kupovinom dodatne opreme).


2. Razmotriti mogućnost integracije u postojeći sistem.

3. Razmotriti razne komponente cjelokupnog upravljačkog sistema baziranog na PC konfiguraciji.

Industrijski PC se može brzo integristi u jedan dio postrojenja uz minimalne troškove, lako komunicirajući sa ostalim dijelovima sistema.

• Industrijskog upravljačkog hardvera namijenjenog za proizvodno okruženje.

• Industrijski standard, opšte prihvaćeni operativni sistem.

• Podsistemi za rad u realnom vremenu koji nude determinističko upravljanje.

• Kontrolu logike.

• HMI i SCADA sistem.

• Integraciju i inženjerske usluge.

HARDVER INDUSTRIJSKIH PC-a

visokom pouzdanošću, relativno lakim savladavanjem organizacije, koncepta sistema, jednostavnim programiranjem.

Da bi se PC mogao koristiti za upravljanje u industriji, on mora biti otporan na uslove koji postoje u industrijskoj sredini:vibracije,promjene temperature, prašinu, paru, uticaj EMC (Electromagnetic Compatibility) itd.

Različite mogućnosti primjene u sistemima upravljanja i promjenljivost industrijskih sredina su bitni faktori za odabiranje prave hardverske platforme za upravljanje bazirano na PC.

Industrijski PC se odlikuju

SIMATIC Rack PC

19” metalno kućište otporno na mehaničke uticaje i elektromagnetne smetnje,prisilno ventilatorsko hlađenje u sredinama u kojima je temperatura od 5 do 45oC,pokretna vrata na prednjoj strani (sprečava neautorizovan pristup prenosivim medijima, USBinterfejsima…)laka zamjena komponenti,7 rezervisanih mjesta za postavljanje drajv-ova: prednja strana kućišta: 2x3.5” i 3x5.25”, u unutrašnjosti kućišta: 2x3.5” – hard disk otporan na udare i vibracije,PC interfejsi zaštićeni slojem zlata za rad u agresivnim sredinama,industrijsko napajanje 115/230 V, opciono napajanje 24VDC,obezbijeđen 24 časovni rad pomoću:

parametarskih funkcija za nadgledanje,ventilacije pod visokim pritiskom sa temperaturno upravljivim ventilatorom,visoko kvalitetnih komponenti

Intel-ovi procesori Pentium III,na matičnoj ploči integrisani su: grafička karta sa 16MB VRAM VGA interfejs, LAN 10/100 MbpsEternet interfejs (RJ 45), PROFIBUS/MPI, TTY interfejs (Product support services on a Text Telephone) opciono,10 posebnih slotova za PC karte: 5 za PCI, 2 za ISA/PCI, 3 za ISA,dva EIDE hard diska (opciono),prenosivi disk na prednjoj strani (opciono),CD-ROM / CD R/W drajv (opciono).

Dizajn

Visok stepen industrijske kompatibilnosti:velika otpornost na vibracije i udare,veliki temperaturni radni opseg,lako servisiranje,odlična dijagnostika.

Visok opseg industrijskih funkcija:integrisan PROFIBUS/MPI (Multi Point Interface) interfejs,ISA i PCI slotovi,visoka fleksibilnost i mogućnost proširenja komponenti,maksimalna kompaktnost,vrhunske performanse.

Visoka dostupnost sistema:SIMATIC PC (DiagMonitor) dijagnostički monitor - PC softver za dijagnostiku i alarme preko OPC/SNMP/LAN,SIMATIC PC/PG (PC- Industrial PC, PG-Programming Tools) generator slike -softver za generisanje slike,opcioni dodatni hard disk

Visoka investiciona sigurnost:osigurani rezervni dijelovi bar pet godina.

Najvažnije osobine SIMATIC Rack PC su:

Metalno kućište otporno na mehaničke uticaje i elektromagnetne smetnje,3.5” EIDE (Integrated Device Electronics) HD hard disk - otporan na udare i vibracije, PC interfejsi zaštićeni tankim slojem zlata za rad u agresivnim sredinama,prisilno ventilatorsko hlađenje u sredinama u kojima je temperatura od 5 do 45oC ,industrijsko napajanje 115/230 V (opciono napajanje 24VDC),matična ploča Siemens,procesor Intel iz familiji 815E Pentium III,integrisana grafička karta sa 8MB VRAM na AGP (Accelerated Graphics Port) za spajanje sa visokokvalitetnim monitorima preko VGA (Video Graphical Adapter) interfejsa i za spajanje saLCD (Liquid Crystal Display) preko internog LVDS interfejsa,opciono dva 2.5” EIDE hard diska,opciono CD-ROM drajv, CD-RW/DVD (Rewritable Compact Disc/Digital Video Disc)opciono disketna jedinica 1.44 MB,integrisan 10/100 Mbit/s Eternet interfejs (RJ45-konektor),integrisan PROFIBUS/MPI, TTY (Product support services on a Text Telephone) interfejs opciono,laka zamjena komponenti.

Dizajn

SIMATIC Box PC

SIMATIC Panel PC

Komponente operatorske jedinice

12” front panel ima sljedeću izvedbu: 12.1” TFT kolor displej, 800x600 piksela (SVGA), membransku tastaturu sa međunarodnim PC karakterima i 36 dodatnih funkcijskih tipki sa LEDindikaciom i integrisanim mišem.

12” TOUCH panel je izveden sa: 12.1” TFT kolor displej, 800x600 piksela (SVGA-Super Video Graphical Adapter) i touch screen-om.

15” front panel je izveden sa: 15” TFT kolor displej, 1024x768 piksela (XGA), membransku tastaturu sa međunarodnim PC karakterima i 36 dodatnih funkcijskih tipki sa LED indikaciom iintegrisanim mišem.

15” TOUCH panel je izveden sa 12.1” TFT kolor displej, 1024x768 piksela (XGA) i touch screen-om.

Kod decentralizovane konfiguracije udaljenost izmđu procesorske i operatorske jedinice je do 20 m.

ZAKLJUČAK

Tehnologija PC se brzo poboljšava za razliku od nestandarizovane PLC tehnologije.

Brzina sadašnjih PC mikroprocesora je za nekoliko redova veličine veća od većine mikroprocesora koji se ugrađuju u PLC-ove, a ta razlika je svakog dana sve veća. Što im daje prednost u upravljanju real-time procesima.

Industrijski PC omogućava sistem integratorima da brzo iznesu na tržište visoko zahtevne aplikacije zasnovane na PC arhitekturi.

Koristeći naprednu PC tehnologiju, industrijski PC sistemi dominiraju na tržištu sa nivoom pouzdanosti, raspoloživosti i sa performansama koje nemaju PLC kontroleri.

Ipak za sada PLC kontroleri ostaju prvi izbor za rješavanje upravljačkih zadataka kod manjih sistema, kod kojih je PC jednostavno predimenzionisano rešenje.

Ako je međutim, pored čisto upravljačkih zadataka, potrebno obavljati i druge zadatke, npr.obrade podataka, umrežavanje i vizuelizaciju, onda se daje prednost sistemima baziranim na PCplatformi (PC-based Control).

Documents

industrijski pc.pdf