Статья

Embedded-системы изменят промышленность

Embedded
мобильная версия

Новые разработки в сфере встраиваемых систем постепенно меняют не только рынок потребительских устройств, но и автоматизацию производства. Интеграция всех систем контроля в единую платформу, упрощение ее архитектуры, оптимизация скорости работы и энергопотребления - таковы наиболее важные цели, преследуемые в промышленности.

За последние 10 лет новые технологии создания микропроцессоров изменили мир бизнеса и потребительских компьютеров. В испытанных годами технологиях автоматизации сейчас проходят столь же значительные изменения.

Настольные компьютеры правили вычислительной Вселенной в начале 1990-х гг. Однако на рубеже тысячелетий они значительно сдали свои позиции ноутбукам. В последние несколько лет ноутбуки отошли на второй план, так как настала эра смартфонов и планшетов. Все эти перемены произошли по 2 причинам: из-за желания сделать компьютеры более легкими и портативными и возможности интегрировать все более мощные технологии в компактные упаковки.

В автоматизации производства обычно используются те же самые технологии, что и в потребительском секторе, хотя не без модификаций. Потому все эти перемены в потребительском секторе не проходят бесследно и для индустриального рынка. Системы автоматизации могут не измениться столь радикально, но перемены все же будут.

Трансформация уже происходит

Стоит отметить, что новые разработки в области микропроцессоров не будут влиять на автоматизацию промышленности когда-то в далеком будущем. Изменения уже ощущаются в некоторых основных производственных секторах, например, изготовлении труб и литье под давлением.

Компания Haeusler, мировой лидер в области металлообработки и смежных сварочных технологий, работает в индустрии уже почти 80 лет и в настоящее время производит 20 различных типов листогибочных и профилегибочных установок. Эти устройства используются в судостроении, автомобильной и аэрокосмической промышленности, строительстве, производстве труб для трубопроводов и ветряных электростанций и теплообменников для систем отопления.

Поскольку управление процессом создания устройства - один из главных этапов отслеживания его качества, компания Haeusler решила не просто обновить, а полностью изменить свою концепцию контроля за оборудованием. Предыдущая система контроля состояла из отдельных Числового программного управления (ЧПУ) и Программируемого логического контроллера (ПЛК). Новая система контроля была разработана для интеграции ЧПУ и управления технологическими процессами в единую платформу управления.

"Нашей целью было сократить расходы на обслуживание и упростить архитектуру систем контроля, но мы также хотели оптимизировать скорость процесса и размерную точность машины", - говорит Майкл Фэйбиэнек (Michael Fabianek), менеджер по автоматизации, ИТ и гидравлике Haeusler.

Новая система управления Bend-IT Swiss Technology состоит из 19-дюймового Panel PC от Beckhoff серии CP62xx с операционной системой Windows XP Embedded, программным обеспечением для автоматизации TwinCAT PLC и Ethernet-системой для управления и автоматизации EtherCAT. Для устройств ЧПУ компанией Haeusler используются собственные разработки, основой которых служит панель HMI, работающая под Microsoft .NET и запрограммированная на C# со встроенной 3D-визуализацией.

"Мы используем одно ядро двухъядерного процессора для пользовательского интерфейса (HMI) и управления данными, а другое - для ПЛК и ЧПУ", - говорит Майкл Фэйбиэнек. Многоядерные технологии, используемые в новой системе управления, позволяют Haeusler создавать 3D-анимированные изображения машин, которые отражают все движения и позволяют оператору работать более интуитивно. Это существенно сокращает период обучения новых сотрудников, работающих над созданием машин и контролем процесса.

Другая промышленная компания - EUROelectronics, расположенная в Италии, разрабатывала систему замкнутых гидравлических цилиндров, предназначенную для литья под давлением. Контроль за положением и давлением гидравлического цилиндра является общей прикладной задачей в области промышленной автоматизации, но точное управление подобными системами традиционно имеет некоторые сложности из-за высоких скорости работы и давления.

Однако в случае EUROelectronics цилиндр движется по программно-определяемой территории с рассчитанными скоростью и ускорением. По существу, система управления программирует позицию цилиндра, чтобы отслеживать скорость и траекторию ускорения, значения которых введены оператором. Оператор может контролировать движения цилиндра по пропорциональному, интегральному и производному (PID) алгоритмам. Чтобы выполнить все эти требования, EUROelectronics использовала модуль LabView FPGA от National Instruments и промышленную систему управления и сбора данных CompactRIO.

Курс на автоматизацию

Одно из самых больших достоинств микропроцессоров в сфере автоматизации промышленности - это наличие высокопроизводительной ARM-архитектуры с низкой ценой и энергопотреблением, полагает Сухель Данани (Suhel Dhanani), старший менеджер по стратегии в области промышленной автоматизации Altera.

Данани утверждает, что использование ARM-процессоров позволяет выбирать из огромного количества вариантов, начиная от микропоцессоров TI и Freescale, и заканчивая программируемыми пользователем вентиляторными матрицами (ППВМ) от Altera и Xilinx. Процессорная архитектура, объединяющая блок параллельных вычислений в виде ППВМ с ядрами процессора ARM Cortex-A9 MPCore, позволяет поставщикам решений автоматизации разрабатывать продукты, в точности соответствующие специфическим требованиям каждого заказчика.

Соединение многоядерного процессора и ППВМ в одну встроенную систему предоставляет производителям возможность аппаратной модификации устройства под свои требования с помощью программируемого чипа. "Эта технология, часто называемая RIO, позволяет системным интеграторам и промышленным машиностроителям создавать системы автоматизации, которые содержат пользовательские протоколы связи, высокоскоростные алгоритмы управления, дополнительную синхронизацию и запуск. И все это без необходимости создавать собственные аппаратные средства контроля", - подчеркивает Кристиан Фриц (Christian Fritz), старший менеджер отдела контроля National Instruments.

Компания B&R Industrial Automation стала использовать ППВМ в разработке своей продукции несколько лет назад. Роберт Мюэльфеллнер (Robert Muehlfellner), директор по автоматизации B&R, подчеркивает преимущества высокоскоростной обработки данных на уровне модуля с помощью ППВМ. В качестве примера он берет модуль контроля, который использует акселерометр на машинах для выявления таких проблем, как дисбаланс и сбой в работе подшипников.

Использование ППВМ в данном случае избавляет от необходимости профилактического обслуживания ПО согласно какому-либо графику, так как система в режиме реального времени даст знать о возможных неполадках. "Мы добавили эту возможность во встроенную микропрограмму контроллера, чтобы не извлекать исходные данные акселерометра и не обрабатывать их на центральных компьютерах", - добавил Роберт Мюэльфеллнер.

Роль потребительского рынка

Промышленные технологии так или иначе тесно связаны с новыми веяниями на потребительском рынке. Не секрет, что в мобильной индустрии сейчас существует тенденция к уменьшению размеров и снижению энергопотребления устройства, но при этом производительность дейвасов с каждым годом увеличивается.

Данные наработки используются и в промышленности, где компактность устройства ценится не меньше, но при этом он должен быть устойчив к различным проявлениям внешней среды. "Например, вы не найдете сотового телефона, работающего при 60 °C, однако большое количество нашего оборудования регулярно работает в подобной среде. Иногда даже при 70 или 80 °C", - утверждает Ли Лэйн (Lee Lane), директор по развитию бизнеса в сфере управления и визуализации Rockwell Automation.

Примером того, как ведущие технологии на потребительском рынке находят свое применение в промышленной автоматизации, служит микроархитектура центральных процессоров Sandy Bridge, разработанная Intel. Второе поколение процессоров Core i3, i5 и i7 от Intel используется в Beckhoff Automation.

"Beckhoff фокусируется только на процессорах Sandy Bridge в разработке новых продуктов, чтобы получить наиболее длительную работоспособность и максимальную мощность, а также снизить энергопотребление и тепловыделение", - комментирует президент Beckhoff Automation Грэхэм Харрис (Graham Harris). Мощность и многоярусная архитектура Sandy Bridge помогает расширить функциональность платформ автоматизации, чтобы управлять сферами, которые ранее контролировались специально разработанными устройствами.

Мария Коломыченко/CNews

Смотреть вебинар »