Jak vybrat průmyslový řídicí prvek pro síť CANbus

-- 30.05.10 13:11

Pořizovací cena průmyslového PC je vyšší než u ekvivalentu určeného pro běžné spotřebitele, ale dlouhodobé náklady jsou při použití v aplikacích průmyslového řízení nižší. V článku popisujeme, proč tomu tak je.

Rychlé přepínání výkonových tranzistorů a šířkově-pulsní modulace (PWM) výstupu frekvenčních měničů (VFD) vytváří velké a prudké výkyvy napětí, které generuje elektromagnetický šum neboli elektromagnetické rušení. Pod EMI spadají jakákoli rušení normálního provozu elektrických zařízení (a měničů). Jeho hlavními formami jsou EMI vedení (rozsah 150 kHz – 30 MHz), z důvodu průchodu mimořádného množství energie podél kabelových vedení, a vyzařované EMI (rozsah 30 MHz – 1 GHz) způsobené přenosem vln. U EMI existuje několik vazebních mechanismů, které jsou popsány níže. Průmyslová PC s integrovanou sítí CANbus mohou pomoci dnešním návrhářům strojů začlenit nezbytný hardware a software s minimálními časovými nároky na vývoj, s vyšší spolehlivostí a flexibilitou a snadnější údržbou a modernizací.

I když produktoví manažeři tlačí na nízké výrobní náklady, samotná nákupní cena řídicího prvku jistě není tím nejlepším rádcem pro rozumné rozhodnutí o nákupu. Stále složitější aplikace vyžadují funkce, jako je vysokorychlostní řízení, komplexní polohování, speciální analogové I/O moduly, vývoj rychlého rozhraní (HMI) a další funkce. Průmyslová PC obvykle stojí výrazně více než běžné počítače PC, ale použití levného produktu dnes může znamenat drahé problémy zítra. Servis v provozu je vždy mnohonásobně dražší než pořízení robustních a spolehlivých zařízení, která se zpočátku zdají dražší. Levná komerční řešení mohou být s ohledem na důležité technické faktory nerozumnou volbou.

Celkové náklady na vlastnictví

Mnoho nákupčích zařízení (a jejich nadřízení) dobře nechápe koncepci nákladů na vlastnictví (Total Cost of Ownership – TCO) ve srovnání s nákupní cenou. TCO pomáhá manažerům vyhodnotit přímé a nepřímé náklady související s projektovým rozhodnutím, takže velikost nákupní ceny může být kompenzována následnými úsporami nákladů na údržbu realizovanými v průběhu životnosti zařízení. Tato skutečnost téměř vždy ospravedlní vyšší počáteční výdaje na spolehlivější zařízení. Většina techniků má zkušenosti s procesem výběru při nákupu domácího PC (rychlost, paměť, I/O zařízení atd.). U průmyslových PC je nutno brát v úvahu také komunikace, vzdálený přístup, operátorské rozhraní (zakázkové klávesnice a operátorské panely nebo dotykové displeje), zajištění budoucího rozšiřování, jako jsou PCI sloty navíc, a další hlediska.

Možnosti síťových připojení, kromě sítě CANbus, mohou zahrnovat RS-232/-422/-485, IrDA, Bluetooth, USB 2.0 (brzy USB 3.0), WiFi nebo jiné bezdrátové připojení. U zobrazovacích zařízení mohou být varianty několikanásobných displejů nebo odolných dotykových obrazovek. Jedním z prvních rozhodnutí je výběr optimálního softwaru operačního systému. Je vhodný Linux anebo musí systém pracovat s různými operačními systémy Microsoft Windows? Některé aplikace vyžadují okamžité zapnutí bez zaváděcí prodlevy. Prostředí CoDe- Sys Soft PLC Runtime Environment, programovací systém nezávislý na výrobci zařízení, splňující požadavky normy IEC 61131-3, dodávaný společností 3S-Smart Software Solutions dokáže zjednodušit přístup k externím periferiím a obrazovkám.

Výrobce průmyslových PC by měl být s těmito balíky řešení dobře obeznámen. Použití operačního systému, jako je Microsoft Windows CE nebo Linux, nabízí mnohem méně možností pro zákeřné útoky virů nebo trojských koňů. Lokální operační systémy lze oklestit na holé jádro, čímž se rovněž zkracuje zaváděcí prodleva při spouštění systému. Někdy může dojít k neúmyslnému vypnutí PC nebo jeho poškození výpadky proudu. Připojení k síti LAN je praktické pro správu systému – po síti LAN lze v běžícím systému dokonce vyměnit kernely operačního systému.

Specifikace průmyslových PC

Při výběru průmyslového PC vezměte v úvahu následující faktory:

• Předběžné nahrání požadovaného aplikačního softwaru pro zjednodušení instalace produktu.

• 100% testování a zahoření.

• Málo časté změny komponent. Když dojde ke změnám, zpřístupněte úplné a dohádatelné historické informace zaručující transparentnost, bez důsledků pro používání produktu nebo jeho specifikaci. (Změny komponent a provedení u komerčních PC jsou poměrně časté a životnost produktu se měří v měsících, ne v letech.)

• Požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu/ elektromagnetické rušení, elektrostatické vybíjení (EMC/EMI/ESD). Průmyslové PC nesmí vydávat rušení ovlivňující ostatní elektroniku stroje. Musí být imunní vůči jakémukoli vyzářenému rušení z jiných elektrických řídicích prvků a prostředí. Musí rovněž fungovat a přestát jakékoli silné elektrostatické výboje. Přesné požadavky norem závisí na místě prodeje zařízení. Přístroje prodávané v USA musí splňovat přinejmenším požadavky emisních norem FCC 47 CFR, část 15-2001 (Třída A).

• Robustnost díky absenci pohyblivých dílů, jako jsou ventilátory a pevné disky, technologie šetřící spotřebu energie, polovodičové paměti. Tyto prvky mohou odstranit nebo omezit náklady na servis řídicího prvku a zvyšují odolnost vůči vibracím. Energeticky úsporné provedení umožňuje spolehlivé pasivní chlazení.

• Dostupnost klávesnice, upravené s ohledem na celosvětové alfanumerické standardy s prvky, jako jsou nouzové vypínače.

• Skříně odpovídající danému prostředí. Pro průmyslová PC instalované vně stroje může být nezbytné použít skříň s třídou krytí IP65 – dokonce i pro klávesnice. Stroj může běžet v podmínkách extrémně vysokých nebo nízkých teplot – typické průmyslové řídicí prvky budou fungovat při okolní teplotě od 0 do 50 °C, s vlhkostí až 90 % a v nadmořských výškách až 3 000 m. Z hlediska instalace může být nezbytná příprava pro montáž na lištu DIN, vzdálené a nedostupné umístění nebo odolnost vůči povětrnostním podmínkám. Při výběru dodavatele průmyslového PC se zaměřte na:

• Dlouhou životnost (včetně dlouhodobé dostupnosti) a spolehlivost.

• Dobré jméno dodavatele. Výrobce průmyslového PC s dobrou reputací by se měl podílet na cyklu navrhování produktu, přizpůsobení s ohledem na potřeby aplikace, včetně vnějšího vzhledu produktu.

• Znalosti o provedení pro zohlednění široké řady vstupních napětí a dalších hardwarových a softwarových specifikací s předvídáním situací, na které by zákazník nepomyslel.

• Servis a podporu s poradenstvím „pod jednou střechou“.                              

Ulrich Luetke Entrup je u společnosti Janz Automation Systems odpovědný za prodejní regiony jižního a západního Německa. Alan Lowne je prezident společnosti Saelig, dodavatele průmyslových a vestavných PC firem Janz, Amplicon a Comfile.

Pro více informací navštivte:

www.3s-software.com

www.janz.com/en/

www.saelig.com/category/IP.htm

Autor: Ulrich Luetke Entrup, Janz Automation Systems /Alan Lowne, Saelig