Print

Trendy návrhu řídicích systémů na bázi PLC

-- 16.11.11

Pokrok ve výrobě elektroniky podporuje vyšší úroveň funkčnosti technických prostředků průmyslové automatizace.

Zařízení používaná v průmyslovém řízení, jako jsou programovatelné automaty (Programmable Logic Controller – PLC), mají stále rostoucí úroveň konektivity a zabudovaného zpracování. Navíc zde existuje snaha, aby byl provoz strojů funkčně bezpečný. Pohled na několik klíčových funkčních produktových specifikací různých dodavatelů automatizace ilustruje důraz kladený na konektivitu, zabudované zpracování a funkční bezpečnost. Podíváme-li se hlouběji na architekturu a provedení vstupních a výstupních (I/O) modulů u těchto systémů, vidíme vzájemně se posilující cyklus technického pokroku automatizace a růst počtu aplikací elektronických technologií. Podívejme se na každý z těchto trendů v automatizaci a na související dopad na příslušnou elektroniku.

Konektivita

Infrastruktura automatizace, od jednoduchého systému průmyslového řízení až po rozsáhlý zpracovatelský závod, se obvykle zařazuje do tří úrovní: operace a podnik, řízení a dále provozní senzory a akční členy. Mezi těmito úrovněmi existuje vysoká míra možností a schopností vzájemného propojení – konektivity. Dnes se hodně hovoří o potřebě zabudovat inteligenci do provozních zařízení, řídit je a komunikovat s nimi pro dosažení vyšší účinnosti a lepšího plánování. Trend automatizace: Dříve byly hlavním způsobem komunikace mezi provozními zařízeními, řídicími prvky a dalšími zařízeními proudové smyčky 4-20 mA nebo průmyslové komunikační sběrnice typu fieldbus. I když se budou nadále používat po mnoho let, v systémech průmyslového řízení se začíná využívat Ethernet a několik protokolů fieldbus má implementováno odpovídající ethernetové verze. K jejich variantám patří Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, Sercos, Powerlink a mnoho dalších.

Deterministické protokoly se začínají využívat i ve výkonnostně kritických aplikacích, jako je polohování. Kromě Ethernetu můžeme pozorovat obnovený zájem o protokoly, jako je HART a IO-Link, které umožňují digitální komunikaci s provozními zařízeními. Mílovými kroky navíc postupuje vpřed bezdrátová technologie využívaná mimo jiné pro doplnění řídicích smyček a jako sekundární možnost u monitorování regulovaných veličin. Trend návrhu/architektury: U elektronických součástek zajišťujících konektivitu existuje klíčový trend k jejich programovatelnosti a flexibilitě. S ohledem na pestrost protokolů průmyslového Ethernetu nyní výrobci integrovaných obvodů nabízejí programovatelné technické řešení a firmware umožňující návrhářům systémů flexibilitu pro podporu více protokolů se stejným procesorem.

Ve skutečnosti několik procesorů a polí FPGA obsahuje technické zařízení umožňující mezicyklový determinismus požadovaný protokoly průmyslového Ethernetu. Výrobci integrovaných obvodů navíc nabízejí produkty průmyslové třídy, jejichž úkolem je poskytovat analogové rozhraní pro mnoho výše zmíněných sběrnic fieldbus, přičemž některá rozhraní jsou integrována do procesoru jako periferní komponenty. Bezdrátové čipy a vysílače dále obsahují šifrovací stroje a rozšířenou paměť flash pro ukládání protokolových zásobníků požadovaných nejrůznějšími komunikačními rozhraními.

Zabudované zpracování

Trend automatizace: Technický pokrok v oblasti konektivity přinesl dva systémové trendy: rostoucí počet kanálů na systém a zvýšení počtu vzdáleně umístěných systémů. Například digitální linkové I/O moduly společnosti Phoenix Contact nabízejí až 32 kanálů. Vyšší počet kanálů vyžaduje vyšší výpočetní kapacitu a pro podporu vzdálených I/O má většina dnešních výrobků mnohem menší rozměry. V současnosti používané řídicí algoritmy jsou nesmírně složité a také vyžadují značný výpočetní výkon. Navíc je zde patrný trend přesunu zpracování z centrálního řídicího prvku na distribuované lokální řízení. Samotná provozní zařízení mají stále rostoucí míru zabudované inteligence pro komunikaci s řídicí sítí a k provádění diagnostiky a údržby. Trend návrhu/architektury: Klíčovými faktory umožňujícími tyto trendy jsou integrace, malé rozměry a nižší spotřeba energie. Nikde není integrace tolik patrná jako v rostoucí míře integrovaných funkcí dostupných v dnešních mikrořadičích a mikroprocesorech.

Jednoduchost, všudypřítomnost a licenční model IP architektury ARM společně s její nízkou spotřebou energie umožnily značný pokrok u řady zabudovaných procesorů nabízených výrobci integrovaných obvodů. Tato vylepšení přinesla značnou integraci periferních součástí a možnosti konektivity k těmto procesorům a zajistila úroveň zabudované inteligence, kterou dnes vidíme na trhu. Kromě procesorů se úroveň integrace zvýšila také u analogových polovodičových čipů. Abychom lépe porozuměli dosažené úrovni integrace, podívejme se na systémový blokový diagram typické architektury používané pro analogový vstupní modul znázorněný na obrázku 1.

Většina dodavatelů integrovaných obvodů dnes dodává produkty, které integrují analogový multiplexer, zesilovač, analogově-digitální převodník (ADC), napěťový normál a vyrovnávací paměť (buffer). V zásadě je většina klíčových součástí na levé straně tohoto schématu dostupná v provedení o rozměrech méně než 40 mm2. K dalším příkladům vyšší hustoty kanálů patří nové polovodičové čipy umožňující agregaci velkého počtu digitálních I/O v jednom integrovaném obvodu. Stejně jako u jiných elektronických zařízení se očekává, že trend integrace a růstu míry zabudovaného zpracování bude v budoucnu pokračovat.

Funkční bezpečnost

Trend automatizace: Zvýšená konektivita a vyšší míra zabudovaného zpracování přinesly ohromnou složitost vyvíjených automatizačních systémů. Proto by v případě selhání byly mnohem vyšší náklady z hlediska strojů i dopadu na obsluhu. Regulační úřady zároveň začaly požadovat vyšší úroveň bezpečnosti. S ohledem na splnění těchto potřeb má mnoho protokolů průmyslového Ethernetu doplňková bezpečnostní rozšíření pro bezpečnostní data. Například Profisafe integruje bezpečnost do stávajících sběrnic fieldbus Profibus a Profinet. Pro splnění všech těchto požadavků začali dodavatelé automatizace začleňovat více bezpečnostních a diagnostických funkcí zajišťujících funkční bezpečnost strojů. Trend návrhu/architektury: Klíčovými trendy přinášejícími funkční bezpečnost jsou integrovaná diagnostika a bezpečnostní funkce elektronických součástek.

Koordinovaně běžící dvoujádrové procesory se používají v automobilových aplikacích a mohly by se snadno přesunout i do oblasti průmyslové bezpečnosti. I když mnoho aplikací předpokládá duální redundantní kanály, je možné, aby druhý kanál používal levnější procesor a zpracovával pouze bezpečnostní data. Kromě procesoru existují velké možnosti pro diagnostiku a odolnost proti selhání také u periferní elektroniky. Několik ethernetových vysílačů odolává průmyslovým teplotním rozsahům a společně se zabudovanými procesory podporují diagnostické funkce, jako je časová reflektometrie pro detekování závad a provádění diagnostiky kabelů, což je v prostředí výrobního závodu velmi důležité.

Řada integrovaných obvodů rozhraní pro protokoly fieldbus nabízí vlastnosti, jako je odolnost vůči křížovému spojení pomocí technologie Sym- Pol, ochrana proti zvýšenému napětí a mnoho dalších funkcí pro případ selhání. V další vlně výrobků již bude zahrnuta funkce pro samotestování, takže je bude možno izolovat od zbytku systému a umožnit tak kontrolu chyb. Pokrok v oblasti automatizace a odpovídající obecné rozšiřování elektronických technologií vytváří vzájemně se posilující cyklus. Zaměření na konektivitu, zabudované zpracování a funkční bezpečnost u nových produktů PLC I/O přineslo vyšší hustotu kanálů a vzdálená I/O.

To výrobce integrovaných obvodů přimělo, aby nabízeli programovatelná integrovaná řešení s nižší spotřebou energie a diagnostickými funkcemi v inovativním provedení. Souvisejícím trendem v oblasti automatizace, který se vyplatí sledovat, je potenciální příchod levných řešení z asijských trhů. Očekává se, že toto vzájemné posilování mezi automatizačními trendy a související elektronikou bude dále pokračovat společně s pokrokem v oblasti automatizace a bude sloužit jako impulz pro nové provedení elektroniky a naopak.

Navin Venkata Kommaraju je manažer pro rozvoj obchodu a marketing řešení zařízení společnosti Texas Instruments.

Autor: Navin Kommaraju, Texas Instruments


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Dny teplárenství a energetiky
2014-04-23 - 2014-04-25
Místo: Hradec Králové, kongresové centrum ALDIS
Wonderware 2014 Roadshow
2014-04-29 - 2014-04-29
Místo: Ostrava
Wonderware 2014 Roadshow
2014-05-13 - 2014-05-13
Místo: Hradec Králové
Wonderware 2014 Roadshow
2014-05-27 - 2014-05-27
Místo: Košice

Katalog

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
Thámova 13
180 00 Praha 8
tel. 00420737266673

COMPAS automatizace, spol. s r.o.
COMPAS automatizace, spol. s r.o.
Nádražní 610/26
59101 Žďár nad Sázavou
tel. +420 567 567 111

Invensys
Invensys
Žirovnická 3124
106 00 Praha 10
tel. +420 (0)267 182 220

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

Omron Electronics spol. s r.o.
Omron Electronics spol. s r.o.
Jankovcova 53
170 00 Praha 7
tel. +420 234 602 602

všechny firmy
Reklama






Anketa


Ano, proto se je snažíme minimalizovat
Ne, jsou na odpovídající úrovni
Nejsou vysoké, ale rychle rostou

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright Trade Media International Holdings Sp. z o.o. ul. Wita Stwosza 59a, 02-661 Warszawa
KRS 0000281036, NIP 521-34-36-770, Regon 140966270
Všechny materiály pocházející ze stránek Control Engineering USA jsou vlastnictvím CFE Media. Všechna práva vyhrazena.
Navštivte naše další stránky