Print

Záleží při výběru řídicích prvků na operačním systému?

-- 14.07.09

Programovatelný automat (Programmable Logic Controller – PLC) tradičně býval černou skříňkou vybavenou specializovaným operačním systémem. PLC z období před 25 lety byly v podstatě v pozadí a většina musela být programována buď pomocí připojené klávesnice, nebo pomocí přesného zařízení, které se připojilo k systému a disponovalo specializovanými programovacími metodami. Dnes existuje mnohem více možností řídicích prvků a trend v kruzích informačních technologií (IT) směrem k otevřeným systémům ovlivňuje dnešní programovatelné automaty (Programmable Automation Controllers – PAC), řídicí software na bázi PC a zabudované řídicí prvky.

Někteří dodavatelé propagují produkty na bázi Microsoft Windows jako výhodu, zatímco jiní pomíjejí roli operačního systému a hovoří pouze o funkcích. Své zastánce mají také otevřené systémy Linux a několik systémů pracujících v reálném čase. Při takové roztříštěnosti názorů jsme chtěli vědět, zda záleží na operačním systému (OS)? „Operační systém není zdaleka tak důležitý jako možnost údržby řídicího prvku poté, co se dostane do rukou zákazníkovi, tzn. jak je snadné dostat se pod jeho kryt a opravit závadu nebo odstranit problém,“ říká Dan Walser ze společnosti Applied Motion Systems. „Zákazníci v určitých odvětvích často preferují specializovaný řídicí prvek od místního distributora, který nevyžaduje velké zaškolení pro výměnu dílů, aktivaci záložního procesoru nebo odstranění logického problému.

Otevřená architektura na bázi systému Windows, která využívá běžně dostupné díly a jednoduchý systém softwarové licence, může být vynikajícím řešením pro technicky velmi vyspělého zákazníka, ale pohromou pro zákazníka s jednodušším přístupem.“ Stephen Turner ze společnosti Flexicell, který působil jako systémový integrátor v odvětví balení po dobu více než 25 let, pozoruje dva způsoby uvažování uživatelů: „Ti, kteří chtějí udržet své náklady na nízké úrovni používáním toho, co jim doporučíme, a ti, kteří si připlatí za to, aby měli řešení odpovídající jejich vlastním standardům. Těmi, kteří si chtějí připlatit za svůj standard, jsou obvykle větší firmy s lepším přístupem ke kapitálovým prostředkům. Menší firmy chtějí využívat přínosů automatizace, ale chtějí zachovat nízké počáteční náklady, aby doba návratnosti byla co nejkratší.“

Turner se nedomnívá, že by měl operační systém velký dopad na rozhodování jeho firmy, pokud jde o zařízení. „Snažíme se přizpůsobit tomu, co zákazník požaduje, a to i v případě, že chce něco jiného, než je naše standardní řada produktů společnosti Rockwell Automation. Pokud v budoucnu zjistíme, že operační systémy Windows nebo Linux nabízejí lepší způsob standardizace našeho programování a náklady poklesnou, pak to pro nás může být možností použitelnou jako interní standard.“ „Při pohledu do budoucna si dokážu představit, že by řízení strojů na bázi systému Windows nebo Linux mohlo být velmi silným nástrojem,“ dodává Turner. „Avšak v současnosti jsou našimi prioritami náklady a efektivita.“

Arun Sinha, ze společnosti Opto 22 (výrobce řídicích prvků), souhlasí s tím, že zákazníci z řad výrobců strojů a systémových integrátorů (SI) se mnohem méně zajímají o operační systém řídicích prvků, které si vybírají, a mnohem více o stabilitu a spolehlivost řídicího prvku jako celku. „Operační systém řídicího prvku je do značné míry transparentní,“ říká. „Onen výrobce strojů nebo SI využívá pro nastavení a konfiguraci funkce řídicího prvku vývojový/programovací software. Chtějí-li zjistit, jak řídicí prvek pracuje a jak pracuje zařízení, k němuž je připojen, používají software rozhraní HMI.“ Sinha říká, že otázka typu specializovaný vs. otevřený operační systém je důležitá při integraci řídicího prvku do stávajícího automatizačního prostředí nebo při zřizování komunikace s dalšími systémy nebo databázemi. „Ale to je druhořadé,“ dodává.

„Ve většině případů musí být operační systém pro výrobce stroje otázkou, kterou se nemusí zabývat, protože je na svém místě, je spolehlivý a nejsou s ním žádné problémy. Pamatujte, že jde o řídicí prvek, který je zabudovaný do většího stroje, a z pohledu systémového integrátora je jen jednou součástí většího automatizačního systému. Operační systém je poslední věcí, kterou by se chtěli zabývat.“ Axel Rodriguez, produktový manažer společnosti Rockwell Automation pro produkty Logix, říká, že jeho zákazníci se více zajímají o řešení potřeb aplikace a omezení přímých a nepřímých nákladů než o to, který systém běží v řídicím prvku.

Tvrdí, že společnost Rockwell je zaměřena na otevřené standardy a technologie, jako je použití standardního nemodifikovaného Ethernetu a nabídky webového serveru. „Záměrně také necháváme klíčové oblasti systému uzavřené, aby se zákazníci nemuseli bát rizik spojených s integrací odlišných, neotestovaných a krátkodobých technologií do jádra jejich architektury.“ Rodriguez dodává, že pro společnost Rockwell Automation „by mohlo být výhodné menší úsilí a náklady na vývoj řešení využívajících komerčně dostupný operační systém, ale jsme přesvědčeni, že pro většinu aplikací našich zákazníků může být přínosnější dobře připravený a speciálně navržený systém průmyslového řízení.“ To neznamená, že řídicí prvky na bázi systému Windows nejsou dobře připraveny nebo že nemají své místo.

Systém Windows se však často používá tehdy, když je zapotřebí konektivita k podnikovému systému nebo tam, kde je preferována obeznámenost s rozhraním operačního systému Windows. Ale někdo přesto musí zvládat složitost a rychlé tempo změn otevřených operačních systémů. Tím je často dodavatel řídicího prvku. Takže z pohledu uživatele nebo integrátora stále nezáleží na používaném OS. „Naši klienti z 80 % využívají na úrovni řídicích prvků specializované systémy, ale všechno nad řídicím prvkem je již na bázi softwaru společnosti Microsoft,“ konstatuje systémový integrátor Don Ulrich ze společnosti Stone Technologies. „Nezajímá nás například, jaký operační systém je uvnitř řídicího prvku Siemens – zákazník se obrací na dodavatele. Lidé rádi používají PLC (zejména u větších systémů), rádi pracují se zařízeními GE, Schneider apod., protože jim tito dodavatelé zajišťují dlouhodobou udržovatelnost.“

Je zřejmé, že na automatizační systémy se pohlíží ve více rovinách, což znamená, že jakékoli diskuse o operačním systému závisí na tom, zda hovoříte například o zabudovaném řídicím prvku na úrovni stroje nebo o řízení operací na úrovni aplikace. Steve Garbrecht, ředitel produktového marketingu pro dodavatele softwaru HMI SCADA (společnost Wonderware), zdůrazňuje, že boj o operační systém na úrovni počítače na základní výrobní úrovni se vede již mnoho let a lze s jistotou říci, že dnes do značné míry vládne Microsoft, i když i Linux má své zastánce. Pokud jde o řídicí prvky, říká, že dodavatelé PLC začínají prosazovat do svého hardwaru co nejvíce aplikací tradičního rozhraní HMI SCADA a aplikací pro správu informací.

„Ale co vlastně programátoři PLC chtějí? Napěchovat do specializované skříňky co nejvíce aplikací systému Windows? Nebo je důležitější, aby řídicí prvek zajišťoval 100 % spolehlivé, přesné řízení?“ Specialista společnosti Schneider Electric pro organizační vývoj R. F. Jordan říká, že většina dodavatelů používá specializované operační systémy pro optimalizaci jejich hardwaru pro rychlost a efektivitu a pro odlišení produktů na trhu. Obecně platí, že operační systém je transparentní pro programátora, který se pohybuje v programovacím prostředí ležícím nad operačním systémem.

Právě toto prostředí (a sada instrukcí – datové objekty a funkce) má kritický význam. „Hlavní překážkou pro výrobce strojů a systémové integrátory,“ pokračuje Jordan, „je omezená možnost vybrat si produkty nejlepší ve své třídě, a to z důvodu nekompatibilních programovacích prostředí. Přechod od jednoho výrobce řídicích prvků k jinému by vyžadoval křivku učení na straně programátora, která by ovlivnila jejich konkurenceschopnost. Organizace, jako je PLCopen, vynaložily ohromné úsilí na definování standardů pro programovací rozhraní.

Výrobci řídicích prvků, kteří splňují standard, nabízejí mezi sebou jistou míru přenositelnosti.“ Stephen Turner ze společnosti Flexicell tvrdí, že během posledních 15 až 20 let se u většiny PLC přešlo na programování v prostředí Windows na přenosných nebo osobních počítačích. „Programy jsou poté kompilovány a nahrány do PLC. Možnost kopírovat a vkládat, společně s dalšími funkcemi operačního systému Windows, zkrátila dobu potřebnou k programování větších programů. Tato skutečnost, společně s liniovými schématy, velmi programování usnadnila.“

Příchod evropských norem?

Většina PLC, které používá integrátor Adam Snyder ze společnosti ControlFreek, má stále specializovaný programovací software, i když všechny mají rozhraní ve stylu systému Windows. „Software je specializovaný, ale přesto je funkčností a rozvržením podobný ostatním platformám,“ připomíná. Snyder pozoruje příchod jiného stylu programování z Evropy, ale tvrdí, že bude velkou změnou implementovat mnoho standardů, které se používají mimo USA. Změny však bezesporu přicházejí, zejména s růstem světového trhu, a doufejme, že USA začnou vyvážet více systémů na bázi řídicích prvků. Integrátor Don Kiser ze společnosti Optimation Technology říká, že programovací prostředí jsou stále navrhována z hlediska automatů PLC.

Chcete-li programovat PLC Allen-Bradley, musíte použít software společnosti Allen-Bradley, podobné je to u společností Siemens, Omron atd. A jejich software běží pouze na počítači s operačním systémem Windows. „Odlišná situace je pouze u společnosti Modicon,“ pokračuje Kiser. „Rozhodli se nechat své protokoly jako veřejné a dovolili veřejnosti vyvíjet vlastní nástroje. Pokud budete hledat SCADA a Linux, nenajdete nic, co by komunikovalo s PLC společnosti Allen-Bradley nebo Siemens; najdete však zařízení Modicon. V oblasti řídicích prvků nebo operačních systémů toho s Linuxem na trhu moc nevidím, jedině v případě velmi specializovaných aplikací. V 99 % případů bude pod krytem nějaká varianta operačního systému Windows.“

                

Integrátor James A. Campbell ze společnosti Viewpoint Systems potvrzuje, že by to mělo být jasné vzhledem ke skutečnosti, že většina automatizačních systémů používá operační systém pracující v reálném čase, a to v dnešní době, kdy je operační systém velmi důležitým aspektem návrhu systému. „Společnost Viewpoint využívá platformu Windows CE,“ upozorňuje Campbell, „a přestože na těchto zařízeních neběží pravý systém pracující v reálném čase, protože jde o očesanou verzi systému Windows pro osobní počítače, nabízí lepší opakovatelnost výkonu než Windows pro osobní počítače.“

Campbell říká, že mnoho zařízení, která jsou integrována do jeho systémů, jsou samostatné řídicí prvky, a jsou tedy izolovány od operačních systémů běžících na těchto zařízeních. „Je však důležité pochopit, že osobní počítače jsou pravděpodobně jen běžnější zařízení, na nichž běží operační systémy pracující v reálném čase,“ doplňuje. „Trh s přístroji a řídicími prvky se nadále přesunuje směrem k zabudovaným řídicím prvkům pracujícím v reálném čase.“ Integrátor Michel A. Levesque ze společnosti AIA Automation připomíná, že téměř všechny řídicí prvky (PLC nebo DCS), s nimiž pracuje, využívají některou variantu OS pracujícího v reálném čase, jako je například QNX. „Nepředepisujeme a ani nezkoumáme, jaký operační systém se používá v řídicích prvcích. Přinejlepším by šlo o pouhou zvědavost než o cokoli jiného.“

Jaký je závěr?

Integrátor Eric J. Milus ze společnosti Kline Process Systems to shrnul asi nejlépe: „Většina řídicích prvků dnes využívá firmwarovou sadu instrukcí, která je obvykle majetkem dodavatele řídicího prvku. Dodavatel poskytuje k řídicímu prvku programovací rozhraní, které umožňuje OEM dodavatelům hardwaru, integrátorům a konečným uživatelům komunikovat s řídicím prvkem. Tato programovací rozhraní se obecně nacházejí na počítačích, na nichž běží operační systém Windows, Linux, Unix nebo nějaký jiný OS.

Na platformách otevřeného operačního systému může běžet nejrůznější software, který lze konfigurovat pro poskytování rozhraní s řídicími prvky na základní výrobní úrovni, včetně SCADA, MES, dávkových procesů, SPC apod. „Operační systém obvykle není při výběru produktu určujícím faktorem,“ podotýká Milus. „Jde spíše o jeho vlastnosti a funkčnost (a samozřejmě cenu). Před zhruba pěti až deseti lety se výrobci chlubili kompatibilitou s operačním systémem. Dnes je většina softwaru kompatibilní s hlavními operačními systémy, takže OS hraje menší roli.“

ce

Renee Robbinsová je redaktorka časopisu Control Engineering. Doplňkové zdroje informací zajistila Barbara Axelsonová.

Linux v automatizaci? Jen zřídka… zatím

Linux je zde již zhruba 15 let a úspěšně pronikl do mnoha segmentů trhu IT. Je především znám pro své použití v serverech, kde jej podporují všichni hlavní hráči na trhu IT. Ale nikdy se mu příliš nedařilo v oblasti průmyslového řízení na bázi počítačů. Tyto iniciativy otevřeného kódu mají své zastánce i odpůrce. „V odvětví automatizace se dlouhá léta hovoří o nabídce programovatelných PLC a PAC s operačním systémem, jmenovitě systémem Linux, které umožní výrobcům OEM a výrobcům strojů (nebo dokonce i konečným uživatelům) vyvíjet jejich vlastní řídicí programový kód ve ‚vyšším‘ programovacím jazyce, jako je C++ nebo Visual Basic,“ upřesňuje Arun Sinha, ředitel pro rozvoj trhu společnosti Opto 22. „V takové situaci by operační systém nebyl schován za oponou, ale bude tím, který podporuje potřebu těchto otevřených jazyků vyšší úrovně bez obětování spolehlivosti.

Společnost Opto v současnosti nabízí tento I/O procesor/řídicí prvek na bázi systému Linux a jeho novější, výkonnější verze je ve vývoji,“ dodává Sinha. Michael Babb, šéfredaktor časopisu Control Engineering Europe, říká, že se Linuxu v automatizaci příliš nedaří, protože jeho zprovoznění vyžaduje intenzivní spolupráci mezi dodavateli. K tomu již ale začíná docházet, alespoň v Evropě. V Německu se otevřený kód začal prosazovat po vzniku sdružení Open Source Automation Development Lab (OSADL). Dr. Carsten Emde, manažer skupiny, uvedl, že sdružení OSADL je modelováno podle organizace OSDL (Open Source Development Labs), která se sloučila se skupinou Free Standards Group a vytvořila organizaci Linux Foundation (LF).

To, co OSDL/LF udělala pro Linux v obecném měřítku, se OSADL snaží pro Linux realizovat v oblasti automatizace. Pokud jde o pohled uživatele, systémový integrátor Joe Simcik ze společnosti I&C Design tvrdí, že podle jeho zkušeností koneční uživatelé mohou, ale spíše nemusí být zběhlí v práci v systému Linux. V současnosti jej využívá technicky vyspělý trh velkých systémů. Volitelná grafická uživatelská rozhraní systému Linux (na rozdíl od integrálního grafického rozhraní systému Windows) značně zvyšují rychlost, efektivitu a spolehlivost serveru. Nevýhodou Linuxu je podle Simcika to, že uživatelé běžně používají tyto počítače k jiným účelům.

Také se díky otevřenému a přizpůsobitelnému uživatelskému rozhraní může stát, že nový uživatel přijde k několika různým počítačům na bázi Linuxu a pokaždé uvidí něco jiného. Prasanth Gopalakrishnan ze společnosti Kalki Communication Technologies říká: „Našim zákazníkům implementujeme více řídicích prvků s Linuxem a vidíme, že většina SOC/procesorů přichází s podporou systému Linux/ WinCE a jejich schopnosti adresování paměti a zpracování dat prudce rostou. U jakýchkoli nových návrhů se návrháři řídicích prvků stále více kloní k této možnosti, protože mají větší flexibilitu a náklady pod kontrolou a díky vyšší rychlosti procesorů, sběrnice, vyrovnávací paměti, atd. již nehrozí problémy s výkonem.“

Mauro Arigossi ze společnosti Alfamation upozorňuje, že hrát si se systémy Windows a Linux je sice zábavné, ale ne každý má k dispozici postupy, znalosti a zkušenosti nebo jednoduše čas, aby je náležitě zvládnul. Potvrzuje, že Linux může být přínosem, když je dobře podporován souvisejícími funkcemi pro řízení systémových aplikací, vývoj a využívání a zárukou bezpečného provozu pro techniky vyvíjející aplikace. „Ještě poslední rada pro využívání otevřených systémů k řízení,“ říká Arigossi. „Doporučuji, abyste tyto systémy nikdy nenazývali počítač nebo PC, ani nepoužívali magická slova ‚Windows/ Linux‘. To přitahuje pracovníky se zásadami pro IT jako bakterie protilátky.“

www.osadl.org

Operační systém a PLC

Dva pojmy, které pro mnoho programátorů PLC stále nejdou příliš dohromady. Je tomu teprve pár let, co PLC přestala stačit nárokům na komunikace, zpracování dat přímo na stroji a řízení pohonů a na trhu se začala objevovat PLC založená na architektuře PC. Jejich jádro tvoří obvykle Intel kompatibilní procesor (Pentium, Celeron), mají dynamické paměti v řádu desítek MB, paměťové médium se souborovým systémem FAT, Ethernet a USB rozhraní. „Form factor“, nebo chcete-li vzhled, je snad to jediné, co má takový moderní řídicí počítač se „starým dobrým“ PLC určeným k náhradě reléové logiky společného. Bez operačního systému se však neobejde. Ovladače a správa celého systému jsou právě jeho úkolem. Zapomeňme však na Windows nebo Linux. Ani Windows CE, ač se o to snaží, stále nedosahují požadovaných real timových vlastností.

Priority Microsoftu jsou asi stále spíše v kancelářích než v průmyslu. Operační systém PLC je tedy většinou nějaký real timový operační systém, obecně označovaný Embedded OS. Vývojový software pak umožní jej používat a programovat buď jako klasické PLC, např. pomocí releových schémat, nebo jako skutečný počítač ve vyšším programovacím jazyce, např. strukturovaném textu nebo C. Sjednocení architektur PC a PLC podnítilo další nové nápady. Proč neudělat z průmyslového PC programovatelný automat s vysokým výpočetním výkonem? Viděli jste někdy PLC s procesorem Core 2 Duo a PCI Expres sběrnicí? Slušný operační systém PLC běží i na PC a aplikační software napíšu v klasickém vývojovém nástroji pro PLC. Hardware PC však musíme mít i typické komponenty PLC, např. statické paměti zálohované baterií a obsluhu výpadku napájení. Navíc jsou k dispozici operační systémy reálného času, které dokáží koexistovat na jednom procesoru spolu s Windows.

Na českém trhu jsou poměrně rozšířená řešení, kdy na jednom průmyslovém PC běží řízení stroje i vizualizace pod Windows. Operační systém reálného času má celý hardware PC pod kontrolou a Windows pouští jako jednu ze svých úloh s nízkou proiritou. Přitom real timová část se programuje jako PLC. Je tedy pouze na uživateli, zda programuje a používá moderní řídicí systém jako PLC nebo jako tzv. Open PC Based Controller. U nás v B&R platí, že pokud si zákazník přeje PLC, dostane PLC, pokud si přeje řízení založené na PC, dostane „Open PC Based Controller“. V obou případech se však jedná o tentýž hardware, programovaný stejným vývojovým softwarem.

Zdeněk Švihálek, B+R automatizace

 

Autor: Renee Robbinsová a Barbara Axelsonová, Control Engineering


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Trendy v robotizaci 2020
2020-01-28 - 2020-01-30
Místo: Best Western Premier / Avanti, Brno
DIAGO 2020
2020-01-28 - 2020-01-29
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Trendy automobilové logistiky 2020
2020-02-20 - 2020-02-20
Místo: Parkhotel Plzeň
Úspory v průmyslu
2020-03-03 - 2020-03-03
Místo: Ostrava
AMPER TOUR 2020
2020-03-17 - 2020-03-19
Místo: Brno

Katalog

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

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI