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集成控制器飞速发展

作者:Jeanine Katzel2011.03.25阅读 3639

        平板电脑硬件和软件的进步及其带来的时间、空间和费用节省非常鼓舞人心:当乡村歌手Pointer Sisters 在很多年之前演唱“我是如此激动”时,没有人会料到他们的歌词会被用来描述当今自动化和控制领域的进步。然而,“激动”一词的确如实地表达了人们对时下市场中越来越先进的集成控制产品和系统的感叹。
        是什么推动了这种进步?是硬件和软件的发展,特别是多核处理器和虚拟软件的飞速发展,提供了前所未有的多种选择和功能特性,改进了OEM 设备的设计,改善了最终用户的使用和维护体验。例如平板电脑和工业控制器之类的集成产品比以往更加小巧,在控制柜中占用的空间更小、产生更少的热辐射、更少能耗,最重要的是控制工程网版权所有,它的功能更加强大。
        National Instruments公司工业嵌入式产品经理Robert Jackson说,一些令人十分激动的新技术正在促使硬件集成化,他引述了Intel公司的多核处理器并特意提到了Atom处理器。但是不断丰富的性能并非全无隐忧。这些公司提供的“先进”器件到底有多先进?这才是关键。是否每一个新技术都有必要立即在工厂中采用?Advantech 公司工业自动化事业群HMI 产品经理Lawrence Liang建议道,确实,使用新技术能够紧跟科技发展的步伐,但是必须要考虑整体的稳定性和可靠性。
        纵览现今技术的进展,已几乎发展到极致。虽然多核处理器更加昂贵,但是它确实能够提供前所未有的优势,而且是以一种革命性的方式。采用这些新技术并不需要做很多改动,不管是硬件还是软件上。从设备制造商到最终用户,产品可以令每一个人满意。

集成控制接口让信息交互更加便利,空间明显节省,这意味着更少的零部件和更少兼容问题。

        欢迎来到整合的世界
        集成控制器/ 人机界面的发展可谓一日千里。Siemens 公司工业PC 和基于PC自动化产品市场经理Sidney McLaurin Jr. 观察到:“技术的进步确保了持续不断的改进,例如无风扇作业、固态硬盘驱动器和非旋转式媒体。”今天,基于PC 的解决方案使OEM 设备设计的体积更小。最终用户可以在PC上运行PLC 的功能,并且无需使用传统的PC 硬件。
        B&R Automation公司产品经理StephanStricker赞同道“几年前,系统很简单,但是性能也较弱。现在,我们设备性能更加强大,通过使用基于微软Windows 的PC,控制功能和接口被有效结合。”
        集成器件减少了故障发生的可能性,Beckhoff Automation 公司IPC 产品经理Corey McAtee 说道:“5 到10 年前,如果你想与传统的机架固定式PLC 解决方案接口,那么接口必须是独立的硬件,使用某些通讯手段,辅以正确的布线。这一切都增加了空间上的要求和额外的费用。集成式设备则可以减少所有的这些花费,它减少了库存和售后服务量,而且先进的处理器还使所有的功能提速。”
        更小的控制柜体积是集成化趋势的主要贡献之一,McLaurin 指出:“空间意味着成本。由于不使用PLC 硬件,控制柜中就有额外的空间放置其他器件。而且www.cechina.cn,基于PC 的系统可以运行用户开发的程序和复杂的算法,等效于传统PLC 的功能、可视化能力、数据处理能力,甚至更多,减少了购买其他硬件的需要,在搭建系统的时候,节省了投入。将这种方法的前期投资和每次应用新的解决方案都要购买的额外硬件对比,这笔节省是巨大的。”

集成控制器和接口为设备提供了更多功能,改进了设计,改善了用户的使用和维护体验。先进的处理器技术和虚拟软件技术帮助制造商能够以经济的方式开发稳定可靠的系统。

        硬件因素
        是什么支撑了这些进步?NI公司的Jackson说,一些令人激动的新技术正在驱动硬件的集成。定位于嵌入式应用和大量应用于触控式面板的工业Atom 与消费型上网本的处理器类似,但是可以工作于–20 到60℃ 的温度区间。这正是对需要无风扇和更宽工作温度区间的工业需求的回应。Jackson 称Atom为Intel 公司在工业市场的首次出击,并说道:“此器件将会撼动传统的硬件工作模式,因为它可以在一个多核芯片上运行两个独立的操作系统。当你讨论平板电脑和控制器的融合,这就是了。”
        大多数的供应商都采用了多核技术。Siemens 公司重新设置了WinAC 软控制器(包 括基于PC 的控制器)以便运行于微软公司Windows7系统内核下。产品设计使用双核处理器,例如Intel 公司的i- 系列,支持多进程操作,允许同时运行2 两任务,极大地提升了设备的容量和性能。此系统可以应用于那些既要在PC 平台上运行高数据容量和高速处 理功能,又要同时完成控制和可视化作业的场合。
        McLaurin 解释道:“如果Windows系统出了问题,PLC 仍旧维持工作。对于很多用户这一点很重要。他们对于移植到基于PC 的解决方案一直犹豫不前,就是因为考虑到了Windows 的可靠性。我们通过使用独立于Windows 环境的软控制器,解决了这个问题。”
        类似地,Beckhoff Automation公司也支持使用最新技术。它是Intel 嵌入式联盟成员,致力于使用先进的处理器技术,提升系统功能。McAtee 说道:“例如,四核PC 可以在一台设备中实现很多功能。我可以为其中1 核 分配HMI 任务,1 核分配PLC 任务,1 核分配运动控制任务,剩下1 核留作日后扩展。”

集成设备具有各种形状、尺寸和型号,具有多种功能。其中 National Instruments公司采用虚拟化技术和多核处理器的NI- 3110工业控制器堪称佼佼者,为设计人员提供强大的监控系统CONTROL ENGINEERING China版权所有,保证实时作业的完成和丰富的HMI能力。

        软件连接
        硬件上的进步是引入瞩目的,但是软件对于集成化的作用也是功不可没。最终用户可以为集成控制器分配更多任务,特别是有更多功能可用,从接口到统计信息的编辑,贯穿独立设备和整个生产过程。(详见本文基于Web 的新型用户接口技术的描述)
        几年前,National Instruments 公司LabVIEW 实时产品经理Casey Weltzin 说道:“必须使用几个独立的运算硬件来运行通用操作系统以实现可视化以及运行实时操作系统实现决策逻辑。虚拟化技术解决了这个挑战,它允许设计人员在一台控制器上实现两种类型操作系统的功能——从而减少了硬件花费和设备体积。”
        制造商需要容易集成到系统中的接口, 最好允许远程维护。Stricker 说道:“工厂中可能有10 条流水线,当需要变更一条流水线上的产品时,如果设备操作人员不具有更改产品配置的权限,他可以将HMI 设置为运程控制模式,这样一来www.cechina.cn,工厂办公室中的PC 就可以看到所有流水线的运转情况。具有权限的管理员可以观察并控制设备,无需踏出办公室一步。”
        平板电脑管理很多功能,集多种功能与一台设备。未来工厂中,平板电脑将是标准配置,McAtee 说道:“小设备,用处大。Beckhoff 采纳了这种方法,尽可能地为软件减负,以最小化系统的硬件需求。在产品的整个生命周期内对比软件和硬件的花费,软件更容易支持、花费更少、生命周期内零部件问题更少。软件支持性几乎是无穷无尽的,如果需要更改,就更改软件,但对于硬件来说,往往没这么简单。”
        虽然大多数软件问题已经解决了,开发专家的需求上仍旧有缺口,NI公司的Jackson 指出“很多软件是为特殊硬件定制的。行业HMI 软件包在向其他应用领域扩展时会产生问题,这使得软件的进一步开发变得十分必要。”
        克服缺点,发扬优点
        克服技术的弊端是一件事,让用户接纳技术的优点又是另一回事。而且www.cechina.cn,困难重重。对于工厂来说,空间很重要,使用集成元器件的小尺寸设备更受欢迎。更少的零部件意味着更少的故障点,和更容易服务。从设计和开发的角度来看,同一种开发环境缩短了投入市场的时间周期,仅仅学习一种软件就足够了,也减少了库存。B&R 公司的Stricke 说道,虽然新技术要求投资,但是集成化的优点从长远来看,可以降低成本。“将两种器件集成就消除了协同工作的问题,而且涉及到的器件也减少了。”
        从环境角度来看,最终用户可以搭建一个“绿色”机柜,因为集成系统对于冷却上的要求降低了。Beckhoff 公司的McAtee 说道:“新技术将最终用户OEM 厂商引向新时代,他们需要重新分析如何设计控制机柜和扩展应用。今天,一本书大小的PC 就可以在55 或者60℃的条件下,完成项目要求的所有运动控制和接口功能。这种能力对生命周期 成本具有正面的影响。”
        Advantech 公司的Liang 说道,集成控制器确保人机界面靠近设备。新一代触摸面板具有–20 到60℃的工作区间。他们更加耐用,可以工作于更加严酷的环境中。由于可靠性的提高www.cechina.cn,这些设备可以工作于从前无法胜任的户外应用中。而且www.cechina.cn,节能性使得集成平板电脑在倡导绿色的世界拥有一席之地。
        而且www.cechina.cn,先进的平板电脑和集成工业控制器提供了安全和诊断工具,可以降低被动式维护的需求并增加日常维护的效率。双电源最小化了电源故障的影响,热插拔硬盘驱动器确保作业持续进行,限制了由于硬盘驱动崩溃而导致的停机时间。McLaurin 说道:“发展的趋势是集成工业设备可以提供很多预判信息,而这些信息商业电脑是无法提供的。 有了这些信息,维护或者其他服务就可以在生产被中断之前进行。”

B & R 公司的另一种集成HMI Power Panel 480是15英寸的CNC面板,它的特点是配备了外部手持设备。它提供人体工程学设计,包括集成RFID读卡器和集成紧急制动开关。

        明确轻重缓急
        谁不想要“更快”和“更优”?除了现代集成控制器硬件和软件上优势,“新型”和“令人激动”可能并非是一件必要之事。制造商需要可靠、稳定和长寿的系统。工业环境不会一直持续改变,Advantech 公司的Liang 说道:“改进是必要并且是必须的,新技术总是好的,但是改变的速度不宜太快。工业世界必定会滞后于消费品世界。对于工业来说,新技术需要花时间去评价、测试和具体应用。而且www.cechina.cn,新系统的开发也要花时间。大多数工业产品需要具备更长的生命周期,我们并不希望工业品像消费品一样,每6 个月或者每年就变化一次。工业系统需要更高的稳定性和更长的生命周期。”
        如果说采用新技术有什么缺点的话,就是管理上的变化所带来的挑战。它带来了一些问题,其中一些问题确实值得注意。然而,供应商通过给新功能冠以老面孔,以缓解变革期的各种问题。
        由于实时内核和微软Windows 内核可以在一块芯片上共存,那么可视化功能可以从控制器上分割开来。那些对老技术颇有不舍的用户可以升级HMI 和可视化硬件,但同时保留控制硬件——或者升级控制器,但是保留原有的显示器。制造商可以替换显示器或者升级核心技术,但是仍旧保留同样的软件或者处理器,这可以缓解在向新技术转换过程中的水土不服,减少投资。类似的,基于PC 的显示器和触摸屏正在逐步开拓其市场,提供了集成化所带来的前所未有的优势。Jackson补充道:“这种条件下,或许平板电脑市场实际上正在从全集成解决方案向一种模块化方法迁移。”
        除了前面所述的众多发展,器件集成化仍旧保持着增长势头。很多工厂仍旧使用传统的Celeron或者AMD处理器。然而,实际上有很多新的技术已经可以存在了,远超你的想象,采用了Atom 的应用也数量巨大,如同追赶风潮一般。NI公司的Weltzin说道:“经济状况在某种程度上阻碍了新技术的应用。我们正处在经济衰退的时代,很多制造商有比安装新设备更严峻的问题。但是情况正在有所改观,设备集成商正在为先进的医药和新能源项目设计新型设备。将两种硬件功能合二为一,所提供的进步着实不小。”
        科技所提供的毫无疑问的优势不可能永远被忽视,润物细无声般,他们正在被OEM厂商和最终用户接纳,工业也因为集成系统而越来越完善。谁会说这不令人“激动”呢?

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