Явное развитие автоматизации: больше осей, больше датчиков, больше возможностей соединения - больше данных. Индустрия 4.0 опирается на расширенную информацию. Большая гибкость машин приобретается благодаря более сложному расположению приводов, роботизированных манипуляторов и более широкому использованию технологий изображения и видео. Сбор и обработка этой массы данных из интеллектуального производства требует больше ресурсов, вплоть до новых технологий, таких как машинное обучение или искусственный интеллект. Вычислительная емкость и память оборудования обычных средств управления вряд ли идут в ногу с этим развитием. Некоторые приложения также требуют среды Windows.
Картинная галерея
Картинная галерея с 6 картинками
Такой сценарий не является проблемой для ИТ: облако предоставляет практически бесконечные ресурсы для хранения и обработки данных, а также, при необходимости, виртуальные среды с различными операционными системами.
Но другие законы применяются к цеху. Ограниченные возможности сети и аспекты стоимости ограничивают использование облака в критически важных областях автоматизации.
Два разных подхода
Производительность элементов управления увеличивается с каждым новым поколением процессора. Частично ограниченное хранилище данных может быть значительно расширено с помощью карт расширения. И скорость чтения и записи этих карт памяти также улучшилась. Тем не менее, пока процессоры управления остаются ограниченными классами ARM и Atom, даже более современные ПЛК обладают лишь ограниченным потенциалом для повышения производительности, несмотря на все это.
Технология ПК, с другой стороны, обещает большую производительность, что также позволяет использовать приложения на базе Windows. Определенные задачи могут быть переданы им для более быстрой обработки, только результаты возвращаются в элемент управления ПЛК. Тем не менее, эта техника требует больше инженерных усилий. Он также занимает больше места в шкафу управления и требует дополнительных кабелей.
Шкаф контроллера как альтернатива "арифметике"
С контроллером статива c550 Lenze теперь демонстрирует новый подход к решению задач автоматизации с высоким энергопотреблением с помощью технологии управления. Основой является процессор Intel Core i7-7600U с двумя ядрами и тактовой частотой 2,8 ГГц (см. Вставку). С этим ЦП, предел производительности для контроллеров переопределен. Целью было разработать серию контроллеров, которые могли бы легко справляться с быстро растущими требованиями к задачам управления и применениям движения с помощью Industry 4.0. Таким образом, Lenze значительно расширяет свое портфолио. При выполнении сложных задач производителям больше не нужно беспокоиться о том, сможет ли контроллер обеспечить достаточную вычислительную мощность. C550 предлагает много вычислительной мощности.
Таким образом, контроллер конкурирует с решениями, для которых до сих пор рассматривались только промышленные ПК из-за требований к чистой производительности. Вместо этого, машиностроитель теперь может использовать меньший форм-фактор ПЛК, а также использовать стандартные программные модули Lenze Fast Toolbox, включая созданные для этого модули и собственные модули. Существующие программы или программные модули в соответствии с МЭК 61131-3 и проекты, основанные на среде программирования Codesys, также могут продолжать использоваться.
ПК и ПЛК открыто объединены
Модель c750, основанная на том же аппаратном обеспечении, еще больше размывает разделение между ПЛК и промышленным ПК. Потому что этот контроллер охватывает приложения, в которых приложения Windows абсолютно необходимы. Архитектура открытой системы, которую Lenze обеспечивает с помощью этой модели, делит вычислительную мощность на две независимые операционные системы. Linux реального времени отвечает за задачи управления, а открытая версия IoT Enterprise для Windows 10 доступна для пользовательских программных приложений.
Каждая из этих систем работает на физическом ядре процессора, которое разделяется на два виртуальных ядра и, следовательно, может обрабатывать две задачи параллельно. Это стало возможным благодаря виртуализации, интегрированной в ЦП на уровне процессора, что позволяет напрямую распределять доступные ресурсы - помимо ядер процессора, а также ОЗУ и интерфейсов. С контроллером статива c750 порт Windows, гигабитный порт локальной сети, порт USB 3.0 и слот CFast SSD назначаются системе Windows. Мастер EtherCAT, вторая гигабитная ЛВС и порт USB 2.0 связаны с частью ПЛК.
Программируемый логический контроллер
Что такое ПЛК? Определение, основы и функции
От машинного обучения до обмена данными с облаком
Наиболее распространенные приложения Windows включают приложения баз данных, такие как управление рецептами и анализ данных, иногда с помощью машинного обучения. Примером этого может быть профилактическое обслуживание. Распознавание изображений для считывателей штрих-кодов и 2D / 3D-сканеров или приложений для визуализации в основном зависит от Windows, как и обучающие приложения для простого обучения роботов.
Обмен данными с облаком становится все более актуальным. Предварительная обработка данных, например, в виде средних значений за интервал измерений, уменьшение количества точек измерения, которые должны быть переданы, или отфильтровывание отклоняющихся значений измерений может помочь значительно сократить объем данных, передаваемых в облако. С одной стороны, это снижает сетевой трафик в цехах и на внешних каналах связи. С другой стороны, это помогает снизить затраты в облачном приложении, поскольку его выставление счетов часто основано на объеме передаваемых данных.
Благодаря независимым операционным системам управление машиной остается стабильным
В основе этой комбинации ПЛК и ПК в одном устройстве лежит бескомпромиссная стабильность управления машиной. Две операционные системы полностью независимы друг от друга: если Windows 10 IoT Enterprise выходит из строя на ПК-части, управляющая часть продолжает работать совершенно без помех - но без вычислений, которые были переданы на стороне ПК.
Шкаф Controller c750 от Lenze так же надежен, как и комбинация контроллера и ПК, каждый со своим оборудованием. То же самое относится и к безопасности: несмотря на интеграцию в одном корпусе и общем процессоре, каждый из компонентов ПЛК и Windows имеет свою собственную сеть. Хотя они могут связываться друг с другом внутри, они также могут быть изолированы друг от друга, используя обычные меры безопасности, чтобы вредоносное ПО или атаки на ПК с Windows автоматически не подвергали опасности ПЛК.
Есть и интересные экономические преимущества. Потому что некоторые сборки не должны дублироваться. Кабели проще, а программирование и обслуживание системы также требуют меньших усилий для OEM, поскольку разработчик должен подключаться только к одной системе, а не работать параллельно на двух устройствах. Размеры шкафа управления выигрывают от компактного форм-фактора. Здесь обычно мало места, и в подструктуре машин или приводов изменение внешних размеров для размещения дополнительного ПК зачастую в любом случае невозможно. Интеграция ПЛК и ПК также значительно упрощает работу оператора станции: совместный мониторинг устройств, более легкая передача состояния и интегрированное управление отключением питания - вот лишь некоторые из функций, которые следует упомянуть здесь.
IT встречает OT: когда границы стираются
Благодаря широкому использованию OPC UA в качестве стандарта во многих решениях и компонентах автоматизации стало возможным непрерывное сетевое взаимодействие от уровня поля до облака. Как указано выше, контроллер шкафа C750 может предварительно обрабатывать данные, собранные в облачной совместимой манере. На последнем этапе, интеграции компьютеров умной фабрики не только в перекрывающиеся системы, такие как SCADA, MES и ERP, но и в облачную среду, Lenze разработала решение X4 Remote. Он состоит из облачных шлюзов и облачного набора веб-сервисов. Могут быть подключены как контроллеры Lenze, так и ПЛК других производителей.
Собранные машинные данные регистрируются и сохраняются в кластерах данных. Оценки можно визуализировать на автоматически настраиваемых панелях мониторинга, которые также можно вызывать в Интернете на мобильных устройствах. С помощью облачного решения можно настроить мониторинг в реальном времени и сигналы тревоги, а также создать дополнительные сервисы, такие как удаленное обслуживание и диагностика машины. Современные интерфейсы открывают дополнительные возможности, такие как приложения бизнес-аналитики. С помощью передовой технологии шифрования, а также сложного управления пользователями и устройствами, которое включает в себя уникальную аутентификацию и авторизацию, гарантируется безопасность данных в облаке.
Таким образом, Lenze поддерживает бизнес-модели OEM-производителей, которые также включают оптимизацию технического обслуживания и ремонта или обмен информацией с поставщиками и клиентами.
Дополнительная информация на тему мощного сердца для технологии управления
В шкафных контроллерах c550 и c750 Lenze устанавливает мощный в настоящее время процессор Intel для промышленного использования в очень компактных конструкциях. Процессор с обозначением Intel Core i7-7600U 2,8 ГГц (7-е поколение, архитектура Kaby Lake) имеет ряд преимуществ по сравнению с обычно используемыми процессорами ARM и Atom, в том числе:
- выше процессор и память часов
- два физических или четыре ядра логического процессора, которые могут выполнять задачи независимо друг от друга;
- более современные интерфейсы, что ускоряет подключение и позволяет увеличить пространство памяти;
- Поддержка множества графических форматов на уровне процессора, что упрощает и ускоряет обработку изображений и видео на порядок; Интегрированная виртуализация, без которой невозможно было бы работать двумя параллельными операционными системами, и поддерживающие технологии безопасности, включая команды для быстрого шифрования данных
В целом, процессор Intel i7 значительно мощнее. С помощью новых инструкций процессора, которые выполняют задачи «в кремнии» - другими словами, в специализированных областях ЦП - быстрее и с меньшими затратами энергии, чем если бы они были просто обработаны в программном обеспечении, это все еще более эффективно. В целом, процессор является более сложным и большим. По сравнению с процессором Intel Atom с четырьмя ядрами, который является сильным в своем классе, он занимает на 35% больше места.
Контроллеры увеличивают предел производительности для ПЛК
На практике желание пользователей иметь модульные машины и системы с большей гибкостью означает более высокие требования к программному обеспечению. Это означает, что проекты все больше выходят за пределы возможностей предыдущего контроля. С контроллером c550 Lenze предлагает мощное решение для таких проектов. Некоторые приложения автоматизации также требуют среды Windows. C750 создает альтернативу дополнительному ПК, комбинируя его функции с управлением в компактном форм-факторе. Два контроллера значительно повышают предел производительности для ПЛК - и, следовательно, также порог для перехода на технологию ПК. Вот как Lenze позволяет своим партнерампродолжать использовать модули и модули на основе ПЛК в более сложных проектах и ограничивать усилия и пространство, необходимые в шкафу управления.
SPS 2019: зал 1, стенд 360
* Мартин Клюге, руководитель системы автоматизации управления продукцией в Lenze