Программируемые контроллеры и промышленные компьютеры

Проникновение ПК во все сферы современной жизни повлекло за собой постепенное стирание различий между бытовым и промышленным программным обеспечением. Персональные компьютеры решают не только все задачи управления верхнего уровня иерархии, но и заняли прочное место в реализации некоторых подсистем управления производством (например, подсистемы визуализации и обслуживания). В настоящее время ПК активно используют в управлении технологическими процессами, что объясняется возросшей необходимостью снижения затратности производства. Реализация систем автоматизированного управления на базе ПК позволяет сэкономить немалые денежные средства.
Однако выбор между гибко программируемым контроллером и ПК зависит не только от технических характеристик оборудования или граничных условий решаемой задачи. Основную роль в таком выборе играют личные предпочтения и опыт пользователей. Поэтому особое внимание производители средств автоматизации уделяют широте функций предлагаемых ими систем, что способствует свободе выбора потребителем оборудования. Невозможно дать общие рекомендации о том, в каких случаях нужно применять гибко программируемые контроллеры, а в каких — отдать предпочтение ПК. Несмотря на существование таких критериев, как стоимость системы, возможность ее работы в реальном режиме времени, надежность, вычислительная мощность или сложность сервисного обслуживания, их применение зависит от конкретной постановки задачи, особенностей приложения и требований пользователей.
Наиболее важную роль играют работоспособность системы в реальном режиме времени и ее надежность — качества, которыми до сих пор системы на базе ПК не обладали, но без которых система управления технологическим процессом невозможна.
Персональный компьютер не рассчитан на то, чтобы реагировать на какие-либо события в управляемом процессе в течение предопределенных промежутков времени, что является его основным недостатком. При работе ПК возможна ситуация, когда операционная система или части пользовательских приложений блокируют центральный процессор на достаточно продолжительные промежутки времени. Например, обработка прерывания может исключить на некоторое время обработку последующих прерываний. Такое поведение системы не приемлемо для технологических процессов, требующих строго определенного времени реакции.
Гибко программируемые контроллеры работают таким образом, что следующие друг за другом алгоритмические шаги и процедуры исполняются за строго определенное время. Такая концепция позволяет легко оценить или измерить максимальное время реакции системы управления. Превышение времени цикла исполнения программы управления (максимальное время реакции системы) является одним из самых важных событий, на которые контроллер должен непременно реагировать.
Конечно, ПК также можно сделать способным работать в реальном режиме времени. Выбор подходящей операционной системы и грамотное написание программного обеспечения позволят и при использовании персональных компьютеров достичь гарантированного времени исполнения программного цикла и обработки прерываний. Однако эти преимущества имеют и некоторые недостатки: чем больше функций работы в реальном режиме времени встроено в персональный компьютер, тем сильнее это конкретное решение отличается от общепринятых стандартов и таких связанных с ними качеств, как открытость и совместимость с другими системами.
Возможность работы системы в реальном режиме времени является не единственным фактором при выборе между гибко программируемыми контроллерами и ПК. Возможность подключения системы к информационной сети, функции обработки данных и визуализации, качество графического интерфейса играют также важную роль.
В тех случаях, когда дополнительные функции начинают существенно превалировать над функциями управления и требуется использование всего спектра возможностей ПК, предпочтительно применять программные решения на базе персональных компьютеров
Если решаемая задача управления требует полноценной работы в режиме реального времени (это значит, что система при всех обстоятельствах в 100 % случаев реагирует на все события в управляемом процессе в строго определенные промежутки времени), без использования гибко программируемых контроллеров трудно обойтись. Замена решений на базе малых программируемых контроллеров на системы, выполненные на базе ПК, невыгодна с точки зрения цены. Однако в тех случаях, когда нарушение строгих временных рамок допустимо, применение открытых систем на базе персональных компьютеров не представляет сложности.
Для обеспечения абсолютной предсказуемости времени реакции операционная система должна быть соответствующим образом расширена. Подобные расширения всегда специфичны для определенных производителей, поскольку на международном рынке не существует общепризнанных стандартов операционных систем (или расширений операционных систем) реального времени. Эта необходимость создания нестандартных расширений влечет за собой потерю самого главного преимущества решений на базе ПК — их открытости, а решение становится зависимым от конкретного производителя, осложняется последующий переход на новую версию операционной системы.
Фирма «Siemens» в рамках семейства средств автоматизации SIMATIC Totally Integrated Automation предлагает новые системы SIMATIC WinAC (Automation Center), которые позволяют решить все перечисленные проблемы. Новые устройства недороги, совместимы с современными стандартами, просты в применении и обслуживании и пригодны для всего спектра приложений, написанных для операционной системы Windows. Однако и для этих систем действует правило: их применение целесообразно лишь в том случае, если кроме традиционных задач управления пользователю необходимы также типичные функции персональных компьютеров — обработка данных и визуализация управляемого процесса. Для задач управления гибко программируемые контроллеры, как и прежде, остаются наиболее рентабельными.
WinAC — это не просто программная эмуляция контроллера на ПК. Новый продукт фирмы «Siemens» представляет собой интегрированное и комплексное решение задач автоматизированного управления технологическими процессами на базе персональных компьютеров.
Преимуществами таких систем являются:
экономия средств в случаях, когда ПК является частью технологического оборудования;
открытость — программное и аппаратное обеспечение не зависят от конкретного производителя, обладают высокой производительностью и низкой ценой;
неограниченный объем оперативного запоминающего устройства (ОЗУ);
возможность решения задач визуализации без необходимости затрат на дополнительное проектирование;
возможность использования функций, написанных на языке С.
К недостаткам следует отнести следующие:
реализация режима реального времени возможна только в результате расширения систем;
отсутствие возможности масштабирования аппаратного обеспечения (в семействах программируемых контроллеров имеется значительно большее разнообразие устройств различных классов мощности);
аппаратное обеспечение стандартных ПК (не ПК промышленного исполнения) значительно хуже программируемых контроллеров с точки зрения надежности. Это относится и к системному программному обеспечению, так как оно значительно проще в программируемых контроллерах, чем в ПК;
невозможность распознавания ситуации перебоя электропитания.
Однако промышленные компьютеры наряду с программируемыми контроллерами активно используются в управлении технологическими агрегатами и комплексами. И эта тенденция в дальнейшем будет усиливаться.