программно-конфигурируемых машин

Виртуализация управления в эпоху программно-конфигурируемых машин

Опубликовано в номере:
PDF версия
В области промышленного Интернета перспективным является использование программно-конфигурируемых машин, которые позволяют перенести все достоинства оперативного мониторинга и аналитики в облака, используя при этом всю мощность реальных машин, работающих на встраиваемых системах управления. «Интернет вещей» (IoT) соединяет людей с машинами, машины между собой (М2М), а также людей и машины с облаками, обеспечивая при этом постоянное совершенствование своих полезных свойств.

Приложения в контексте систем управления должны вести себя безопасно, надежно и предсказуемо, быть защищенными от стороннего несанкционированного вмешательства и в то же время иметь повышенную гибкость. С целью снижения массо-габаритных характеристик изделий, а также получения преимуществ в части энергопотребления, характерных для бытовой электроники, индустрия автоматизации взяла на вооружение многоядерные архитектуры. Тенденция к многоядерной вычислительной технологии имеет очень важное значение для встраиваемых приложений и систем управления, особенно с учетом последних достижений в технологии виртуализации, позволяющей обеспечить экономически эффективную эксплуатацию таких архитектур.

 

Будущее систем управления

Интеграция виртуализации и удаленного управления, внедрение сетевого I/O в технологические процессы обеспечивают более эффективное использование ресурсов, позволяют уменьшить занимаемое пространство на печатной плате, имеют более низкое энергопотребление и долгосрочную миграционную гибкость в архитектурах управления. Чтобы обеспечить гибкость и возможность одновременной работы как с критическими, так и с некритическими приложениями (например, с человеко-машинным интерфейсом (Human-Machine Interface, HMI) и управлением системой в режиме реального времени) на одном и том же оборудовании, виртуализация разделяет это оборудование на своеобразные части. Например, чтобы сохранить физическое пространство и уменьшить связанные с этим расходы, приложения, для которых требуется меньшая занимаемая площадь, можно объединить в виде нескольких физических компьютеров в виртуальной архитектуре.

Отделение портов I/O от ядра контроллеров с помощью высокоскоростных и надежных сетей делает контроллеры легко модернизируемыми, сохраняя инфраструктуру их ввода/вывода и позволяя портам I/O быть расположенным ближе к месту их непосредственного использования. Такой подход уменьшает количество проводов и сокращает затраты на установку системы при подключении различных типов I/O в одном корпусе или даже позволяет использовать подключение с помощью беспроводной связи. Для жестких условий окружающей среды возможность ограниченного сертифицирования на устройства ввода/вывода также снижает уровень общих затрат.

Гибкость в системах управления помогает идти в ногу с быстро меняющимися требованиями и достижениями в области технологий. Системы управления промышленного Интернета как раз и разработаны с учетом этого. Некоторые контроллеры с открытой платформой выполнены на основе компонентов индустриального класса, без вентиляторов, и предназначены для надежной работы в жестких условиях окружающей среды. При необходимости их модернизации она может быть выполнена при помощи устойчивой к воздействиям модульной архитектуры COM Express (COM — Computer on Module, «компьютер на модуле»; COM Express — стандарт PICMG). Все это выполняется в том же самом корпусе и без изменения разводки печатной платы.

 

Интеграция: управление, HMI, данные

Комбинирование программируемых логических контроллеров (ПЛК) и компьютеров (ПК) предоставляет аппаратное деление на части и сеть как платформу для повышения гибкости

Комбинирование программируемых логических контроллеров (ПЛК) и компьютеров (ПК) предоставляет аппаратное деление на части и сеть как платформу для повышения гибкости

Простая логическая система управления с поддержкой гипервизора представляет собой интеграцию управления с функциями уровня супервизора. Гипервизор, монитор виртуальных машин в компьютерах, — это программа или аппаратная схема, обеспечивающая или позволяющая одновременное, параллельное выполнение нескольких операционных систем на одном и том же хост-компьютере. Системные интеграторы, производители оригинального оборудования (OEM) и конечные пользователи разработали специализированный HMI для таких приложений. В таком варианте использования система управления объединяет контроль, HMI и сервер архивных данных (historian) в одном физическом оборудовании, обеспечивая плотно интегрированную архитектуру.

В традиционных архитектурах ПЛК осуществляет работу всей логики системы, в то время как один или несколько обычных ПК используются для взаимодействия с пользователем, используя HMI и для хранения баз данных с историей операций. Разделение функций управления и HMI может создать некоторые проблемы инженерам ПЛК, связанные с передачей информации от ПЛК в HMI-приложение. В консолидированной архитектуре HMI может получить доступ к ПЛК и встроенным стандартам совместимости, таким как OPC-UA, что облегчает связь между ПЛК и HMI.

Модульная архитектура обеспечивает больший жизненный цикл для продуктов, к которым предъявляются повышенные требования в части устойчивости к воздействиям, и облегчает их миграцию. Выигрышем, который дает в этом случае система управления с гипервизором, является консолидация ПЛК и ПК с целью уменьшения общей занимаемой площади, уменьшением затрат энергии и количества кабелей. Сокращение общей занимаемой площади особенно важно для таких удаленных сфер применения, как оборудование морского базирования, энергетика, нефтяная и газовая промышленности.

Объединение ПЛК, HMI, и сервера архивных данных не является чем-то сверхсложным, и позволяет клиентам брать на себя решения таких задач, как настройка, конфигурирование и устранение неисправностей. Все это возможно благодаря тому, что они имеют прямой доступ к контроллеру, хорошо отлаженную архитектуру, открытое решение, язык, соответствующий требованиям МЭК, и стандарты совместимости. Все это также позволяет выполнять гибкие конфигурации для операционных систем, эффективное управление с большими наборами функций, а также подключения к интеллектуальным платформам и сторонним устройствам. Консолидированное приложение обеспечивает доступ к данным как на уровне производственного объекта, так и на оперативном уровне, что ранее, возможно, было недоступно или нерентабельно.

 

Компактные архитектуры для систем автоматизации

Ключевая концепция программно-конфигурируемых машин — это развязка их программного и аппаратного обеспечений. Это следующее поколение систем управления, построенных для целей промышленного Интернета, будет обеспечивать полностью интегрированные системы для ввода/вывода, управления и программного обеспечения приложений, которые будут способствовать прогрессу путем использования промышленных сетей. Управляющие системы будут представлять собой объединение таких технологий, как разделение аппаратного обеспечения и сеть в качестве платформы объединения, что увеличивает гибкость всей системы в целом. Упрощенные системы автоматизации будут лидировать в будущем, поскольку они предоставляют такую инфраструктуру, которая имеет возможность развиваться и расти.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *