Obecnie ceny komputerów przemysłowych są na tyle atrakcyjne, że urządzenia te cieszą się coraz większym uznaniem projektantów systemów sterowania. W ostatnim czasie pojawiło się na rynku wiele interesujących rozwiązań. Warto przyjrzeć się niektórym z nich nieco bliżej.
Przemysłowe komputery panelowe są nieodzownymi elementami nowoczesnych systemów sterowania i wizualizacji. Ze względu na to, że bardzo często instaluje się je bezpośrednio na linii produkcyjnej, konstrukcja musi uwzględniać dostosowanie do szczególnych warunków otoczenia. Na przykład komputer panelowy IPPC-8151S cechuje się obudową ze stali kwasoodpornej 316L. Ważny jest także w tym modelu stopień ochrony IP 66. Należy również podkreślić rezystancyjny ekran dotykowy, odporny na mycie środkami chemicznymi. Stąd też urządzenie to dobrze sprawdza się w takich branżach przemysłu, jak spożywcza, chemiczna, farmaceutyczna czy też tekstylna.
Dostępne interfejsy wejścia/wyjścia to:
- 2 porty Gigabit Ethernet,
- 3 porty RS-232,
- 4 porty USB 2.0,
- 2 porty PS/2 (dla myszy i klawiatury),
- VGA, LPT oraz Audio.
Model UPC-12 firmy iEi Technology to nie tylko wzmocniona konstrukcja mechaniczna, ale też wbudowany system zasilania bezprzerwowego, który bazuje na baterii litowo-jonowej 3800 mAh oraz aplikacji do kontroli jej stanu i zasilania. W zależności od wersji komputera zyskuje się podtrzymanie zasilania maksymalnie przez 60 minut. W urządzeniu uwzględniono czujnik natężenia światła, umożliwiający automatyczne dopasowywanie jasności ekranu do warunków zewnętrznych.
Komputer panelowy IPPC-9171G cechuje się bardzo wytrzymałą na uderzenia i wstrząsy obudową, wykonaną ze stali nierdzewnej. Dodatkowo rama panelu przedniego wykonana jest z twardego anodowanego aluminium. Matrycę zabezpieczono szybą ochronną oraz pokryto powłoką antyrefleksyjną. Zastosowanie zamka na klucz zwiększa bezpieczeństwo pracy komputera, uniemożliwiając dotarcie do jego wnętrza osobom niepowołanym. Komputer jest dedykowany do montażu panelowego lub też w racku 19’’. Urządzenie to znajduje zastosowanie przy wizualizacji i sterowaniu najczęściej jako interfejs HMI w aplikacjach narażonych na szczególnie ciężkie warunki środowiskowe w przemyśle tytoniowym, hutniczym, spożywczym oraz rafineryjnym.
Komputer ACT-457A został zaprojektowany z myślą o systemach kontroli dostępu. Model ten wyposażono w ekran TFT o przekątnej 5,7’’ przy maksymalnej rozdzielczości 640×480 pikseli, jasności 400 cd/m2, kontraście 300:1 i czteroprzewodowym rezystancyjnym ekranem dotykowym. Platforma zamknięta jest w obudowie z tworzywa o stopniu ochrony IP 64 od frontu, z możliwością wbudowania komputera w ścianę. Całość może pracować w rozszerzonym zakresie temperatur od -10°C do 60°C.
Przemysłowe komputery panelowe produkowane są również w wersjach wielkoformatowych. Model AFL-642A jest wyposażony w ekran o przekątnej 42’’ i wysokich parametrach obrazu: jasność – 500 cd/m2, kontrast – 1500:1 i 16,5 mln kolorów. Maksymalna rozdzielczość to 1366×768 pikseli. Metalowy panel czołowy o stopniu ochrony IP 64 jest odporny na kurz oraz rozbryzgi wody z dowolnego kierunku.
Pecet w serwonapędzie
Interesujące rozwiązanie stanowią serwonapędy ze zintegrowanym komputerem. Zalety wynikające ze stosowania takiego rozwiązania to przede wszystkim oszczędność miejsca w szafie, dzięki zwolnieniu przestrzeni przeznaczonej na PC. Istotna cecha rozwiązań tego typu to możliwość pracy w najcięższych warunkach. Na przykład w modelu ACP820 uwzględniono połączenia wewnętrzne bez przewodów. Tym sposobem zyskuje się maksymalną ochronę przed drganiami. Oprócz tradycyjnych interfejsów wymiany danych w niektórych wersjach uwzględniono na przykład standard CAN. Komputery te najczęściej znajdują zastosowanie w dedykowanych systemach, takich jak chociażby wieloosiowe maszyny w przetwórstwie tworzyw sztucznych, przemyśle pakującym, poligraficznym, czy też włókienniczym.
Małe i cienkie
Na rynku dostępne są również komputery cechujące się zmniejszonymi rozmiarami. Na przykład model ARK–4180 firmy Advantech ma rozmiary (164x170x49,2 mm). Model ten można nabyć również w wersji odpornej na pył i wilgoć. Z kolei komputery przemysłowe C6920 oraz C6925 wyposażono w obudowę o wymiarach: model C6920 – 65x231x116 mm, natomiast model C6925 – 65x208x116 mm, dzięki czemu noszą one nazwę SLIM. W niektórych wersjach uwzględniono bezwentylatorowe procesory.
Pomimo niewielkich rozmiarów urządzenia te cechują się szerokimi możliwościami komunikacyjnymi. Stąd też standard stanowi (np. w modelu ARK-4180) sześć portów USB 2.0, dwa porty RS-232, kontroler 10/100 Base-T Ethernet oraz Audio (line-in, line-out). Komputery firmy Beckhoff wyposażono w dwa niezależne interfejsy Ethernet, umożliwiające bezproblemowe odseparowanie aplikacji typu automatyka i IT. Poprzez port Ethernet 100 Mbit obsługiwane są wszystkie zadania sterowania z poziomu EtherCAT. Port 1 GBit służy zaś do podłączenia komputera do sieci nadrzędnej.
Niewielkie obudowy wymuszają na konstruktorach uwzględnianie zmniejszonych urządzeń wejściowych. Przykład stanowić mogą karty mini PC, które pomimo swoich małych rozmiarów cechują się takimi samymi parametrami jak standardowe karty. Stąd też znajdują zastosowane nawet jako szybkie sterowniki realizujące zadania w czasie rzeczywistym. Istotną rolę odgrywa funkcja watchdog, która na bieżąco monitoruje poprawność pracy komputera. W przypadku wystąpienia błędu następuje automatyczny restart.
Inny przykład to model ECN-381. Stanowi on wydajny, bezwentylatorowy komputer wbudowany, oparty na dwurdzeniowym procesorze w technologii 45 nm – Intel P8400 Core 2 Duo 2,26 GHz lub w uboższej wersji, na procesorze Intel Celeron M 2,0 GHz i z chipsetem Intel GM45 ICH9M. Na uwagę zasługują możliwości multimedialne komputera. Jednostka jest wyposażona w wyjście VGA o maksymalnej rozdzielczości 2048×1536, a także HDMI 1080p i może współpracować z dwoma niezależnymi monitorami. Złącze IEEE 1394 zapewnia możliwość bezpośredniej współpracy z zewnętrzną przemysłową kamerą, dzięki czemu urządzenie może być przydatne w systemach inspekcji linii produkcyjnej, monitoringu czy aparaturze biomedycznej. Komputer ma szereg interfejsów przydatnych do zastosowań przemysłowych: 3xRS-232, 4xUSB 2.0, wejście mikrofonowe i wyjście głośnikowe, 2xGbEthernet RJ-45. Oprócz slotu karty CompactFlash II komputer posiada również kieszeń na dysk 2,5’’ SATA.
Przemysłowe przenośne
Na uwagę w zakresie przemysłowych laptopów zasługuje wodoodporna klawiatura (również podświetlana), a także ochrona napędów i portów przed wilgocią i pyłem. Obudowy niektórych modeli są wykonane ze stopu magnezu. Do ciekawostek zaliczyć należy ekran sunlight readable (zastosowany np. w laptopach GETAC B300), który pozwala na pracę nawet przy oświetleniu 1200 NIT. Oprócz tego matryca może być wyposażona w nakładkę dotykową. Niektóre modele wyposażone są w odbiornik GPS oraz modem HSDPA/EVDO. Nabyć można także stację dokującą do montażu w samochodzie. W konstrukcji dysku twardego uwzględniono wyjmowaną, antywstrząsową kieszeń.
Laptop NotePAC wyposażono w antyrefleksyjny ekran dotykowy, który może pracować w pełnym słońcu. Urządzenie cechuje się masą 2,7 kg. Specjalne wykonanie pozwala na użytkowanie w przedziale temperatur od -20 do 55ºC. Komputer znajduje zastosowanie między innymi w pracach projektowych, systemach bezpieczeństwa publicznego, telekomunikacji, magazynach czy w wojsku.
Model Datalogic Skorpion-Gun wyposażono w uchwyt pistoletowy i spust. Jak podaje producent, konstrukcja wytrzymuje wielokrotne upadki na twarde podłoże nawet z wysokości 1,5 metra. Urządzenie waży od 560 do 590 gramów. Architektura systemu Datalogic Skorpio-GUN łączy najszybsze procesory Intela (X-Scale) z najnowszym systemem operacyjnym Windows CE. Opatentowany tzw. zielony punkt, stanowiący natychmiastową reakcję po zeskanowaniu kodu, wyświetla komunikat o „prawidłowym odczycie”, ułatwiając pracę operatora nawet w najbardziej hałaśliwym otoczeniu.
Tablet PC
Niektóre modele dostępnych na rynku komputerów typu Tablet PC spełniają surowe normy wojskowe i przemysłowe. Stąd też urządzenia te cieszą się dużym uznaniem wśród serwisantów pracujących w przemyśle. Doskonale sprawdzają się w sytuacjach awaryjnych, kiedy pracownicy zakładu nie mają czasu na podłączanie przewodów i nie muszą martwić się o delikatne laptopy. Dla osób pracujących dużo w samochodzie przewidziana jest specjalna stacja dokująca umożliwiająca montaż w aucie. Na uwagę zasługuje nie tylko odporność na działanie typowych czynników zewnętrznych, ale również odporność na chemikalia. Na przykład komputery przemysłowe Wonderware typu Tablet PC są całkowicie szczelne. Przydać się może moduł GPS oraz komunikowanie w standardach GSM/GPRS/EDGE/UMTS/WCDMA/HSDPA.
Komputer Xplore Technologies iX104C4 jest w stanie wytrzymać upadek na beton z wysokości 1,2 m. W niektórych modelach dysk twardy zamontowany jest w specjalnej ramce antywstrząsowej, aby zapewnić pewność działania nawet w trudnych warunkach. Przydatna może się okazać wbudowana kamera, która może być użyta przy tworzeniu dokumentacji technicznej na miejscu bez konieczności posiadania oddzielnego aparatu.
Na rynku nabyć można również modele komputerów typu Tablet PC, w których zastosowanie znajduje zabezpieczenie przeciwprzepięciowe. W modelu RTC-
-840 określone jest ono na poziomie 4 kV dla sieci zasilającej oraz 8 kV dla przepięć mogących wystąpić w środowisku zewnętrznym.
Dyski superszybkie
Na rynku pojawiło się również wiele interesujących rozwiązań w zakresie nośników danych. Są to chociażby dyski, które zastosowanie znajdują w profesjonalnych aplikacjach wymagających wysokich transferów danych. Urządzenia tego typu są kompatybilne z wieloma typami kontrolerów SATA najbardziej popularnych płyt głównych. Podkreśla się, że takie dyski dobrze sprawdzają się jako dyski systemowe w pracy ciągłej. Pojemności osiągają ponad 128 GB oraz 240 MB/s zapisu i 260 MB/s odczytu sekwencyjnego. Warto zaznaczyć również takie cechy, jak wysoka odporność na wibracje czy też wysoka odporność na udary. Dostępne są również modele o rozszerzonym zakresie temperatury pracy. Dzięki wyeliminowaniu podzespołów napędzanych mechanicznie zużycie energii jest znacznie ograniczone. Na przykład SSD ATP Velocity SII 2,5” SATA SLC cechuje się wysoką wydajnością IOPS oraz technologią Wear Levelling (statyczny i dynamiczny). Dyski te dobrze sprawdzają się przy obsługiwaniu standardowego systemu monitoringu S.M.A.R.T., dając pełną informację o stopniu zużycia dysku podczas typowej pracy.
Warto też zwrócić uwagę na pamięci Pen Drive, które doskonale nadają się do pracy w warunkach przemysłowych. Konstrukcja obudowy uwzględnia metal o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej oraz możliwości pracy w szerokim zakresie temperatur. Stanowią one dobre rozwiązanie w miejscach narażonych na zapylenie, skrajne temperatury, silne wibracje, wstrząsy i wilgoć.
Michał Kozarzewski, Marketing Engineer, National Instruments Eastern Europe
Współczesne systemy pomiarowe i sterowania wymagają coraz wydajniejszych komputerów. Co więcej, projektanci domagają się elastyczności, która jest możliwa do uzyskania tylko dzięki rozwiązaniom modułowym o otwartej architekturze. Z tego też powodu coraz częściej stosowanym rozwiązaniem w automatyce jest platforma pomiarowo-sterująca oparta na otwartej technologii PXI i jej kolejnej generacji – PXIe. Technologia ta jest rozwijana pod patronatem instytucji PXI System Alliance (http://www.pxisa.org/). System PXI składa się z kontrolera, będącego sercem komputera, zawierającego procesor, pamięć, dysk twardy, porty (np. USB, RS-232, GPIB) oraz inne podzespoły znane z komputerów PC. Kontroler umieszczany jest w obudowie (ang. chassis), która może pomieścić do ponad 20 różnych kart rozszerzeń. Całość pracuje pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego lub ogólnego przeznaczenia, np. Microsoft Windows 7.
Ponad 70 dostawców wprowadziło na rynek około 1500 rożnych modułów dedykowanych dla platformy PXI. Przykładami mogą być urządzenia do akwizycji obrazów, karty akwizycji danych (wejścia/wyjścia cyfrowe, analogowe, licznikowe np. do enkoderów), interfejsy do magistral przemysłowych, takich jak CAN, DeviceNET oraz RS-485, a także urządzeń do tworzenia ultraszybkich pętli sterowania, opartych na układach programowalnych FPGA. Co więcej, PXI, dzięki architekturze opartej na standardowych rozwiązaniach znanych z komputerów klasy PC, pozwala na wykorzystanie procesorów wielo-rdzeniowych (np. Intel i7-820QM), a dzięki graficznym środowiskom deweloperskim umożliwia skrócenie czasu tworzenia kodu. Dzięki temu coraz bardziej popularne staje się pisanie w pełni niezależnych pętli sterujących, pracujących na z góry ustalonych rdzeniach procesora. Takie podejście pozwala na tworzenie niezwykle wydajnych aplikacji sterujących, cechujących się zarówno determinizmem, jak i dużą prędkością przetwarzania.
Cechą odróżniającą PXI od tradycyjnych rozwiązań PC jest zwiększona odporność na drgania oraz wysoką temperaturę. Dzięki specjalnym liniom cyfrowym wbudowanym w obudowy, możliwa jest ścisła synchronizacja modułów służących do generacji i akwizycji sygnałów. Co więcej, przy pomocy specjalnych urządzeń możliwa jest synchronizacja większej liczby obudów PXI, pozwalająca na tworzenie systemów o setkach, a nawet tysiącach kanałów. Przykładem takiej aplikacji może być słynny Wielki Zderzacz Hadronów w Laboratorium CERN, w którym wiązki cząstek są sterowane właśnie za pomocą ściśle zsynchronizowanych systemów PXI, wykorzystujących system operacyjny czasu rzeczywistego oraz układy programowalne FPGA.
Podsumowując, przyszłością systemów sterowania stają się otwarte, modułowe rozwiązania, które nie ograniczają inżynierów funkcjonalnością, zdefiniowaną przez producentów. Proste w rozbudowie urządzenia pozwalają na rozwijanie i modyfikację systemów w zależności od wymagań rynku.
Tomasz Dzideczek,starszy inżynier wsparcia sprzedaży w firmie Motorola
Komputery mobilne klasy przemysłowej to urządzenia, które zapewniają nieocenione korzyści w postaci całkowicie bezprzewodowego transferu danych w czasie rzeczywistym.
Komputery mobilne, zarówno te montowane na pojazdach (przykładem jest tutaj model Motorola VC5090), jak i ręczne (np. Motorola MC9090 i Motorola MC3190, oraz model do noszenia na przedramieniu – Motorola WT4090) pozwalają na rejestrowanie danych (dzięki wbudowanym czytnikom kodów kreskowych lub skanerom RFID) oraz późniejsze zarządzanie nimi w ramach określonego systemu informatycznego. Modele te, poza mnogością funkcji i opcji wyposażenia, mają bardzo wytrzymałe konstrukcje (odporne na uszkodzenia mechaniczne) i spełniają określone normy szczelnościowe, co umożliwia eksploatowanie ich w warunkach, takich jak skrajnie temperatury, zapylenie czy wilgoć. Dostępne są również modele beziskrowe do użytku w miejscach zagrożonych wybuchem.
Witold Bryłka, kierownik Działu Komputerów Przemysłowych, IPC Department Manager, JM elektronik
Od chwili pojawienia się konstrukcji opartych na energooszczędnych, a zarazem wystarczająco wydajnych procesorach IntelAtom, popularność oraz zainteresowanie nimi nie maleje. Wyczuwając potrzebę rynku, producenci wprowadzają rozwiązania bazujące na tym procesorze w zasadzie w każdym standardzie i w każdej linii produktowej. Rozwój linii Atom przez Intela, nowe procesory, a w tym dwurdzeniowe, sprzyjają temu rozkwitowi.
Kolejną tendencją, jaką zauważam, jest wzrost zapotrzebowania na konstrukcje wbudowane („BOX”) o dużej wydajności, a przy tym bezwentylatorowej konstrukcji oraz zwiększonej odporności środowiskowej. Cechy te nie zawsze są łatwe do pogodzenia. Firma iEiTechnology wprowadziła w ostatnim czasie kilka bardzo ciekawych pod tym względem konstrukcji.
Dyski SSD, karty CF oraz przemysłowe moduły DOM o różnorodnej konstrukcji, wykorzystujące pamięć flash, z racji zadowalającej prędkości działania stają się wygodną alternatywą dla tradycyjnych dysków mechanicznych, choć oczywiście istnieją aplikacje, w których zastosowanie dysku SSD nie jest wskazane.
Generalnie rozwój tej technologii, spadek cen w stosunku do pojemności, a także znaczna żywotność z wykorzystaniem technologii SLC i przemysłowych algorytmów zapisu danych przyczyniły się do wzrostu popularności dysków flash w zastosowaniach przemysłowych także o mniejszym stopniu zaawansowania.
Powstają nowe konstrukcje wykorzystujące złącze miniPCIe, PCIexpress (MATADOR firmy InnoDisk). Z racji większej wytrzymałości mechanicznej dyski SSD są popularne także w aplikacjach militarnych. Spotykane są rozwiązania (InnoROBUST InnoDisk), które mają zabezpieczenie niszczące dane na dysku przy próbie niepowołanego odczytu ze skradzionego dysku.
Autor: Damian Żabicki
