Programabilni avtomatizacijski krmilniki (PAC)

Programabilni avtomatizacijski krmilniki

Zadnje desetletje je potekala strastna polemika o prednostih in slabostih krmilnikov PLC (programabilnih logičnih krmilnikov) v primerjavi s krmiljenjem na osnovi platforme PC. Tehnološke razlike med sistemi PC in PLC se zmanjšujejo, čeprav sistem PLC uporablja komercialno strojno opremo, sistemi PC pa vsebujejo vgrajene operacijske sisteme. Zato je bil razvit nov razred krmilnikov, PAC. PAC, nova kratica, ki jo je sestavila Korporacija za raziskave avtomatizacijskih procesov (ARC), pomeni programabilni avtomatizacijski krmilnik, uporablja pa se za opisovanje nove generacije industrijskih krmilnikov, ki združujejo zanesljivost krmilnikov PLC s prilagodljivostjo in zmogljivostjo najnovejše tehnologije PC.


Pravilo 80/20

Danes približno 80 % industrijskih aplikacij rešujemo s tradicionalnimi orodji; obstaja namreč močno povpraševanje po preprostih in cenovno ugodnih krmilnikih PLC. To je pospešilo rast cenovno ugodnih mikrokrmilnikov PLC z digitalnimi vhodi in izhodi, ki uporabljajo lestvično logiko. Preostalih 20 % pa neusmiljeno zvišuje zmožnosti tradicionalnih krmilnih sistemov. Aplikacije, ki se uvrščajo v teh 20 odstotkov, razvijajo inženirji, ki zahtevajo večje hitrosti zanke, napredne krmilne algoritme, boljše analogne zmožnosti in boljšo integracijo z omrežji podjetij.

Programska oprema je ključna razlika med krmilniki PAC in PLC

Podjetje National Instruments proizvaja družino platform PAC za postavitev programske opreme, te pa uporabljajo program LabVIEW. Program LabVIEW dejansko predstavlja standard za preizkusno in merilno programsko opremo. Njegovo intuitivno grafično programiranje, podobno diagramom poteka, ponuja uporabnost popolnega programskega jezika in vmesnik, ki je preprost za uporabo. Z moduli realnega časa in moduli FPGA program LabVIEW združuje operacijske sisteme realnega časa z možnostjo neposredne preusmeritve podatkov na vezje FPGA, s čimer dosežemo zanesljivost in točnost. Tehnologija FPGA je dosegljiva zgolj razvijalcem strojne opreme, ki znajo delati z nižjimi programskimi jeziki, kot je npr. VHDL. Še vedno pa lahko danes inženirji uporabljajo program LabVIEW FPGA za izdelavo po meri narejenih krmilnih algoritmov, ki se nalagajo v vezje FPGA. Ta možnost inženirjem omogoča vključitev izjemne časovno omejene funkcije v strojno opremo, npr. senzorjev za zaznavanje bližine in gibanja ter nadzor delovanja senzorjev.

Krmiljenje Velikega hadronskega trkalnika (LHC) s programom LabVIEW in strojno opremo PXI

Zaradi njune stroge časovne razporeditve in zanesljivosti so inženirji v Evropski organizaciji za jedrske raziskave (CERN) izbrali sistem za krmiljenje gibanja in prejemanje povratnih informacij, ki temelji na platformi PXI. Sistem ima nastavljive vhodno-izhodne enote in programsko opremo LabVIEW FPGA. Izziv je bil v realnem času zanesljivo in natančno izmeriti in krmiliti položaj komponent, ki absorbirajo energijo delcev v največjem pospeševalniku delcev na svetu.

Za postavitveno platformo smo izbrali rešitev s programom LabVIEW in tehnologijo PXI, saj je sistem kompakten, zanesljiv in v primerjavi s tradicionalnima tehnologijo VME in programabilnim logičnim krmilnikom prihrani denar. Alessandro Masi in Roberto Losito (CERN)

LHC naj bi podal odgovore na temeljna vprašanja o vesolju

CERN se zanaša na naprave, ki se imenujejo pospeševalniki delcev, v katerih bi žarki ionov in protonov trčili skupaj ali pa v njihove tarče. Pri teh trkih se sprošča ogromna količina energije – dovolj velika, da bi z njo lahko ponazorili pogoje, ki so obstajali ob nastanku vesolja. Zbrani podatki bodo najbrž omogočili dostop do povsem novih informacij o nastanku vesolja. Pomagali bodo tudi odgovoriti na vprašanja, zakaj imajo delci sploh maso in od kod izvira črna luknja.

Veliki hadronski pospeševalnik, ki meri v obseg 27 km in je 150 m pod zemljo, omogoča kontrolirane trke med žarki delcev, ki potujejo skoraj s svetlobno hitrostjo. Da do trkov sploh pride, pospeševalnik pošlje dva žarka protonov ali drugih pozitivno nabitih težkih ionov skozi krožni predor v nasprotnih smereh. Visoko prevodni magneti, ki delujejo v visoko tekoči kopeli helija pri zgolj 1,9 K (–271 °C oz. –456 °F), nadzirajo pot žarkov. Seštevek energije v vsakem žarku pri polni moči je 350 MJ, kar je podobno energiji 400-tonskega vlaka pri hitrosti 150 km/h. Takšna energija bi stalila 500 kg bakra.

Zanesljivost krmilnega sistema je bistvena za varnost projekta

Zaradi izjemne količine energije v žarkih je zanesljivost bistvenega pomena. Žarek, ki bi zašel s svoje poti, bi lahko povzročil ogromno škodo v trkalniku. Za ohranitev žarkov na načrtovani poti bomo namestili več kot 100 naprav, imenovanih kolimatorji. Kolimator vsebuje dele grafita ali kakšnega drugega težkega materiala, ki absorbira energijo delcev, ki so zašli. Vsak kolimator krmilimo z nastavljivimi vhodno-izhodnimi enotami, ki so nameščene v ločenem ohišju PXI in skupaj tvorijo kar 120 sistemov PXI. V standardni konfiguraciji eno ohišje med 20-minutnim gibanjem krmili do 15 koračnih motorjev, ki so pritrjeni na tri različne kolimatorje. Tako natančno in usklajeno poravnavamo granitne bloke, drugo ohišje pa preverja položaj istega kolimatorja v realnem času. V drugi fazi projekta načrtujemo dodatek še okoli 60 kolimatorjev in prav toliko sistemov PXI, kar bo skupaj zneslo okoli 200 sistemov PXI.

V vsakem kolimatorju v obeh ohišjih PXI teče program LabVIEW v realnem času, ki skrbi za zanesljivost krmilnika, ter program LabVIEW FPGA, ki na nastavljivih vhodno-izhodnih napravah na perifernih režah krmili kolimator. Razvojni modul SoftMotion in nastavljivi moduli se uporabljajo za hitro izgradnjo namenskega krmilnika gibanja za okoli 600 koračnih motorjev, kar omogoča sinhronizacijo skozi vseh 27 km predora trkalnika do milisekunde natančno. Programabilna matrika logičnih vrat (FPGA) pri teh napravah nam omogoča želeno stopnjo nadzora.

Veliki hadronski trkalnik je začel delovati 10. septembra 2008, ko je žarek pospešenih protonov vstopil v 27-kilometrski podzemni predor in uspešno opravil cel krog v manj kot eni uri, med tem pa je šel mimo vseh detektorjev delcev, ki so razporejeni po predoru. Znanstveniki in raziskovalci po vsem svetu se že veselijo razkrivanja skrivnosti nastanka vesolja.

National Instruments,
Instrumentacija, avtomatizacija in upravljanje procesov d.o.o.
Kosovelova ulica 15, 3000 Celje, Slovenija
Tel: + 386 3 425 4200, Fax: +386 3 425 4212
E-mail: ni.slovenia@ni.com
www.ni.com/slovenia

HR, MC, BA, RS, ME: + 386 3425 4200
SLO: 080 080 844