IPC jako řídicí jednotka stroje?

IPC jako řídicí jednotka stroje?
Určitě ano – jen je nutné použít vhodný software

Moderní stroj v současné době již neznamená pouze přesně fungující mechanismus, ale často také složitý autonomní systém, který je možné jednoduše a komfortně ovládat a sledovat z jednoho místa; systém, který dokáže sám sebe kontrolovat a ukládat své provozní stavy pro pozdější diagnózu a zjednodušit tak své používání i servis.

Řídicí jednotky na bázi standardu PC se nenápadně, ale nezadržitelně zabydlují ve stále větším množství strojů a přístrojů. Permanentně ale existuje dosti početná skupina odpůrců těchto řešení, kteří nejčastěji uvádějí námitky proti spolehlivosti PC. Celou věc je však dobré posuzovat ryze věcně, bez zbytečné „ideologické zátěže“. Není důvod, aby se dvě řídicí jednotky postavené ze stejných nebo podobných procesorů, pamětí a periferních obvodů lišily svou spolehlivostí jen proto, že jednu nazveme PC a druhou PLC. Ani případné rozdíly např. v rozhraních pro tiskárny, počítačové sítě či v grafických adaptérech nejsou tím podstatným, o co tady jde. Dokonce i celá architektura hardwaru stojí až na druhém místě (je možné řídicí jednotku s procesorem MIPS nebo ARM a s operačním systémem Windows CE považovat za PC, či nikoliv?). Tím podstatným se v současné době stávají softwarová rozhraní a služby, které může zařízení využívat. S patřičným operačním systémem a aplikačním prostředím může být každý stroj snadno připojen k podnikové počítačové síti, spolupracovat s databázovými systémy, poskytovat diagnostické údaje po internetu atd.

Pokusme se shrnout výhody takovýchto počítačových řídicích jednotek na jednom konkrétním příkladu použití.

Jeden z našich zákazníků, firma Alfa-konstrukce, je zavedeným výrobcem strojních zařízení, od montážních linek po speciální kontrolní a testovací přípravky. Ve svém stroji na tlakové zkoušení hlav motorů se rozhodla pro ovládání, řízení a vyhodnocování poprvé použít průmyslovou pracovní stanici, která je kombinací výkonného počítače a grafického terminálu. Ve vzájemné spolupráci jsme navrhli řešení se stanicí AWS a sadou vstupně-výstupních kart firmy Advantech a s obslužným programem v prostředí systému Control Web 2000. Program je určen k ovládání stroje, řízení jeho chodu a k vyhodnocení výsledků zkoušek. Umožňuje vybrat z předem připraveného seznamu typ zkoušeného dílce a realizovat definovanou sadu testů (zkušebních modulů). Program provede operátora celým testem od založení základové desky, založení dílce a jeho přišroubování a připojení potrubí až po vyhodnocení zkoušky, odpojení potrubí, odšroubování a demontáž dílce a demontáž základové desky. Na závěr každého testu je možné vytisknout zkušební protokol. Výsledek zkoušky je zaznamenán do databáze, jíž je později možné listovat, prohlížet výsledky zkoušek a opakovat tisk protokolu. 

Důvodů pro výběr kompaktního průmyslového počítače a univerzálního vývojového nástroje, jakým je Control Web, bylo několik. Výrobce zařízení se především chtěl z prostorových a konstrukčních důvodů vyhnout použití kombinace průmyslového automatu k řízení a běžného stolního počítače k ovládání. Řídicí systém se měl stát integrální součástí celého stroje, ale např. běžný monitor přijatelné velikosti je k zabudování do rámu stroje nevhodný a také při provozu v průmyslovém prostředí více trpí. Obyčejnou klávesnici a myš není na zařízení kam umístit a samotný počítač s průmyslovým automatem by dohromady zabraly více místa než samotná stanice, která již všechna periferní zařízení obsahuje.

Intuitivní ovládání
Program se ovládá z klávesnice, k zobrazování slouží barevný displej LCD. Funkce programu jsou zpracovány v podobě samostatných celků, ze kterých si uživatel vybírá pomocí jednoduchého menu. Ovládání je maximálně přizpůsobeno omezujícím vlastnostem svisle umístěné průmyslové klávesnice a nepřítomnosti myši, přístup k rozhraní operačního systému je zcela zablokován a ovládací program je jedinou běžící (a viditelnou) aplikací.

Zobrazení na displeji se mění podle vybraného funkčního celku, popř. jeho části. Každé zobrazení se ovládá prostřednictvím pouze několika funkčních kláves a v běžném provozu vlastně operátor jen potvrzuje jednotlivé kroky zkoušky tak, jak jsou mu programem zobrazovány pokyny a hlášení o nich.

Předem neznámý, neomezený počet předpisů
Předem neznámý, neomezený počet předpisů je dalším důvodem pro použití pracovní stanice – ta obsahuje pevný disk, na který je možné zaznamenat téměř libovolný počet i složitých výrobních předpisů. Volně programovatelný systém Control Web umožní připravit pro zákazníka uživatelsky konfigurovatelnou aplikaci, která se navíc dobře ovládá. V našem konkrétním případě může uživatel upravovat seznam zkoušených dílců i seznam zkušebních modulů, včetně jejich parametrů, a přiřazovat jednotlivým dílcům posloupnost modulů a posloupnost pokynů pro obsluhu.

Více algoritmů
O tom jsme se částečně zmínili již v předchozím odstavci – naše aplikace je navržena tak, že umožní na jednom zařízení realizovat pro každý typ dílce jinou sadu zkoušek, a tu si navíc k tomu oprávněný uživatel může sám připravit. Jednotlivé zkušební moduly se od sebe liší jak svými parametry, tak i principem realizované zkoušky – jde o zkoušky přetlakem, podtlakem a průtokem.

V prvních dvou případech zkoušky řídí samostatné zařízení připojené ke stanici přes sériové rozhraní. Stanice sestaví zkušební okruh otevřením příslušných ventilů, spustí kompresor a dá připojenému zařízení pokyn k zahájení zkoušky. Pak čeká na signál o dokončení měření a na sériovém rozhraní převezme výstupní protokol, který poté analyzuje a data uloží do databáze.

Zkouška průtokem probíhá plně v režii pracovní stanice, která sestaví pneumatický okruh a po spuštění kompresoru udržuje konstantní průtok vzduchu regulačním ventilem. Po ustálení průtoku aplikace změří tlak v soustavě a po uplynutí stanovené doby vyhodnotí tlakovou diferenci a výsledky zaznamená.

Aplikace vykonává ještě jednu důležitou činnost: řídí automatický šroubovák pro přichycení víka motoru ke zkušební lavici. Šroubovák obsahuje sadu předem připravených šroubovacích programů a aplikace podle typu víka spouští potřebný počet šroubovacích cyklů určitého typu a poté šroubování vyhodnocuje.

Komplexní zobrazování
Na textovém terminálu připojeném k průmyslovému automatu je možné zobrazit nejvýše několik jednoduchých polí pro zadávání a zobrazování číselných hodnot. Control Web na grafickém displeji pracovní stanice nabízí vše, co lze očekávat od moderního vizualizačního nástroje – na jedné straně jednoduchou a přehlednou grafiku a texty dobře čitelné i z velké vzdálenosti, na druhé straně složitá schémata s mnoha „živými“ grafickými prvky, tabulky a grafy časových průběhů, návrhy výstupních protokolů pro tisk a dvojrozměrné i trojrozměrné animace navázané přímo na připojenou technologii.

V aplikaci je použita kombinace přehledné struktury menu, série jednoduchých schémat a znázornění průběhu zkoušky v podobě grafu vývoje průtoku, vše s ohledem na velikost použitého displeje a možnosti ovládání. Před tiskem protokolu nebo později při prohlížení výsledků lze zobrazit parametry i naměřené hodnoty v podobě tabulky. Systém se konfiguruje (zkoušky sestavují) přidáváním, odebíráním a přesunováním položek v zobrazených seznamech.

Vnitřní diagnostika
Na zařízení je možné všechny operace uskutečňovat i ve speciálním servisním režimu, kdy je na lavici připevněn kalibrovaný testovací dílec, a obsluha může ověřit funkce zařízení samotného, popř. odhalit příčinu poruchy. V ručním režimu lze samostatně ovládat jednotlivé signály pro řízení šroubováku a ručně spouštět regulační mechanismus pro zkoušku průtokem. Díky těmto vlastnostem se výrazně omezí počet i náročnost případných servisních zásahů.

Datová ústředna
Veškeré záznamy o vykonaných zkouškách jsou ukládány do databáze na pevném disku pracovní stanice. Každý záznam obsahuje podmínky, za kterých byla zkouška uskutečněna, její vstupní parametry a výsledek, a to pro každý zkušební modul v sadě. Databází je později možné přímo na stroji procházet po jednotlivých dnech a listovat seznamem zkoušek uskutečněných v daném dni seřazeným podle času. Z databáze lze opakovaně vytisknout zkušební protokol pro vybranou zkoušku.

Data na stroji jsou uložena ve dvou samostatných souborech typu mdb (Microsoft Access Database). Jeden obsahuje konfiguraci stroje – seznam dílců a seznamy zkoušek, zkušebních modulů a všech parametrů, druhý obsahuje již uvedené výsledky měření. K těmto souborům přistupuje Control Web prostřednictvím univerzálního rozhraní ODBC a aplikace pak užívá prostředky dotazovacího jazyka SQL k přímým operacím s jednotlivými tabulkami databáze.

Na stroji jsme jedno ze sériových rozhraní nakonfigurovali pro přímé propojení kabelem s druhým počítačem, takže datové soubory mohou být přeneseny na disk jiného počítače jako záložní kopie nebo pro další zpracování. Data lze přímo načíst aplikací Microsoft Access nebo jiným programem Microsoft Access nebo jiným programem podporujícím buď samotný formát mdb nebo obecné rozhraní ODBC.

Tisk
Pro tisk přímo na stroji platí totéž co pro zobrazování – z průmyslového automatu nebo malého terminálu lze vytisknout několik řádků textu, z počítače, na kterém běží Windows a Control Web, je možné vytisknout přehledně upravené protokoly a sestavy přesně podle představ zadavatele – jediným omezením bude kvalita připojené tiskárny.

Naše aplikace tiskne na běžné inkoustové tiskárně zkušební protokoly v podobě tabulek, a to buď ihned po ukončení zkoušky, nebo později na pokyn obsluhy, která si požadovanou zkoušku vyhledá v databázi zaznamenaných měření.

Řízení i vizualizace jedním počítačem
Aplikace, kterou jsme v předchozích odstavcích přiblížili, v jednom z pracovních režimů přímo reguluje dosti rychlý děj – průtok vzduchu pneumatickým okruhem. Je to činnost náročná na přesnost časování, proto jsme v tomto případě zaručili, že jde kromě režie operačního systému o jedinou činnost, kterou v daném okamžiku stanice vykonává. Ostatně celá aplikace je zkonstruována jako sada elementárních operací, které na sebe navazují, ale nepřekrývají se. Tak je dosaženo maximální odezvy aplikace na činnost obsluhy i na činnost připojených zařízení. Ke kvalitě odezvy také příznivě přispívá to, že většina zařízení v systému je ke stanici připojena prostřednictvím vstupně-výstupních kart. Pracovní stanice se systémem Control Web se tak do jisté míry chová jako průmyslový automat, ovšem vybavený kvalitním vstupem i výstupem a oplývající dostatkem výkonu.

V tomto případě se spojení vizualizační i řídicí části v jednom počítači ukazuje jako konstrukčně výhodné a spolehlivé řešení. Ostatně i moderní průmyslové automaty jsou již nyní vybavovány víceúlohovými operačními systémy, pro jejichž činnost v reálném čase je nezbytný určitý nadbytek výkonu procesoru. Ovšem tam, kde už samotná vizualizace je složitý a náročný děj a kde je při řízení vyžadováno velmi přesné časování, tam, kde musí být řídicí část umístěna v těsné blízkosti obsluhovaného zařízení a vizualizační počítač ve vzdálené kanceláři, tam všude má své místo kombinace čistě řídicího PC, PLC nebo CNC a stolního počítače s kvalitní vizualizací, kterou může být rovněž např. aplikace v prostředí systému Control Web 2000.

Moravské přístroje a. s.
tel.: 067/363 06
e-mail: info@mii.cz
http://www.mii.cz