Промислові персональні компьютери (IPC) широко використовуються для автоматизації, збору даних і супутніх застосувань через їх співвідношення ціни і продуктивності, вичерпних можливостей по обробці даних та інших функцій. Вони функціонують багато в чому аналогічно традиційним ПК, але мають додаткові властивості і спеціально адаптовані до жорстких зовнішніх умов. Якщо застосування вимагає наявності як ПК, так і графічного дисплея, найбільш компактним і економічним рішенням є об'єднання цих двох компонентів в одному корпусі. Однак це становить проблему в тому випадку, коли або промисловий ПК, або дисплей потребують ремонту або модернізації. Користувачі можуть вирішувати цю проблему безліччю способів, жоден з яких не є задовільним. Пристрій може бути демонтований цілком і відправлений для ремонту, але при цьому він втрачає свою функціональність до тих пір, поки не буде відремонтований, повернутий і повторно встановлений. Якщо дисплей виходить з ладу або одержує ушкодження, що не підлягають ремонту, пристрій має бути замінений цілком, що тягне за собою втрати капіталовкладень у промисловий ПК. Це ж справедливо і для випадку, коли виходить з ладу або отримує пошкодження промисловий ПК, в той час як дисплей зберігає працездатність.
При модернізації існує схожа проблема; зазвичай в даному випадку слабкою ланкою є промисловий ПК. Технологія графічних дисплеїв вдосконалюється не настільки швидко, як технологія промислових ПК, тому багато користувачів стикаються з ситуацією, коли дисплей ще ідеально справляється з покладеними на нього обов'язками, а промисловий ПК вже потребує оновлення для додавання додаткових властивостей і функцій. Нова технологія вирішує ці проблеми, представляючи промисловий ПК у вигляді «пропромислово модуля», що вставляється в дисплей (Мал.1). Це дозволяє користувачам вибирати і підтримувати тільки необхідний обсяг продуктивності при зниженні загальних витрат власника. Багато інших технологій автоматизації, такі як програмовані логічні контролери (ПЛК), вже є модульними, тому концепція модульних IPC є природною адаптацією до вимог промисловості.
Рис.1 Промисловий ПК у вигляді "промислового модуля",який вставляється в дисплей.
Модулі у промисловості
Споживачам, як правило, подобається мати речі, відповідні їх власним смакам, особливо коли справа стосується таких товарів, як автомобілі і одяг. Проте, в галузі передових технологій часто властивості продукції реалізуються без особливого врахування інтересів користувача, що цілком зрозуміло, враховуючи складність електронних пристроїв. Однак електронна технологія безумовно може мати на увазі наявність опцій, і для цього існує багато вагомих причин. Як повідомляє Forbes, модульна технологія для електроніки «має потенціал для надання людям можливості вибору і дозволяє добитися значно більш тривалих життєвих циклів продукції, тим самим знижуючи частку (електронних) відходів». Коли справа стосується промислового ПК, можливість вибрати промисловий модуль і дисплей, а потім просто вставити один пристрій в інший для отримання кінцевого продукту багато в чому нагадує вибір морозива з улюбленим смаком для його додавання в торт з метою отримання десерту. Промисловий модуль може являти собою повнорозмірний промисловий ПК або тонкий клієнт. Моделі дисплеїв поставляються з різноманітними розмірами і розширенням і також можуть мати класичний (4:3) або сучасний (16:9) формат екранування. Крім цього, доступні різноманітні технології сенсорних екранів і функції мультисенсорного управ ління для задоволення ппотреб конкретного застосування. Більшість автоматизованих платформ, таких як ПЛК і системи розподіленого управління, вже використовують модульні принципи. Як правило, ці платформи мають об'єднавчу шину, стійку або схожий варіант носія для розміщення блоків живлення, контролерів, модулів вводу/виводу та інших супутніх аксесуарів. Користувачам залишається тільки вибрати правильні компоненти для конкретного застосування. При виникненні в процесі експлуатації будь-яких відмов потрібно змінити тільки один модуль, що часто здійснюється способом «гарячої заміни». Устаткування є не єдиною метою для модулярізаціі. В даний час поширеною практикою стало використання компонентів об'єктно-орієнтованого програмного забезпечення і методів розробки на основі бібліотек для отримання стабільних експлуатаційних характеристик, узгодженості і повторення. Модульність може мати навіть більш вирішальне значення для програмного забезпечення, ніж для обладнання. Міжнародна асоціація автоматизації (ISA) є провідним розробником промислових стандартів автоматизації, багато з яких засновані на модульном принципі. Згідно ISA «модульні системи прискорюють і спрощують програмування нових установок, виготовлення, модифікації і зміна продукції». Модульність на всіх рівнях знижує витрати на життєвий цикл і, безумовно, є кроком вперед у багатьох областях автоматизації.
Мал.2 Моделі дисплеїв поставляються з різноманітними розмірами і розширенням і також можуть мати класичний (4:3) або сучасний (16:9) формат екранування.
Переваги модуляризаціі
Модульні панельні ПК просто являють собою іншим логічним продовженням модульної концепції, які вже використовують в багатьох апаратних і програмних компонентах і системах промислової автоматизації, надаючи користувачам ряд переваг. Важливо відзначити, що універсальність, яку забезпечує модульний панельний ПК, носить не тільки косметичний характер; дана концепція надає множинні реальні переваги інженерам і кінцевим користувачам. Конфігурація промислового модуля для відповідності конкретним вимогам застосування через модуляризаціі є швидким, забезпечує простоту обслуговування і можливість модернізації надалі.
Рис. 3 Переваги модуляризації.
Переваги модуляризаціі:
1. Універсальність - більш компактне і економічне рішення в порівнянні з окремим промисловим модулем і дисплеєм. Потрібно зберігати в запасі меншу кількість змінних компонентів.
2. Можливість настройки під користувача (індивідуалізація) - дозволяє здійснювати стандартизацію на основі одного промислового модуля, так як він здатний працювати з різними дисплеями. Дозволяє здійснювати стандартизацію на основі одного дисплея, так як він здатний працювати з різними промисловими модулями. Прискорює цикл проектування.
3. Простота обслуговування - дозволяє здійснювати програмування промислового модуля в офісі або іншому віддаленому місці з подальшою його установкою в дисплей на території виробничого цеху. Дозволяє здійснювати заміну промислового модуля в разі його відмови і збереження працездатності дисплея. Спрощує обслуговування.
4. Можливість модернізації - дозволяє здійснювати оновлення промислового модуля з продовженням використання одного і того ж дисплея.
Універсальність - економія простору і грошей
Тривалий час можна було придбати окремий промисловий модуль і дисплей, і потім зібрати їх в одному корпусі. Такий підхід тягне за собою певні додаткові витрати і складності, наприклад, маршрутизацію дисплея і USB-з'єднання між промисловим модулем і дисплеєм, і вимагає достатнього простору для установки. Очевидно, що об'єднання промислового модуля і дисплея в одне ціле за допомогою механізму замикання є більш компактним рішенням в порівнянні з окремими пристроями, а з урахуванням додаткових витрат на розробку і установку модульний принцип є набагато більш економічним. І це не кажучи вже про те, що скорочується кількість додаткових точок відмови через наявність кабелів. Модульні конфігурації, як правило, дозволяють OEM-виробникам і кінцевим користувачам зберігати на складах меншу кількість запасних компонентів.
Індивідуалізація - конфігурація відповідно особистим перевагам
Аспект індивідуалізації може бути розглядений з двох сторін. Перш за все, дивлячись на асортимент моделей промислових модулів і дисплеїв, розробники можуть вибирати тільки потрібну комбінацію, відповідну вимогам, уникаючи непотрібного ускладнення обладнання та додаткових витрат за проектом. Це гранична ступінь універсальності конструкції. Більш вірогідний сценарій полягає в тому, що кінцевий користувач або виробник приймають рішення про вибір однієї моделі (або обмеженого ряду моделей) промислового модуля і дисплея, які забезпечили б ефективну роботу в рамках їх області застосування. Розробники, працюючі в компанії, при цьому здійснювали б вибір з даного приорітетного ряду моделей для мінімізації варіацій і необхідних запасних виробів. У цьому випадку кількість опцій є достатнім, але процес вибору спрощується на підставі вимог до запасів і обслуговування. Обидва підходи - повна індивідуалізація і індивідуалізація в рамках обмеженого діапазону - прискорюють процес проектування, забезпечуючи достатній вибір для задоволення будь-яких потреб і спрощуючи для користувачів задачу по зберіганню і розгортанню збірок «промисловий модуль/дисплей».
Простота обслуговування - підключення в один клік
Найбільш очевидним наслідком використання модульних панельних ПК є те, що при виникненні проблеми з дис-плеєм або промисловим модулем порібна заміна тільки цього компонента замість дорогої заміни всієї збірки. Заміна промислового модуля IPC в задній частині дисплея здійснюється настільки швидко і просто, наскільки це можна уявити. Заміна сучасних дисплеїв з плоским екраном також спрощується з можливістю демонтажу промислового модуля (і провідних сполук) в першу чергу. Менш очевидна перевага полягає в тому, що промисловий модуль IPC може бути попередньо налаштований виробником або у віддаленому офісі, або в майстерні перед відправкою на місце експлуатації з метою заміни. Після установки новий пристрій може бути просто включений але без необхідності додаткового конфігурування. Кожен раз, коли робота з обслуговування (особливо масштабного конфігурування програмного забезпечення) може бути перенесена з місця експлуатації в захищене приміщення чи інше місце, її можна виконати швидше і якісніше, що тягне додаткову економію.
Можливість модернізації - готовність до завтрашнього дня
Після поставки машинного устаткування або завершення проекту і введення обладнання в експлуатацію часто буває складно виправдати модернізацію платформи на основі промислового модуля через вартість і необхідність утилізації все ще функціонального обладнання. Однак модульні IPC забезпечують менш проблематичний підхід. Дисплейна технологія змінюється відносно повільно в порівнянні з технологїєю IPC, і сучасні дисплеї досить гарні з точки зору розширення, яскравості, енергоспоживання і загальної ефективності в порівнянні з моделями, які існували кілька років до того. Крім того, оновлення розміру дисплея тягне механічні роботи по збільшенню отворів під панель. Тому, як правило, є дуже мало підстав для поновлення тільки дисплея, поки наявний пристрій не виведено з ладу з якої-небудь причини. З іншого боку, технологія ПК розвивається набагато швидшими темпами. Досить імовірно, що від оновленого промислового модуля IPC буде потрібна підтримка самої останньої операційної системи з новими функціями, або просто підвищення продуктивності та швидкодії. До інших причин для поновлення відноситься припинення підтримки з боку постачальника операційної системи, якщо нова операційна система вимагає більш потужної платформи. Інша ймовірність полягає в тому, що користувачам потрібен перехід від рішення на основі тонкого клієнта до повнорозмірного ПК (і навпаки) для досягнення їхніх цілей по автоматизації. З традиційними ПК панельного монтажу це вимагало б повної зміни збірки «промисловий ПК / дисплей». Інша ситуація для модульних IPC, де доступні повнорозмірні панельні ПК і промислові модулі на основі тонких клієнтів. Користувачі можуть оновити тільки промисловий модуль для отримання саме того рівня, якого вони потребують, що буде менш затратно в порівнянні із заміною комбінованого панельного ПК. Це робить модульні ПК економічним способом оновлення обладнання, а одержувані комбіновані пристрої - перспективними для подальших застосувань.
Розпочати з малого
Одним з цільових сегментів застосування модульних панельних ПК є галузь автоматизованого машинобудування. Розглянемо OEM-виробника складальних модулів. Велика кількість сучасного інтелектуального машинного обладнання має графічний інтерфейс користувача (GUI) і функцію Ethernet-з'єднання. Ці інтелектуальні машини можуть містити програмовані логічні контролери для дійсно високошвидкісного низькорівневого управління, але як і раніше вимагають наявності платформи з графічним інтерфейсом користувача, зазвичай вбудованого в лицьову частину панелі управління. Модульні панельні ПК в точності відповідають даній ролі. Виробник може вибирати формати дисплея і характеристики промислового модуля в залежності від розміру і продуктивності, необхідних для кожного типу машини. Це дозволяє йому залишатися в рамках одного знайомого і постійного сімейства продуктів, одночасно надаючи необхідний обсяг функцій (Мал. 4). У деяких випадках буває цілком можливо розширити промисловий модуль за допомогою модулів введення / виведення, щоб візуалізація і безпосереднє управління були об'єднані на одній платформі на основі промислового модуля. Це не тільки спрощує конструкцію обладнання, але також призводить до скорочення витрат. У міру того як кінцеві користувачі купують більшу кількість машин і відзначають з плином часу оновлення функцій на більш свіжих моделях, вони цілком можуть запросити впровадження цих нових функцій на колишніх версіях обладнання. Знову ж таки, концепція модульних панельних ПК є найкращим рішенням для OEM-виробника з надання вдосконаленого обладнання і функцій найбільш екомічним способом.
Рис. 4 Деякі виробники оригінального (OEM) машинного обладнання виробляють тільки один тип машин, але більшість випускають широкий асортимент машин різних розмірів і типів.
Зростати, коли приходить час
Автоматизоване машинне обладння є не єдиною сферою, де регулярно використовуються IPC. У більш великих промислових системах управління технологічним процесом також використовуються IPC для створення локальних операторських станцій з графічним інтерфейсом у складних умовах середовища підприємства. Системи автоматизації на багатьох військових підприємствах мають тенденцію до зростання з плином часу, оскільки різні дрібномасштабні проекти поступово додаються і можуть (або не можуть) повністю інтегруватися в існуючі системи. Наприклад, на хімічному заводі може бути одна ізольована ділянка з автоматизацією для зберігання насипних матеріалів, інший - для нагнітання і змішування, третій - для пакування (Мал. 5). Кожна система забезпечує базову функцію з використанням власного контролера і одного або декількох IPC. Тим не менш, у багатьох випадках ці ізольовані ділянки можуть бути інтегровані в загальну систему для підвищення ефективності процесу. Архітектура системи автоматизації з використанням множинних ПК, розподілених по всьому об'єкту і сполучених з множинними контролерами, може розпочати представляти проблему для адміністрування. Для укрупнених розподілених систем, таких як в даному прикладі, багато постачальників і розробники ЧМІ переходять до архітектур на основі тонких клієнтів. Замість використання множинних «інтелектуальних» ПК по всьому об'єкту вони розгортають мережу «німих» тонких клієнтів, які можуть централізовано і зручно управлятися з одного сервера. Повторимо, концепція модульних панельних ПК спрощує внесення змін (в даному випадку - перехід від ПК до тонких клієнтів). Існуючі дисплеї залишаються на місці, і тільки промислові модулі вимагають заміни при перекладі об'єкта на нову архітектуру з тонкими клієнтами. Це не тільки зберігає частину капіталовкладень в наявне обладнання, але також дозволяє здійснювати процес переходу поступово. Цей підхід також забезпечує можливість відкату до попереднього обладнання при виникненні будь-яких проблем з переходом на нову архітектуру.
Рис. 5. На хімічному заводі може бути одна ізольована ділянка з автоматизацією для зберігання насипних матеріалів, інша - для нагнітання і змішування, третя - для пакування.
Модульні панельні ПК для контролю всього блочного обладнання
Advantech є глобальним виробником інтегрованих автоматизованих продуктів і рішень, пропонуючи інноваційний і великий асортимент апаратного і програмного забезпечення. Будучи лідером в сфері модульних панельних ПК, компанія зараз пропонує п'ять моделей промислових модулів з тонким клієнтом, п'ять моделей промислових модулів з панеллю керування і п'ять моделей пристроїв відображення. Всі ці моделі можуть при необхідності носити маркування торгової мережі з метою їх узгодженості з ідентичністю продуктової лінійки OEM-виробника. Важливою відмінною рисою цих модульних панельних ПК є те, що Wi-Fi антена інтегрована безпосередньо в передню панель дисплеїв, що дозволяє підключати пристрій до мережі дуже швидко, без будь-яких додаткових змін в шафі, кабельних з'єднань або компонентів. Дисплеї є водо- та пилозахисними і мають ступінь захисту до IP66. Легкі матеріали і спеціальні сполучні елементи дозволяють одній людині з легкістю здійснювати налаштування дисплеїв в корпус, в той час як інші монтажні комплекти підтримують методи монтажу згідно VESA. Інтерфейс користувача налаштовується відповідно до індивідуальних побажань і має інтелектуальне екранне меню для регулювання. Живлення промислових модулів здійснюється від стандартної напруги 24 В. Доступні моделі зі змінними відсіками для жорстких дисків розміром 2.5 "і з'єднанням для підключення вбудованої пам'яті сучасного формату M.2, а також з можливістю підключення другого дисплея. Для промислових застосувань передбачена підтримка технології iDoor від Advantech з тим, щоб інтерфейсні модулі різних типів можна було підключати безпосередньо до пристрою. Дисплеї і промислові модулі з'єднуються між собою з використанням потужних штирьових конекторів. Після вставки одного пристрою на інший залишається тільки затягнути кілька гвинтів для завершення збирання. Для розробників і виробників немає нічого простішого, як вибрати виключно те, що їм необхідно, і швидко зібрати модуль для установки.
Висновки та перспективи
Системи автоматизації й устаткування є надзвичайно потужними, однак можуть створювати певні складнощі із забезпеченням доступності всіх потребуючих властивостей і функцій. У промисловості присутній постійний рух в сторону методів, обладнання і систем, які є більш відкритими і модульними. Як зазначає консультативна група ARC, «кінцеві користувачі висловлюють своє невдоволення тим способом, яким розвиваються системи автоматизації ... їм потрібно рішення на основі модульних, стандартизованих елементів, які можуть бути легко зібрані в єдине ціле». Модульні панельні ПК відповідають даній концепції. Промислові ПК є основоположним компонентом багатьох архітектур автоматизації технологічних процесів і обладнання. Вони являють собою добре зарекомендовану себе, високо ефективну технологію, призначену для витримування жорстких зовнішніх умов, що зустрічаються в незліченних застосуваннях в реальному світі. Зокрема, промислові ПК, сконфігуровані у вигляді пристроїв «все в одному» спільно з інтегральними дисплеями, є досить привабливими з точки зору монтажу, так як можуть легко встановлюватися в обмежених просторах. Очевидний недолік пристроїв «все в одному» полягає в тому, що будь-яка відмова, а також багато різновидів оновлень функцій вимагають повної заміни пристрою. Це витратно, створює проблеми з огляду на необхідність наявності запасних компонентів і розтягує час, необхідний для ремонту. Користувачам потрібен більш підходящий варіант. Промисловість відреагувала на це створенням модульних панельних ПК, у випадку з якими користувачі можуть здійснювати вибір з широкого асортименту доступних пристроїв відображення і «промислових модулів». Зокрема, модульний клас панельних ПК від Advantech дозволяє користувачам з легкістю збирати автоматизованний пристрій «ПК / дисплей», в точності відповідає їхнім потребам. Комплект ПК оптимізований для простоти монтажу, і при виникненні необхідності зміни, заміна конфігурації здійснюється простими маніпуляціями з механізмом замикання. Кінцеві користувачі можуть зберігати в запасі меншу кількість компонентів, а також отримують вигоду від мінімального часу простою при проведенні ремонту чи модернізації. Продуктивність підвищується при одночасному скороченні загальних витрат. Багато інших апаратних і програмних елементів автоматизованих платформ вже слідують модульному формату, так як він часто є найбільш надійним і економічним способом отримання рішень, які універсальні, можуть налаштовуватися під користувача, прості в обслуговуванні і відновленні. Модульні панельні ПК просто є продовженням цієї концепції і рішенням, чий час застосування в промисловій автоматизації прийшло.
Компанія СЕА здійснює поставки на український ринок обладнання для промислової автоматизації від провідних виробників промислових комп'ютерів.
У програму поставок входять вбудовувані комп'ютери і модулі, людино-машинний інтерфейс, готові і замовні платформи, конструктиви і периферія, контролери розподілених систем, промислові комунікації і запам'ятовуючі прилади.
Продукція виробництва Advantech в каталозі Компанії СЕА:
Компанія СЕА - офіційний дистриб'ютор Advantech на території України. Купити промисловий комп'ютер, дізнатися ціну і додаткову інформації щодо обладнання для промислової автоматизації, можна, звернувшись до центрального офісу Компанії СЕА за тел .: +38 (044) 291-00- 41, або по e-mail: info@sea.com.ua
