Dobry sterownik to podstawa

Obecnie przy wyborze sterownika do dowolnej aplikacji automatyki przemysłowej nieocenioną rolę spełniają specyfikacje dostępne w trybie on-line, zestawienia tabelaryczne i dane techniczne dziesiątek typów sterowników i kontrolerów. Każdy integrator systemów automatyki powinien z nich umiejętnie korzystać, planując rozwiązania techniczne i dobierając sprzęt dla konkretnych aplikacji.
Mnogość producentów i różnorodność typów sterowników dostępnych w ofercie rynkowej branży automatyki niejednego fachowca może przyprawić o zawrót głowy i zdezorientować, podobnie jak zapełnione towarami regały w supermarkecie. Wielu inżynierów i integratorów systemów automatyki, zderzając się bezpośrednio z tak bogatą ofertą, decyduje się najczęściej na rozwiązania zbliżone do już wcześniej sobie znanych i wykorzystywanych, co nie zawsze może się okazać decyzją trafną i najlepszą.
Dlatego też świadomi tych problemów decyzyjnych redaktorzy magazynu Control Enginering zwrócili się do kilkunastu największych dostawców sprzętu do systemów automatyki z zapytaniem o to, na jakie parametry i funkcje współczesnych sterowników należy zwrócić największą uwagę, wybierając sprzęt czy rozwiązania systemowe dla wybranych aplikacji przemysłowych. W niniejszym artykule przedstawiamy niektóre z ich wypowiedzi i uwag, zawierające najistotniejsze kwestie.

Aplikacja 1 – Maszyny pakujące
W współczesnych aplikacjach przemysłowych spotkać można trzy generacje maszyn pakujących:
GEN I – w całości zmechanizowane, GEN II – układy hybrydowe, mechaniczne i ze sterowanymi serwonapędami, oraz GEN III – maszyny w pełni zautomatyzowane, sterowane elektronicznie, tylko z nowoczesnymi serwonapędami. Zaletą tych ostatnich jest możliwość automatycznej synchronizacji całej maszyny dzięki precyzyjnym sterownikom współpracującym z serwonapędami, bez konieczności używania specjalnych wałów transmisyjnych czy przekładni mechanicznych, przenoszących moment napędowy między kolejnymi elementami maszyny. Maszyny trzeciej generacji – GEN III – to w praktyce w całości maszyny elektryczne, z ograniczoną do niezbędnego minimum mechaniką, a przy okazji zwiększoną funkcjonalnością umożliwiającą np. jednoczesną obsługę wielu rodzajów ładunków czy szybkie przełączanie między różnorodnymi pakowanymi produktami. Układy tego typu pracują zwykle z większymi prędkościami, a obsługujące je systemy sterowania odpowiedzialne są za dokładną synchronizację, sprzęganie fizyczne kolejnych stopni maszyny oraz obsługę algorytmów pracy robotów. Dlatego też wymagane jest tu zastosowanie szybszych sterowników (z czasem skanowania 50–100 µs), z bardzo szybko reagującymi układami we/wy, lub też coraz częściej – sieci sterowania, działających w oparciu o pobór i wysyłanie sygnałów na moduły we/wy. Do zapisania aplikacji obsługi różnych algorytmów sterowania sekcji maszyn pąkujących niezbędna jest pamięć 1 MB lub więcej. Wybór dobrego sterownika lub całego systemu sterowania maszyn pakujących wymaga ponadto analizy i rozstrzygnięcia jeszcze kilku zasadniczych kwestii:
Jaki rodzaj aplikacji ma być obsługiwany? Szczególnie zróżnicowane są aplikacje związane z pakowaniem produktów spożywczych, pogrupowane w szereg podkategorii. Podobnie ma się sprawa z przeznaczonymi do nich maszynami pakującymi, które mogą być zorientowane pionowo lub poziomo. Maszyny pakujące w kartony mogą pracować w trybie ciągłym lub przerywanym. Każda z takich aplikacji ma swoje własne szczególne wymagania parametryczne, które jednocześnie określają, jaki typ sterownika należy do nich dobrać, zwracając uwagę na możliwą do obsłużenia liczbę we/wy, ich funkcjonalność i rodzaj obsługiwanych sygnałów, możliwość połączenia z sieciami przemysłowymi, złożoność i zaawansowanie funkcjonalne.
Łączność i komunikacja. Komunikacja w systemie automatyki dotyczyć może łączności z zewnętrznymi modułami we/wy, wymiany informacji między kilkoma sterownikami lub wręcz pomiędzy siecią automatyki a kolejnym poziomem hierarchii sieciowej – Ethernetem i systemami SCADA. W tym zakresie wybór standardu wymiany informacji zależy od osobistych preferencji inżynierów automatyków, wymagań klientów, dostępności elementów systemowych na danym rynku i innych uwarunkowań lokalnych. Mogą tu się pojawić zarówno sieci firmowe – jak MelsecNet czy DH+ oraz sieci o standardach otwartych – jak SERCOS II czy ModBus itp. Połączenia z systemami SCADA zwykle realizowane są już w standardzie Ethernet. Standard ten pojawia się również coraz częściej jako medium transmisji do modułów zdalnych we/wy i komunikacji poziomu sterownik – sterownik.
Elastyczność i skalowalność. Elastyczność i skalowalność systemu to jego zdolność do przyłączania nowych i swobodnego łączenia już zainstalowanych sterowników w celu zwiększenia funkcjonalności systemu sterowania. Niektórzy producenci i dostawcy urządzeń automatyki dołączają do nich zróżnicowane oprogramowanie systemowe, inni zaś bazują na jednorodnym środowisku aplikacyjnym. Każda z tych koncepcji ma swoje zalety i wady. Przykładem idei aplikacji ujednoliconych jest firma Bosch Rexroth: dzięki jej urządzeniom sterującym możliwe jest swobodne rozbudowywanie systemów automatyki zarówno w maszynach GEN I, jak i GEN III, zwiększanie ich funkcjonalności, bez konieczności całkowitego odrzucania rozwiązań wypracowanych już wcześniej w czasie ich dotychczasowego funkcjonowania w  aplikacjach.
Wymagania w zakresie pakietów programowych i programowania maszyn. Logika sterowania i przełączania w stosunkowo prostych konstrukcyjnie maszynach pakujących typu GEN I programowana jest zwykle z użyciem schematów drabinkowych. Maszyny typu GEN III, działające ze znacznie większymi prędkościami i współpracujące z robotami, wymagają zastosowania zaawansowanych funkcjonalności języków programowania – bloków funkcjonalnych i innych narzędzi do rozbudowanych algorytmów i funkcjonalności. W ostatnim czasie coraz częściej w obszarze tym poszukiwani są dostawcy automatyki oferujący gotowe szablony i struktury programowe, pozwalające na ich ostateczną konfigurację i dopasowanie do konkretnych aplikacji docelowych. Rozwiązania takie gwarantują automatykom przemysłowym dość znaczny stopień swobody i łatwość organizacji funkcjonalnej systemów.
Na podstawie informacji firmy Bosch Rexroth.

Aplikacja 2 – Automatycznie kierowane wózki transportowe (AGV)
Wózki tego typu są często wykorzystywane do transportu bardzo ciężkich przedmiotów lub przenoszenia towarów, zwłaszcza w strefach zagrożonych wybuchem. Sterowniki dedykowane do ich obsługi powinny spełniać kilka podstawowych wymagań:
Zdolność do obsługi wielu typów pętli sprzężeń zwrotnych związanych zarówno z precyzyjną regulacją prędkości, jak i sterowaniem kierunków poruszania się wózka. Dzięki cyfrowym układom zliczającym sterowniki wózków mogą określić drogę, którą pokonują w każdym kierunku, lub ustalić, czy wózek nie porusza się w danym momencie po powierzchni wznoszącej się lub opadającej. Sterownik w takim wypadku porównuje sygnały z układów liczących z szablonami zarejestrowanymi dla różnego typu powierzchni. Na tej podstawie poprzez pętle sterowania wypracowywany jest sygnał, który ma za zadanie odpowiednio zredukować prędkość wózka lub też ją zwiększyć.
Elastyczność w zakresie obsługi sygnałów z układów we/wy iobsługi danych procesowych. W takiej aplikacji system musi obsługiwać na równi sygnały z czujników podczerwieni, zbliżeniowych, radiowych i innych typów, używanych do wykrywania przeszkód oraz śledzenia ścieżek ruchu wyznaczonych w terenie. Pozwala to na prawne zaprogramowanie wózków w celu uniknięcia ich wzajemnych zderzeń oraz z przeszkodami zewnętrznymi.
Obsługa komunikacji bezprzewodowej. Możliwość bezprzewodowej komunikacji z wózkami sterowanymi automatycznie eliminuje konieczność ich okresowego przyłączania do sieci przewodem w celu np. modyfikacji programowych, zebrania raportów o stanie podzespołów itp. Ułatwia zatem prowadzenie diagnostyki wózków, związanej przede wszystkim z żywotnością ich baterii oraz stanem zużycia podzespołów. Obecnie stosuje się tu zwykle Ethernet bezprzewodowy i ideę sieci lokalnych (LAN, Wi-Fi), ale coraz częściej korzysta się również z tzw. sieci rozległych WAN (Wi-Fi WAN).
Na podstawie informacji firmy Opto 22.

Aplikacja 3 – Roboty przenoszące z miejsca na miejsce
Pośród konstruktorów maszyn przetwarzających i pakujących żywność dominuje obecnie trend zmierzający do integracji z nimi robotów przenoszących produkty z miejsca na miejsce, zamiast popularnego dotychczas rozwiązania współpracy maszyny z robotami zewnętrznymi. Zatem w nowych aplikacjach niezbędne jest użycie sterowników z zaaplikowanymi zaawansowanymi algorytmami matematycznymi w celu uzyskania odpowiedniego poziomu koordynacji pracy i ruchów ramion takich robotów. Istotnymi parametrami dla takich sterowników są:
Moc procesora – idealnym rozwiązaniem jest tu sterownik obsługujący kilka robotów oraz inne procesy ruchu i funkcje logiczne w maszynie pakującej w ramach jednego programu sterowania, realizowanego na jednym procesorze. Pozwala to na wyeliminowanie kosztów zakupu dodatkowych sterowników dedykowanych dla poszczególnych robotów i rozproszenia programów sterowania pomiędzy różne jednostki procesorów. W niektórych przypadkach program sterowania całą maszyną i robotami przenoszącymi może być realizowany w pamięci cache procesora, co znacznie zwiększa szybkość jego działania.
Narzędzie TCP – Tool Center Point – to funkcjonalność stanowiąca podstawową różnicę pomiędzy algorytmami ruchów maszyn a robotów. W tych pierwszych wszystkie ruchy zdefiniowane są jako zbiór trajektorii dla każdej z osi serwomechanizmów. W przypadku robotów dostępne są tylko proste ustawienia układów kinematycznych, a wszystkie ruchy definiuje się w odniesieniu do pozycji docelowej, z uwzględnieniem rodzaju ruchu możliwego do wykonania przez robota. Trajektorie ruchów ramion są zawsze wyliczane i niezdefiniowane raz na zawsze.
Kinematyka – w bibliotekach dostępnych w oprogramowaniu do robotów firmy Schneider Electric znajdują się narzędzia do wykonywania tych skomplikowanych obliczeń automatycznie. Inżynier automatyk może zaprogramować ruchy robota na płaszczyźnie współrzędnych kartezjańskich równie łatwo, jak odbywa się to dla tradycyjnych maszyn, z wykorzystaniem języka bloków funkcjonalnych z normy IEC 61131-3. Następnie program taki po odpowiednim przetworzeniu wylicza całą tzw. kinematykę maszyny wraz z funkcjami interpolacyjnymi.
Dodatkowe funkcjonalności – funkcja geometrycznego mieszania ścieżek ruchów pozwala na redukcję czasu trwania cyklu pozycjonowania poprzez zmieszanie parametrów i współrzędnych kilku ścieżek ruchów maszyny, optymalizując szybkość ich wykonywania i odległość niezbędną do osiągnięcia przez ramię robota założonej wstępnie pozycji. Ze względu na tendencję sterowanych układów ruchomych do nadmiernego przyspieszania, a tym samym zwiększania prawdopodobieństw niedokładności ruchów, warto zwrócić uwagęna taką funkcjonalność sterowników jak inteligentny monitoring przyspieszeń.
Na podstawie informacji firmy Schenider Electric Packing Solutions.

Aplikacja 4 – Zakład produkcji paliw
Sterowanie i monitoring nowoczesnych zakładów produkcji paliw opiera się w głównej mierze na urządzeniach panelowych, wspieranych przez sterowniki z pojedynczymi pętlami sprzężeń zwrotnych, moduły akwizycji danych, wskaźniki i rejestratory oraz panele sygnalizacyjne. W takich przedsiębiorstwach proces produkcyjny odbywa się zwykle w trybie ciągłym 24/7. Najważniejsze elementy systemu zlokalizowane są zwykle w jednej lub kilku szafach sterowniczych, a sam system obsługuje od 400 do 2000 i więcej we/wy. Od takich systemów wymaga się przede wszystkim dokładnego sterowania wszystkich sygnałów analogowych, zwłaszcza we wszelkich operacjach rozruchu maszyn.
Przy wyborze elementów rozproszonego systemu sterowania do zakładów produkcji paliw priorytetem jest bezpieczeństwo procesów i dostępność danych o parametrach procesowych, wpływająca na łatwość organizacji systemów zarządzania produkcją. Ze względu na częste modyfikacje ważną rolę odgrywa elastyczność i skalowalność budowanych sieci. Trzeba też względnić fakt, że system automatyki będzie niejednokrotnie funkcjonował w strefach zagrożonych wybuchem, przy obecności substancji żrących i toksycznych. Inne ważne elementy to:
Zmiana standardu/technologii – ewentualne przejścia z jednego standardu/technologii systemowej do innej powinno odbywać się przy jak najkrótszej przerwie produkcyjnej lub najlepiej w ogóle bez wyłączania procesów. Wymiana danych pomiędzy urządzeniami automatyki powinna mieć charakter ciągły i pozwalać na rozbudowę systemu nawet w czasie jego normalnej pracy. Elementem pomocnym przy wszelkich rozbudowach i modernizacjach systemów sterowania są zintegrowane narzędzia inżynierskie. Modernizacja systemów sterowania z układów automatyki pneumatycznej i układów bez komunikacji sieciowej wymaga stosowania standardów programowania zgodnych z normą IEC 61131-3.
Redundancja – wszelkie elementy redundantne muszą być realizowane wewnątrz systemu jako jego integralne części, nie zaś np. poprzez dodatkowe moduły zewnętrzne, dzięki czemu w wypadku awarii operator może szybko odtworzyć nastawy systemu bez żadnych dodatkowych, zbędnych operacji. Pracujący system musi na bieżąco monitorować stan sprzętu oraz oprogramowania i szybko zsynchronizować urządzenia po przywróceniu do pracy elementu, który uległ awarii.
Interfejsy – w przypadku wymiany interfejsów obsługi na nowoczesne panele HMI dobrym pomysłem w fazie początkowej wprowadzania tych zmian jest odtworzenie na nich graficznego wyglądu dotychczas stosowanych paneli operatorskich. Szczególnie ważnym elementem organizacji nowych paneli powinna być ich komunikatywność i przejrzystość oraz dopasowanie do wymagań lub przyzwyczajeń operatorów.
Na podstawie informacji firmy ABB.

Aplikacja 5 – Obsługa pomp
W przypadku aplikacji obsługi pomp dobrym rozwiązaniem jest organizacja sterowania z wykorzystaniem specjalnych przekaźników i elementów przełączających. Ponieważ w aplikacjach tych często konieczna jest optymalizacja obciążenia, układy przekaźnikowe są w stanie zrównoważyć bilans obciążenia przy wykorzystaniu dodatkowych elementów łączeniowych (przełączniki ręczne i automatyczne, przełączniki ciśnieniowe, przekaźniki z funkcjami czasowymi itp.). Za każdym razem przy otwarciu przełącznika startowego przekaźniki wyjściowe zmieniają swój stan, tym samym prowadząc do wyrównania obciążeń pomp. Również w przypadku przekroczenia dopuszczalnej wartości obciążenia przekaźniki mogą być wykorzystane do dołączania dodatkowych obwodów i zwiększenia pojemności układu pomp. Typowe dla układów pomp metody sterowania to:
Układ z modułem przełączającym – pozwala na przemienne wysterowanie i wykorzystanie pomp w celu ich równomiernego obciążania i zużycia. Na przykład w układach dwupompowych na początku zaczyna funkcjonować tylko pompa pierwsza, a po jej wyłączeniu załączana jest pompa druga do obsługi kolejnego cyklu procesowego. Układy z przełączaniem pomp są dostępne dla aplikacji dwu- trzy- i czteropompowych.
Układ typu „główny i zapasowy” – sterowanie bazuje na ustaleniu głównego toru pompowania i toru zapasowego, obsługującego ewentualne dodatkowe obciążenie aplikacji. Jeżeli obciążenie pompy ma poziom nominalny lub mniejszy, funkcjonuje tylko główny tor aplikacji. W przypadku pojawienia się nadmiernego obciążenia przekaźnikowy układ sterowania dołącza tor zapasowy.
Przekaźniki opracowywane współcześnie do tego typu aplikacji mogą obsługiwać zarówno jeden, jak i drugi model sterowania układów pomp. Przy ich doborze należy zwrócić uwagę na ilość obsługiwanych torów, poziomy napięć sterujących dla danego przekaźnika i ilość obsługiwanych (jeden czy obydwa) modeli sterowania.
Na podstawie informacji firmy Eaton Corporation.

Aplikacja 6 – Nowa linia produkcyjna
Wybór sterownika do obsługi nowej aplikacji na linii produkcyjnej zaczyna się zwykle od przeglądu listy sygnałów we/wy, analizy ich typu i specyfikacji technicznej. Następnie rozpatruje się inne cechy systemu, jak np. dobór rozproszonych modułów we/wy, tak by zredukować liczbę niezbędnych połączeń, wsparcie funkcjonalne sterowników ze strony wbudowanego oprogramowania, wpływające na optymalizację procesu integracji systemu oraz możliwości łączenia z wyższymi poziomami zakładowego systemu teleinformatycznego.
Zazwyczaj w tego typu przypadkach rozwiązaniem korzystnym wydaje się wybór jednej z dostępnych na rynku rodziny sterowników wyposażonych w odpowiednie oprogramowanie i współpracujących z określonymi modułami we/wy. Przykładem może być tu linia produktów Simatic S7 firmy Siemens, obejmująca różne typy sterowników do systemów małych, dużych, rozproszonych, bazujących na współpracy z komputerami klasy PC oraz do montażu bezpośrednio na maszynach (bez dodatkowej obudowy). Wszystkie one programowane są z jednego środowiska pakietu inżynierskiego Step 7. Z tego typu sterownikami cała linia produkcyjna lub pojedyncza aplikacja, niemodernizowana nawet od kilkunastu lat, może być bardzo szybko zmieniona w nowoczesny układ sterowania o zwiększonej wydajności i niezawodności, ze zintegrowanymi funkcjami bezpieczeństwa itp.
Dobrym przykładem aplikacji, w której w taki właśnie sposób dobrano sterowniki i system sterowania, jest huta żelaza Southlad Tube w Birmingham (USA). Firma wybrała sterowniki Simatic S7-400 z rozproszonymi modułami we/wy ET200 z komunikacją sieciową standardu Profibus i Profinet, obsługującą wymianę danych z napędami i modułami rozruchowymi siników. Zastosowanie architektury systemowej Siemens Totaly Integrated Automation i pakietu SCADA WinCC pozwoliło na uzyskanie znacznych redukcji czasu i kosztów związanych z montażem, integracją i pełnym wdrożeniem systemu sterowania. W systemie tym zautomatyzowano ponad 30 układów napędowych z ponad 300 silnikami. Dodatkowy zysk to sprawny monitoring i diagnostyka, co nie byłoby możliwe przy użyciu prostszych sterowników, niewchodzących w skład określonej rodziny produktów do automatyki przemysłowej.
Na podstawie informacji firmy Siemens Energy & Automation

Aplikacja 7 – Obrabiarki sterowane numerycznie
Wybór sterowników i modułów we/wy to komopromis pomiędzy ich osiągami, funkcjonalnością a kosztami zakupu. Ponadto nie jest to wybór na zawsze i w okresie kilku czy kilkunastu lat może być konieczna jego wymiana na rozwiązania nowsze, bardziej funkcjonalne. Należy przewidzieć taką możliwość i wybrać rozwiązanie elastyczne. W zakładach Kays Engineering USA wybrano sterowniki firmy Beckhoff Automation CX9010 i CX 1010 z wbudowanymi modułami PC, których zadaniem jest sterowanie obrabiarkami numerycznymi. Wprowadzenie sterowników miało zwiększyć funkcjonalności systemów sterowania tymi maszynami. Istotne kwestie, jakie wynikły przy doborze sterowników:
Procesory i sieć – sterowniki serii CX PAC firmy Beckhoff bazują na procesorach Intel IXP420 XScale 266 MHz z możliwością ich wymiany i aktualizacji na procesory Intel Pentium M CPU 1,8 GHz. Wraz z rozwojem technologicznym dostawca takich sterowników powinien zaoferować również użytkownikowi możliwość wykorzystania najnowszych rozwiązań, jak np. energooszczędne procesory Intel Atom. Warto również zwrócić uwagę na to, by konkretne procesory znajdujące w sterownikach  były w stanie fizycznie obsłużyć ewentualne dedykowane pakiety programowe do sterowników i modułów we/wy. Zainstalowany w zakładach Kays Engineering system sterowania, bazujący na standardzie EtherCAT, zapewnia optymalne sterowanie prędkością i pozycjonowaniem maszyn napędowych w kilku osiach ruchu.
Oprogramowanie – oprogramowanie sterowników powinno zapewniać poprawną obsługę wielu typów i wariantów technologicznych maszyn napędowych, np. z pozycjonowaniem osi typu point-to-point czy interpolacji osi liniowych lub kołowych, jak również innych dodatkowych funkcjonalności typu automatyczne skrzynie biegów, sterowane przekładnie, interpolacja w 3D itp. (dodatkowe pakiety bibliotek funkcji). Pakiet oprogramowania powinien mieć również zaaplikowane funkcje optymalizacji procesu programowania oraz organizacji funkcjonalnej i sprzętowej budowanej w nim aplikacji (optymalizacja algorytmów, unikanie instalacji zbędnych modułów sprzętowych itp.).
Na podstawie informacji firmy Beckhoff Automation.

Aplikacja 8 – Procesy okresowe – produkcja partiami
W przypadku prostych aplikacji do procesów okresowych można zastosować właściwie dowolny sterownik z aplikacją napisaną w dowolnym języku programowania, szczególnie gdy wiadomo, że aplikacja przez niego obsługiwana nie będzie podlegać żadnym zmianom w trakcie eksploatacji. Trzeba jednak pamiętać, że z reguły procesy okresowe rzadko pozostają niezmienione, co jest bardzo istotne przy doborze sterowników do tego typu aplikacji. W wielu procesach okresowych podstawową korzyścią z punktu widzenia algorytmów sterowania jest wykonywanie niektórych prostszych procedur bezpośrednio w obrębie sterownika, co przyczynia się do uproszczenia schematów sterowania lub też przyspieszenia realizacji procedur sterowania.
Sterownik do tego typu aplikacji powinien:
• pozwalać na zwiększenie funkcjonalności i szybkości działania systemu sterowania przez możliwość realizacji kompletnych procedur sterujących w obrębie samego sterownika, niejednokrotnie w układzie redundantnym,
• zwiększać przepustowość danych, skracając czas wykonania pojedynczych procedur sterowania,
• interaktywnie wspierać użycie konkretnych operatorów programowych, zwiększających skuteczność i szybkość tworzenia procedur programowych.
Stosowanie większej liczby sterowników zaleca się tylko wówczas, gdy aplikacja jest bardzo duża i realizacja wszystkich procedur sterowania nie może być przeprowadzona w ramach jednego sterownika. Komunikacja między nimi zwykle odbywa się w trybie peer-to-peer.
Wybrany system sterowania powinien obsługiwać również wszystkie cztery poziomy modelu uelastycznienia procesów produkcyjnych ISA 88: procedury, procedury jednostkowe, operacje i fazę – wraz ze wsparciem w trybie on-line modyfikacji elementów systemu sterowania. Dzięki temu przy użyciu jednego narzędzia użytkownik może zmienić dowolny z elementów logicznych systemu, zmodyfikować aplikację i załadować ponownie bezpośrednio do zmienianego elementu. Operacja taka nie wymaga konieczności aktualizacji czy modyfikacji całego systemu i strategii sterowania.
Na podstawie informacji firmy Honeywell Process Solutions.
Aplikacja 9 – System wbudowany
Inżynierowie firmy FedEx Express po otrzymaniu kontraktu od firmy Ventura Aerospace na opracowanie i wdrożenie systemu sterowania i monitoringu przeciwpożarowego dla samolotu, stanęli przed koniecznością doboru sterownika, który byłby wysoce niezawodny, a zarazem dość elastyczny do zastosowania w tak nietypowej instalacji. Wybrano ostatecznie rozwiązanie firmy National Instruments – Single-Board RIO 9612 jako rdzeń główny tworzonego systemu oraz dodatkowe 14 modułów kontroli pożarowej, rozmieszczonych wzdłuż całego samolotu. Wspomniany sterownik SB RIO 9612 wyposażony jest w procesor PowerPC 400 MHz współpracujący z systemem operacyjnym czasu rzeczywistego oraz posiadający 2M bramek w układzie programowalnym FPGA Xillinx Spartan 3, obsługujący 110 szybkich linii we/wy i 16 kanałów różnicowych dla sygnałów analogowych, mieszczące się na jednej wspólnej płycie (system wbudowany).
Wybór takiego układu sterującego okazał się najlepszym pozwala bowiem na opracowanie i przyłączenie do niego specjalnych dodatkowych modułów zapewniających odpowiednie dopasowanie sygnałów i możliwość przyłączenia do złączy typu MIL, wykorzystywanych w samolotach.
Projektanci i integratorzy podobnych systemów mogą również wybrać podobne sterowniki, szczególnie do rozwiązań, gdzie mają znaczenie takie czynniki, jak:
• niewielkie rozmiary i brak wentylatora chłodzącego – aktywnego chłodzenia,
• wykorzystanie procesora czasu rzeczywistego i układów logicznych FPGA. Dzięki takiemu procesorowi działanie układu sterującego jest w pełni deterministyczne i umożliwia zrównoważenie pozostałych operacji niedeterministycznych, jak na przykład komunikacja i wysyłanie danych przez sieć Ethernet. Równolegle układ programowalny FPGA wykorzystywany jest w procesie akwizycji danych analogowych i cyfrowych oraz generacji sygnałów sterujących. Programowanie obu części sterownika jest stosunkowo łatwe i szybkie, bazuje bowiem na popularnym pakiecie programowym LabView,
• możliwość obsługi modułów szybkich we/wy analogowych i cyfrowych (włącznie z wejściami i wyjściami cyfrowymi sygnałów 24 V) oraz całej rodziny ponad 80 typów modułów plug-in z oferty sprzętowej firmy National Instruments.
Na podstawie informacji firmy National Instruments.

Aplikacja 10 – Modernizacja sprzętowa obrabiarek numerycznych
Modernizacja sprzętowa obrabiarek numerycznych polega zwykle na wymianie silników lub całych układów napędowych, serwonapędów i okablowania oraz elementów elektromechanicznych. W odróżnieniu od kompleksowego remontu, w czasie modernizacji nie prowadzi się żadnych większych napraw układów mechanicznych i całego układu elektrycznego w maszynie. Podczas takiej modernizacji z punktu widzenia systemu sterowania, uwagę zwrócić należy na:
Dedykowane makra programowe – uzyskanie wysokiego poziomu elastyczności w obrabiarkach numerycznych, wykorzystywanych w obróbce bardzo różnych elementów, wymaga również skomplikowanych aplikacji programowych do sterowników, często opartych na gotowych procedurach, zwane przez specjalistów-automatyków makrami programowymi.
Rozwiązania takie są dostępne zarówno w najnowszych, jak i nieco starszych maszynach sterowanych numerycznie.
Badanie i testowanie obrabiarek – producenci i użytkownicy obrabiarek numerycznych zwracają uwagę na stosunkowo długi czas niezbędny do przeprowadzenia testów tych maszyn, jednak okazuje się, że zwykle są one o wiele szybsze niż sam prowadzący je operator. Procesy te są bowiem zwykle zorganizowane bardzo logicznie i spójnie, eliminując zupełnie lub znacznie ograniczając czas, jaki operator musi poświęcić na pomiary odpowiednich współczynników czy parametrów, ich akwizycję i analizę. Dlatego też warto w czasie modernizacji obrabiarek pomyśleć o dodaniu dedykowanego układu testującego ich parametry pracy i ustawienia lub też wyborze sterownika, który ma zaaplikowane narzędzia testujące w swoim algorytmie i funkcjach.
Zwiększenie pamięci programowej obrabiarki – zwykle pamięć programowa obrabiarek sterowanych numerycznie jest bardzo ograniczona, zarówno ze względów technologicznych, jak i cenowych. Sterowniki firmy GE Fanuc mają możliwość obsługi serwerów danych, korzystających z komunikacji ethernetowej i dość pokaźnych zasobów pamięciowych. W popularnych serwerach dedykowanych do tego typu aplikacji możliwa jest obsługa kart pamięci programowej o pojemności do 1 GB.
Szkolenie obsługi – awarie maszyn spowodowane błędami nastaw przy ich uruchamianiu to wciąż częste zjawisko w praktyce obsługi obrabiarek numerycznych, dlatego warto pomyśleć o zautomatyzowaniu tego procesu w jak największym stopniu. Narzędzia samodiagnostyki w sterowniku umożliwiają operatorowi szybkie wykrycie problemu i przywrócenie układu do normalnej pracy. Na przykład strony z podanymi wartościami parametrów i ewentualnymi sygnałami diagnostycznymi pozwalają na łatwe monitorowanie stanu pracy wielu układów napędowych, pojedynczych silników i elementów wykonawczych.
Zdalne prowadzenie diagnostyki, kopie zapasowe i przywracanie ustawień – obecność portów standardu Ethernet zapewnia obsłudze i kadrze inżynierskiej możliwość zdalnego monitoringu i diagnostyki całych obrabiarek i wybranych ich podzespołów, przy wykorzystaniu takich narzędzi jak np. GE Fanuc CNC Screen Display Function. Ponadto niektóre ze sterowników wyposażone są w funkcje automatycznego tworzenia kopii zapasowych ustawień do plików w pamięci flash, stanowiące niejako pierwszy poziom bezpieczeństwa funkcjonowania maszyn.
Na podstawie informacji firmy GE Fanuc CNC.
Artykuł pod redakcją dr. inż. Andrzeja Ożadowicza, AGH-Kraków