Когда время отклика измеряется в микросекундах
Компания Beckhoff (Германия) продвигает на мировом рынке одноименную концепцию и систему автоматизации промышленных объектов и зданий. В основу разработки положена всеформатность, а также максимально возможная совместимость с другими технологиями автоматизации.
Как утверждают сами разработчики, Beckhoff поддерживает все самые распространенные датчики, исполнительные механизмы, шины передачи данных. В рамках проекта было создано более 180 модулей ввода-вывода, при помощи которых удалось охватить почти все типы возможных сигналов системы автоматизированного здания. При помощи специальных коммуникационных модулей к intelligent house на базе элементов Beckhoff можно подключать также системы, использующие такие интерфейсы и протоколы передачи данных, как EIB, LON, DALI, RS232, RS485. Основной идеей Beckhoff является организация, а также интеграция информационных автоматизационных технологий с использованием так называемых промышленных ПК и сетевого стандарта Ethernet — в частности, стека TCP/IP. Стандарт Ethernet выбран как базовый благодаря своей универсальности при использовании как с офисной, так и с бытовой техникой, а также с инженерными системами здания. То есть через одну сеть на базе технологии Ethernet передают информацию друг другу камеры наблюдения, датчики движения, компоненты систем вентиляции, принтеры. Используя оборудование Beckhoff, можно построить как централизованную сеть на базе мощной центральной вычислительной машины (ПК), так и децентрализованную, то есть распределенную систему, где сигналы принимаются и обрабатываются непосредственно на месте нахождения устройства или датчика. Важно заметить, что технологии и оборудование компании Beckhoff имеют промышленное происхождение, благодаря чему являются универсальными, что соответственно позволяет обойти большинство существующих на сегодня технологических ограничений. Как уже упоминалось ранее, Beckhoff обладает сквозной совместимостью со всеми современными протоколами автоматизации зданий, передачи данных. Благодаря этому системы intelligent house с использованием компонентов Beckhoff обладают огромными возможностями в области расширения и дальнейшей модернизации.
Почти все современные бытовые электроприборы и электроника имеют очевидные либо неочевидные возможности включения их в единую систему intelligent house. Для реализации «умных» функций любого устройства часто достаточно лишь программируемого контроллера и датчика. Существуют следующие основные категории компонентов автоматического управления Beckhoff: промышленные ПК, контроллеры узла промышленных шин (мини-ПЛК с присоединяемыми по внутренней системной шине модулями ввода-вывода) и программное обеспечение для автоматизации (TwinCAT NT Realtime System). ПЛК — это программируемый логический контроллер.
Промышленные ПК Beckhoff
Допустим, требуется интегрировать комплекс зданий в единую автоматизированную сеть. В таком случае каждое здание будет обслуживаться одним промышленным ПК, который будет использовать ПО TwinCAT. Этот ПК выполняет основные функции управления оборудованием здания, а также согласует работу распределенных клеммных модулей Ethternet. Сеть соединит каждый из трех компьютеров, управляющих этими помещениями, с центральным компьютером службы управления. В данном случае компьютер выполняет функцию главного центрального средства обработки информации и передачи команд. Такие системы требуются при необходимости выполнения проектов автоматизации больших зданий, объектов. Через единую сеть данные от каждой точки сбора информации (это может быть температура отдельного помещения, информация о том, закрыта ли дверь того или иного помещения на том или ином этаже) поступают на главный компьютер, где они обрабатываются и контролируются.
Шинные Ethernet-контроллеры Beckhoff
Контроллеры сети являются устройствами сопряжения сети с функциональными возможностями ПЛК (программируемый логический контроллер). Они программируются по стандарту IEC 61131-3, имеют 64 килобайт памяти для хранения данных, 96 килобайт памяти для хранения программ, 512 байт для остаточных данных. Контроллеры сети Ethernet способны сами предварительно обрабатывать данные, поступающие от инженерных систем, тем самым освобождая систему управления более высокого уровня (допустим, центральный ПК) от выполнения рутинных задач (при этом снижая объем информации, передаваемой по внутренней сети). Такая информация, как сигналы управления осветительными приборами, положением жалюзи, климат-контролем, могут обрабатываться непосредственно самим контроллером без передачи данных на центральный компьютер. Благодаря этой особенности система, хотя и имеет центральный элемент обработки информации, сигналов, команд, остается максимально децентрализованной и способна функционировать даже при отказе внутренней сети.
ПО TwinCAT Beckhoff
А вот обмен централизованными данными осуществляется по сети Ethernet TCP/IP при помощи программного обеспечения TwinCAT. После установки на любой обычный компьютер программного комплекса TwinCAT этот ПК становится работающим в реальном времени программно реализованным мультиПЛК. С помощью этого ПЛК можно осуществлять полноценное централизованное управление как зданием в целом, так и каждым помещением в отдельности. Мало того, уже сегодня существует огромный выбор стандартных программ, настроенных на работу и управление конкретными инженерными системами зданий. Для того, чтобы все устройства внутренней сети могли обмениваться командами, отправлять информационные и статус-сообщения на центральный узел системы, в рамках проекта реализована система связи TwinCAT ADS (спецификация устройств автоматизации). При этом все необходимые настройки и изменения конфигурации котроллеров сети Ethernet можно внести при помощи специального ПО, входящего в состав TwinCAT.
XFC — технология сверхбыстрого управления
Сегодня компания Beckhoff предлагает новое решение в области высокоскоростного управления — технологию XFC (eXtreme Fast Control). Технология XFC опирается на оптимизированную архитектуру управления и связи, включающую передовой промышленный ПК, сверхбыстрые модули ввода-вывода с улучшенными показателями реального времени, высокоскоростную сеть EtherCAT на базе Ethernet и программное обеспечение TwinCAT. Новая технология позволяет сделать время отклика меньше 100 мкс и тем самым открывает новые возможности, реализация которых прежде была исключена из-за технических ограничений. Технология XFC обеспечивает очень быстрые и очень детерминированные отклики. Она распространяется на все оборудование и программное обеспечение, которое обычно используется в системах управления (оптимизированные компоненты ввода-вывода, способные распознавать сигналы с высокой точностью или инициализировать задания, EtherCAT как высокоскоростную коммуникационную сеть, высокопроизводительные промышленные ПК и TwinCAT — программное обеспечение, связывающее все компоненты системы).
По сравнению с нынешними контроллерами на базе ПК технология XFC обеспечивает десятикратное повышение производительности и доводит время цикла до 100 мкс без ущерба для центрального интеллекта и связанных с ним высокопроизводительных алгоритмов. Помимо оптимизированного времени цикла, XFC предлагает более высокую временную точность и более высокое разрешение. Это способствует повышению качества работы оборудования и сокращению времени отклика. Операции измерения или документирования качества деталей можно просто встроить в управляющую схему машины — не нужно никаких дополнительных дорогостоящих устройств. Технология XFC полностью совместима с существующими системами автоматизации, так что стандартные операции, операции быстрого контроля и измерения могут выполняться параллельно на той же аппаратной и программной платформе.
Компоненты XFC
Beckhoff предлагает серию XFC-продуктов следующих направлений. Во-первых, это TwinCAT — быстрая программа, работающая в масштабе реального времени (работа в реальном времени под Windows с временным циклом до 50 мкс и стандартное IEC 61131-3 программирование задач в масштабе реального времени). Во-вторых, это EtherCAT — коммуникационная технология быстрого управления, в основе которой — распределенные дискретные сигналы ввода-вывода со временем срабатывания 30 мкс и усовершенствованные функции реального времени на основе распределенных тактовых импульсов (синхронизация, штамп времени, передискретизация). В-третьих, это EtherCAT-модули как основа высокоскоростной технологии ввода-вывода (быстродействующие модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов). Функции штампа времени и передискретизации позволяют резко (до 10 нс) повысить временное разрешение. Наконец, это промышленные ПК (быстрые управляющие ЦП) — промышленные ПК с высокопроизводительными системными платами, работающие в режиме реального времени. Это компактная конструкция, оптимизированная для выполнения задач управления. Все компоненты базируются на открытых стандартах. Это означает, что любой инженер или программист может очень быстро запроектировать высокопроизводительную систему управления, используя для этого стандартные компоненты (то есть без применения специального оборудования). Все вышеизложенное — лишь примерная модель функционирования intelligent house с использованием компонентов Beckhoff. Для обывателя же и вообще для самого широкого пользователя важно то, что систему вполне можно построить на базе обычного компьютера при использовании сети Ethernet или вообще без участия компьютера, используя лишь шинные контроллеры. Иначе говоря, теперь в домашней локальной вычислительной сети могут появиться любые бытовые устройства XXI века.
Как утверждают сами разработчики, Beckhoff поддерживает все самые распространенные датчики, исполнительные механизмы, шины передачи данных. В рамках проекта было создано более 180 модулей ввода-вывода, при помощи которых удалось охватить почти все типы возможных сигналов системы автоматизированного здания. При помощи специальных коммуникационных модулей к intelligent house на базе элементов Beckhoff можно подключать также системы, использующие такие интерфейсы и протоколы передачи данных, как EIB, LON, DALI, RS232, RS485. Основной идеей Beckhoff является организация, а также интеграция информационных автоматизационных технологий с использованием так называемых промышленных ПК и сетевого стандарта Ethernet — в частности, стека TCP/IP. Стандарт Ethernet выбран как базовый благодаря своей универсальности при использовании как с офисной, так и с бытовой техникой, а также с инженерными системами здания. То есть через одну сеть на базе технологии Ethernet передают информацию друг другу камеры наблюдения, датчики движения, компоненты систем вентиляции, принтеры. Используя оборудование Beckhoff, можно построить как централизованную сеть на базе мощной центральной вычислительной машины (ПК), так и децентрализованную, то есть распределенную систему, где сигналы принимаются и обрабатываются непосредственно на месте нахождения устройства или датчика. Важно заметить, что технологии и оборудование компании Beckhoff имеют промышленное происхождение, благодаря чему являются универсальными, что соответственно позволяет обойти большинство существующих на сегодня технологических ограничений. Как уже упоминалось ранее, Beckhoff обладает сквозной совместимостью со всеми современными протоколами автоматизации зданий, передачи данных. Благодаря этому системы intelligent house с использованием компонентов Beckhoff обладают огромными возможностями в области расширения и дальнейшей модернизации.
Почти все современные бытовые электроприборы и электроника имеют очевидные либо неочевидные возможности включения их в единую систему intelligent house. Для реализации «умных» функций любого устройства часто достаточно лишь программируемого контроллера и датчика. Существуют следующие основные категории компонентов автоматического управления Beckhoff: промышленные ПК, контроллеры узла промышленных шин (мини-ПЛК с присоединяемыми по внутренней системной шине модулями ввода-вывода) и программное обеспечение для автоматизации (TwinCAT NT Realtime System). ПЛК — это программируемый логический контроллер.
Промышленные ПК Beckhoff
Допустим, требуется интегрировать комплекс зданий в единую автоматизированную сеть. В таком случае каждое здание будет обслуживаться одним промышленным ПК, который будет использовать ПО TwinCAT. Этот ПК выполняет основные функции управления оборудованием здания, а также согласует работу распределенных клеммных модулей Ethternet. Сеть соединит каждый из трех компьютеров, управляющих этими помещениями, с центральным компьютером службы управления. В данном случае компьютер выполняет функцию главного центрального средства обработки информации и передачи команд. Такие системы требуются при необходимости выполнения проектов автоматизации больших зданий, объектов. Через единую сеть данные от каждой точки сбора информации (это может быть температура отдельного помещения, информация о том, закрыта ли дверь того или иного помещения на том или ином этаже) поступают на главный компьютер, где они обрабатываются и контролируются.
Шинные Ethernet-контроллеры Beckhoff
Контроллеры сети являются устройствами сопряжения сети с функциональными возможностями ПЛК (программируемый логический контроллер). Они программируются по стандарту IEC 61131-3, имеют 64 килобайт памяти для хранения данных, 96 килобайт памяти для хранения программ, 512 байт для остаточных данных. Контроллеры сети Ethernet способны сами предварительно обрабатывать данные, поступающие от инженерных систем, тем самым освобождая систему управления более высокого уровня (допустим, центральный ПК) от выполнения рутинных задач (при этом снижая объем информации, передаваемой по внутренней сети). Такая информация, как сигналы управления осветительными приборами, положением жалюзи, климат-контролем, могут обрабатываться непосредственно самим контроллером без передачи данных на центральный компьютер. Благодаря этой особенности система, хотя и имеет центральный элемент обработки информации, сигналов, команд, остается максимально децентрализованной и способна функционировать даже при отказе внутренней сети.
ПО TwinCAT Beckhoff
А вот обмен централизованными данными осуществляется по сети Ethernet TCP/IP при помощи программного обеспечения TwinCAT. После установки на любой обычный компьютер программного комплекса TwinCAT этот ПК становится работающим в реальном времени программно реализованным мультиПЛК. С помощью этого ПЛК можно осуществлять полноценное централизованное управление как зданием в целом, так и каждым помещением в отдельности. Мало того, уже сегодня существует огромный выбор стандартных программ, настроенных на работу и управление конкретными инженерными системами зданий. Для того, чтобы все устройства внутренней сети могли обмениваться командами, отправлять информационные и статус-сообщения на центральный узел системы, в рамках проекта реализована система связи TwinCAT ADS (спецификация устройств автоматизации). При этом все необходимые настройки и изменения конфигурации котроллеров сети Ethernet можно внести при помощи специального ПО, входящего в состав TwinCAT.
XFC — технология сверхбыстрого управления
Сегодня компания Beckhoff предлагает новое решение в области высокоскоростного управления — технологию XFC (eXtreme Fast Control). Технология XFC опирается на оптимизированную архитектуру управления и связи, включающую передовой промышленный ПК, сверхбыстрые модули ввода-вывода с улучшенными показателями реального времени, высокоскоростную сеть EtherCAT на базе Ethernet и программное обеспечение TwinCAT. Новая технология позволяет сделать время отклика меньше 100 мкс и тем самым открывает новые возможности, реализация которых прежде была исключена из-за технических ограничений. Технология XFC обеспечивает очень быстрые и очень детерминированные отклики. Она распространяется на все оборудование и программное обеспечение, которое обычно используется в системах управления (оптимизированные компоненты ввода-вывода, способные распознавать сигналы с высокой точностью или инициализировать задания, EtherCAT как высокоскоростную коммуникационную сеть, высокопроизводительные промышленные ПК и TwinCAT — программное обеспечение, связывающее все компоненты системы).
По сравнению с нынешними контроллерами на базе ПК технология XFC обеспечивает десятикратное повышение производительности и доводит время цикла до 100 мкс без ущерба для центрального интеллекта и связанных с ним высокопроизводительных алгоритмов. Помимо оптимизированного времени цикла, XFC предлагает более высокую временную точность и более высокое разрешение. Это способствует повышению качества работы оборудования и сокращению времени отклика. Операции измерения или документирования качества деталей можно просто встроить в управляющую схему машины — не нужно никаких дополнительных дорогостоящих устройств. Технология XFC полностью совместима с существующими системами автоматизации, так что стандартные операции, операции быстрого контроля и измерения могут выполняться параллельно на той же аппаратной и программной платформе.
Компоненты XFC
Beckhoff предлагает серию XFC-продуктов следующих направлений. Во-первых, это TwinCAT — быстрая программа, работающая в масштабе реального времени (работа в реальном времени под Windows с временным циклом до 50 мкс и стандартное IEC 61131-3 программирование задач в масштабе реального времени). Во-вторых, это EtherCAT — коммуникационная технология быстрого управления, в основе которой — распределенные дискретные сигналы ввода-вывода со временем срабатывания 30 мкс и усовершенствованные функции реального времени на основе распределенных тактовых импульсов (синхронизация, штамп времени, передискретизация). В-третьих, это EtherCAT-модули как основа высокоскоростной технологии ввода-вывода (быстродействующие модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов). Функции штампа времени и передискретизации позволяют резко (до 10 нс) повысить временное разрешение. Наконец, это промышленные ПК (быстрые управляющие ЦП) — промышленные ПК с высокопроизводительными системными платами, работающие в режиме реального времени. Это компактная конструкция, оптимизированная для выполнения задач управления. Все компоненты базируются на открытых стандартах. Это означает, что любой инженер или программист может очень быстро запроектировать высокопроизводительную систему управления, используя для этого стандартные компоненты (то есть без применения специального оборудования). Все вышеизложенное — лишь примерная модель функционирования intelligent house с использованием компонентов Beckhoff. Для обывателя же и вообще для самого широкого пользователя важно то, что систему вполне можно построить на базе обычного компьютера при использовании сети Ethernet или вообще без участия компьютера, используя лишь шинные контроллеры. Иначе говоря, теперь в домашней локальной вычислительной сети могут появиться любые бытовые устройства XXI века.
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 22 за 2007 год в рубрике электрооборудование
