SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Настоящее и будущее MicroPC

В статье произведен обзор изделий серии MicroPC производства компаний FASTWEL и Octagon Systems, получивших распространение при сложных условиях эксплуатации. 

ПРОСОФТ, г. Москва

prosoft_new.gif


Серия MicroPC была предложена в 1990 году компанией Octagon Systems, имевшей до этого богатый опыт в области разработки изделий для шины STD. При этом с самого начала ставилась цель обеспечения работы вычислительной системы в жестких условиях эксплуатации.

Благодаря этому в настоящее время на рынке встраиваемых систем формат MicroPC является одними из наиболее устойчивых к воздействию жестких внешних факторов, чем и завоевал заслуженную популярность среди различных разработчиков систем управления. 

Специальная технология изготовления процессорных плат и плат расширения обеспечивает их устойчивую работу при температурах от -40... +85 °С, устойчивость к вибрациям до 5g и ударам до 20 g. Подтвержденное интенсивными испытаниями время безотказной работы (MTBF) составляет от 10 до 20 лет, что соответствует жестким нормам стандарта MIL-217F. Кроме того, гарантия на эти изделия составляет 3 года.

Универсальность конструктивного исполнения и вариантов монтажа изделий стандарта MicroPC обеспечивают возможность их применения в подавляющем большинстве перспективных разработок. Модули могут устанавливаться практически в любые конструктивы современных вычислительных систем промышленного назначения, представленных на рынке. Имеется возможность установки плат в монтажные каркасы с магистралью ISA, либо непосредственно в пассивные объединительные платы. Кроме того, модули могут быть размещены один рядом с другим на горизонтальной поверхности, под прямым углом и один над другим в виде этажерки, а также установлены в платы ввода/вывода специального назначения, либо функционировать автономно. Наиболее предпочтительный вариант монтажа выбирается в зависимости от особенностей конкретного приложения.

В основе стандарта лежат IBM PC-совместимая архитектура и системная магистраль ISA — наиболее распространенные стандартные решения в мире промышленной автоматизации. Данное решение используется в качестве платформы, призванной обеспечить пользователей наиболее передовыми функциями и возможностями на современном рынке встраиваемых приложений. 

Для обеспечения надежной работы в условиях сильной вибрации и ударной нагрузки в конструктивах MicroPC используется уникальная четырехточечная система крепления модулей с магистралью ISA, призванная решить проблемы, связанные с традиционным двухточечным способом крепления. В настоящее время предусмотрена фиксация модуля в установочной позиции со всех четырех сторон: снизу — в соединителе магистрали, сверху — путем использования специальных крепежных планок и с оставшихся двух сторон — с помощью направляющих каркаса. Все это значительно снижает вероятность нежелательных смещений модуля в установочной позиции (рис. 1).

pic1.jpg
Рис. 1. Четырехточечная система крепления

За практически 20-летнюю историю формат MicroPC занял одну из лидирующих позиций на рынке встраиваемых систем для жестких условий эксплуатации. Перечень основных достоинств включает в себя:
- расширенный температурный диапазон;
- малые в сравнении с традиционными периферийными модулями габаритные размеры;
- множество вариантов монтажа;
- малое энергопотребление, обеспечивающее возможность установки в корпуса со слабой вентиляцией, либо при полном отсутствии таковой;
- гарантированную устойчивость к воздействию вибрации и одиночных ударов;
- высокую надежность;
- простоту эксплуатации;
- всеобъемлющую техническую поддержку пользователей.

Постоянно расширяется и перечень областей, где находит свое применение формат MicroPC, на сегодняшний день это:
- автоматизация промышленности;
- метрология;
- связь;
- военная промышленность;
- медицина;
- транспорт;
- глобальные системы местоопределения;
- авиационная и космическая техника;
- нефтедобыча;
- сельское хозяйство;
- горная промышленность.

В подтверждение приведем несколько примеров успешного применения изделий в стандарте MicroPC в различных отраслях: 

1_Системы автоматического ведения поезда, применяемые на тяговом подвижном составе железных дорог [1]. Для сбора данных, вычисления тяговых нагрузок и выведения информации на монитор в системе автоведения была использована высокопроизводительная процессорная плата СРU686 производства компании FASTWEL, выполненная в формате MicroPC. Изделие, а значит, и вся система, способно работать в диапазоне температур (-40...+ 85 °С) и условиях повышенной вибрации (до 5 g).

2_Создание аппаратуры «Облик» малого космического аппарата «Можаец-4» [2]. Аппаратура «Облик» предназначена для приема и измерения интенсивности импульсного излучения (длительность 9 нс) наземного источника в оптическом диапазоне в ходе эксперимента по организации оптического канала связи. Управляет аппаратурой микроконтроллер, построенный на базе промышленного одноплатного компьютера CPU188-5MX производства компании FASTWEL в формате MicroPC. Выбор этого изделия был обусловлен его высокой надежностью (среднее время безотказной работы составляет не менее 100 000 часов), расширенным рабочим температурным диапазоном (-40...+ 85 °С), устойчивостью к ударным (до 20 g) и вибрационным (до 5 g) перегрузкам.

3_Система контроля электрических параметров турбогенераторов электростанций, внедренная на одном из блоков Кольской АЭС [3]. В составе контроллера использовалась процессорная плата CPU686E. Это позволило значительно увеличить вычислительную мощность промышленного контроллера, сократить количество плат в крейте, увеличить число каналов ввода/вывода, увеличить скорость работы Ethernet  (100 Мбит/с), а также использовать конечное изделие в расширенном диапазоне температур.

4_Автоматизация экспериментальных исследований и испытаний для линейного электропривода Московской монорельсовой дороги [4]. Главным элементом системы измерений для испытаний на стенде-вагоне является автономный регистратор с  диапазоном рабочих температур (-20…+ 70 °С) и стойкостью к вибрационным и ударным воздействиям (ударные ускорения до 16 g, синусоидальная вибрация до 5 g). Регистратор обеспечивает сбор данных по 16 дифференциальным каналам. Плата FASTWEL AI8S-5 обеспечивает 8 каналов, еще 8 каналов — плата FASTWEL AI16-5A-4 с мультиплексором и одним АЦП. В регистраторе применена процессорная плата FASTWEL CPU686Е. Использование такой высокоинтегрированной процессорной платы позволило построить компактную недорогую измерительную систему. Процессорная плата и платы ввода/вывода, а также блок питания 7112/24 (Octagon Systems) размещены в четырехпозиционном шасси ICC 1900 (FASTWEL), выполненном в формате MicroPC.

5_АСУ ТП подготовки нефти, разработанное предприятием «Шатл», г. Казань [5]. В составе контроллеров использовались платы ввода/вывода UNIO96-5, предназначенные для ввода/вывода 96/48 сигналов логического уровня (5 В, ТТЛ). Это уникальное изделие имеет 96 каналов, каждый из которых является программно управляемым и настраивается на выполнение предварительной обработки сигналов. Применение UNIO96-5 обеспечивает частичное снятие нагрузки с процессора, понижает энергопотребление, повышает экономичность и надежность решения в целом.

В условиях динамичных изменений на мировом рынке промышленных компьютеров каждый день возникают новые требования к их характеристикам и функциональным возможностям. Стандарт MicroPC также не стоит на месте: ведущие производители встраиваемых систем предлагают новые решения, базирующиеся на современных технологиях и процессорах.

pic2.jpg
Рис. 2. Процессорная плата 5266 на базе процессора AMD Geode LX800

Компания Octagon Systems представляет плату 5266 на базе популярного во встраиваемых системах процессора AMD Geode LX800 (рис. 2). Использование этого процессора с рабочей частотой 500 МГц позволяет разработчикам достичь высокой производительности при низком энергопотреблении: имея напряжение питания 5 В, плата 5266 потребляет ток 1,5 А (макс.). Плата может выдерживать ударные нагрузки и жесткие вибрации, диапазон рабочих температур составляет от -40... +75 °С.

Новая модель оснащена набором функций: видео c высоким разрешением (1280 ґ 1024 пикселей) и поддержкой плоских панелей, Fast Ethernet, изолированными последовательными портами (RS232/RS422/RS485),  24 каналами цифрового ввода/вывода, аудио, двумя EIDE, четырьмя портами USB 2.0 и сторожевым таймером. На плате можно установить до 1 Гбайт памяти DDR и CompactFlash-карты типа I или II. Это позволяет разрабатывать прикладные системы на современных встраиваемых ОС Windows Embedded и Linux, что значительно ускоряет продвижение проекта и позволяет использовать программное обеспечение других компаний. Для совместимости с уже наработанными программными продуктами и решениями данная плата поддерживает операционную систему DOS. В рамках формата MicroPC функциональность платы может быть расширена с помощью дополнительных плат ввода/вывода количеством до 12 штук.

Компания FASTWEL представляет новую процессорную плату CPC108 (рис. 3), выполненную на базе процессора AMD Geode LX800. Использование процессора LX800 с системной шиной 500 МГц позволяет разработчикам достичь высокой производительности при низком энергопотреблении: при напряжении питания +5 В CPC108 потребляет ток 1,3 А (макс.).

pic3.jpg

Рис. 3. Процессорная плата CPC108

Все основные компоненты, включая центральный процессор, чипсет, память и контроллеры периферии, запаяны на плате. Такое решение обеспечивает надежную работу платы в условиях вибрации и способствует повышению эффективности влагозащитного покрытия. Плата может выдерживать ударные нагрузки и жесткие вибрации. Диапазон рабочих температур находится в пределах от -40... +85 °С.

CPC108 предлагает широкие возможности по подключению мониторов для отображения информации. Разработчики систем могут использовать стандартный интерфейс VGA с разрешением до 1600 ґ 1200 пикселей (100 Гц) и 1920 ґ 1440 пикселей (85 Гц,  32 бит). Также предоставлена возможность подключения LCD, TFT или DSTN-панелей с разрешением до 1600 ґ 1200 пикселей (60 Гц). Глубина цвета составляет 18 бит (при подключении непосредственно через TFT-интерфейс) и 24 бит (при подключении через LVDS-интерфейс). Кроме широкого выбора стандартных функций (Fast Ethernet, изолированных последовательных портов RS232 и RS422/RS485, аудио, 2 ґ EIDE, розетки Compact Flash, портов USB 2.0 и сторожевого таймера), плата оснащена двумя каналами CAN-интерфейса с гальванической развязкой. Это решение позволяет использовать CPC108 в качестве узла промышленных сетей на базе CAN-протокола 2.0. Модуль может выступать как в роли мастера, контролирующего два сетевых сегмента, так и в роли ведомого устройства — выносного УСО, способного функционировать в расширенном диапазоне температур от -40... +85 °С.

Поставляемые компанией ПРОСОФТ платы 5266 и CPC108 предоставляют разработчикам новые возможности для построения надежных и производительных систем управления, предназначенных для работы в жестких условиях эксплуатации. А поддержка платами современных встраиваемых систем, таких как, DOS, QNX 6.3х, QNX 4.25, Microsoft Windows XPe, Windows CE, RTOS32, Linux, позволит значительно ускорить процесс продвижение проекта и использовать программное обеспечение других компаний.

Кроме того, в АСУ ТП подбор комплектующих для проектов зачастую затруднен, поскольку не все компоненты, отвечающие технологической спецификации, имеют соответствующие сертификаты и разрешения. Именно поэтому для системных интеграторов и автоматизаторов при выборе надежного решения немаловажен факт наличия разрешения на применение изделия в ряде производств, полученного от  Ростехнадзора. Так, изделия стандарта MicroPC имеют данное разрешение на применение.

Российская компания FASTWEL давно зарекомендовала себя на рынке промышленной автоматизации как поставщик надежных решений, предназначенных для работы в жестких условиях эксплуатации и в ответственных приложениях. Теперь надежность продукции FASTWEL, изначально разрабатываемой для критических приложений, подтверждена и со стороны Ростехнадзора: компания получила разрешение на применение своих разработок на различных потенциально опасных объектах.

Разрешение охватывает линейку MicroPC, контроллеры RTU и распределенную систему ввода/вывода FASTWEL I/O, а также встраиваемые решения в форматах PC104, CompactPCI, VME, EPIC и промышленные ПК. 

Этот документ важен для предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, угольной, атомной отраслей. Продукция FASTWEL теперь может применяться на различных потенциально опасных объектах: в приборах контроля и регулирования технологических процессов и иных программно-технических комплексах для автоматизированных систем.

Итак, на сегодняшний день MicroPC является одним из самых популярных стандартов для построения высоконадежных встраиваемых систем. При этом стандарт не останавливается на достигнутом, идет постоянное совершенствование как качества изделий, так и модельного ряда. А с выходом новых производительных плат стандарт  MicroPC выходит на новый виток развития.


Литература

1. Пясик М., Толстов Е., Случак И. Системы автоматического ведения поезда // Современные технологии автоматизации. 2000. № 4.  
2. Фатеев В., Лебедев Д., Фарафонов А., Гришин Ф. Применение средств промышленной автоматизации в бортовой аппаратуре малых космических аппаратов //  Современные технологии автоматизации. 2004. № 3. 
3. Егоров В., Никитин А., Перминов А., Ильин А. Микропроцессорная система технологического контроля электрических параметров турбогенератора // Современные технологии автоматизации. 2004. № 2. 
4. Перцовский М., Ртищев А., Яковлев А., Мирошкин И. Автоматизация испытаний линейного электропривода Московской монорельсовой дороги // Современные технологии автоматизации. 2003. № 1.
5. Бальцер С., Красных В., Наумов А., Фролов А. Опыт разработки и внедрения АСУ ТП подготовки нефти дороги // Современные технологии автоматизации. 2001. № 2. 

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(17)_2008

А.В. Пятницких, к.т.н.,
ПРОСОФТ, г. Москва,
тел.: (495) 234-06-36,  
е-mail: info@prosoft.ru