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.

О практическом применении компьютеров/контроллеров Kontron ThinkIO в российских условиях

Разработчики и интеграторы промышленных систем высоко ценят продукцию холдинга «Kontron». Такая ее популярность вполне заслужена: указанной категории клиентов холдинг «Kontron» адресует ряд своих продуктовых линеек, ориентированных на решение задач автоматизации всех типов и уровней.

ЗАО «РТСофт», ООО «Меркурий», г. Москва

RTSoft_new_Site.gif


pic1.jpg

Акцент на общепризнанные стандарты и популярные технологии является одной из отличительных особенностей промышленного портфеля Kontron. Для многих клиентов данное обстоятельство имеет очень большое значение, поскольку дает им возможность приобретать узлы и устройства у разных поставщиков. В условиях жесткой конкуренции поставщики стараются выполнять требования отраслевых стандартов как можно более тщательно, следствием чего является совместимость изделий разных марок.

Преимущества открытых стандартов проявляются не только при выборе подходящих аппаратных средств на этапе разработки системы, но и при переходе на продукцию других производителей. Сторонникам открытых стандартов незнакомы многие из тех технических и финансовых проблем, что годами отравляют жизнь пользователей частнофирменных решений. Применительно к продуктовому предложению Kontron открытость выражается в широком использовании популярных интерфейсов, стандартизованных аппаратных средств и распространенных программных технологий. Клиенты холдинга Kontron могут делать инвестиции в истинные ценности, каковыми в компьютерной отрасли всегда были открытые стандарты и технологии.

Чтобы хотя бы в самых общих чертах обрисовать ассортимент аппаратных и программных средств компании Kontron, рекомендуемых к применению в задачах промышленного класса, потребовался бы полномасштабный цикл статей. Предметом нашего сегодняшнего разговора являются компьютеры/контроллеры Kontron ThinkIO — интегрированные аппаратно-программные решения, оптимизированные с учетом специфики распределенных управляющих систем и базирующиеся на высокоэффективных открытых технологиях. Интерес, проявляемый к Kontron ThinkIO зарубежными и отечественными специалистами по АСУ ТП, обусловлен как высокими эксплуатационными качествами данных изделий, так и положительным опытом их практического применения в различных реальных проектах.


Линейка Kontron ThinkIO на момент написания статьи

Уникальность изделий серии Kontron ThinkIO обусловлена, в частности, двоякой ролью, которую они могут играть в реальных задачах: в зависимости от используемого ПО они могут быть как программируемыми контроллерами, так и полнофункциональными промышленными компьютерами. Это делает данные изделия универсальными средствами автоматизации, которые могут использоваться в самых различных промышленных управляющих приложениях. На сегодняшний день в продуктовом семействе Kontron ThinkIO есть две модели: ThinkIO-Premium (ThinkIO-P) и ThinkIO-Duo.

pic2.jpg

Рис. 1. Флагманская модель серии Kontron ThinkIO
с подключенной интерфейсной периферией WAGO

Опытные специалисты по промышленной автоматизации обязательно оценят тот факт, что архитектура Kontron ThinkIO интегрирована с модульной периферией WAGO (рис. 1). Модули ввода/вывода WAGO серий 750 и 753 нанизываются на стандартную рейку DIN, образуя с промышленным компьютером/контроллером Kontron ThinkIO единое целое. Все подключаемые модули распознаются автоматически, что значительно упрощает процесс интеграции в систему дополнительной периферии ввода/вывода. Поддержка интерфейсных модулей WAGO имеет огромное значение для разработчиков контроллерных приложений, поскольку среди них технологии WAGO пользуются большим успехом.

Организация ввода/вывода в системах на базе Kontron ThinkIO может осуществляться не только непосредственным подключением устройств к Kontron ThinkIO через шину K-bus (локальный ввод/вывод), но и с использованием интерфейсов поддерживаемых этими изделиями полевых шин (распределенный ввод/вывод). В результате к Kontron ThinkIO можно подключать и оборудование PROFIBUS-DP, CANopen и Modbus, и различные специализированные интерфейсы типа SSI, и практически любые устройства цифрового и аналогового ввода/вывода. А наличие у Kontron ThinkIO таких «обычных» портов, как USB, Ethernet и DVI означает автоматическую поддержку современной PC-периферии.

Контроллерные версии Kontron ThinkIO предполагают поставку аппаратной части в комплекте с программным пакетом CoDeSys фирмы Smart Software Solutions GmbH (3S). Пакет CoDeSys — это один из наиболее развитых и широко используемых инструментальных комплексов для программирования контроллеров на языках IEC 61131-3. Данное ПО выбрали более 100 производителей аппаратных средств для систем автоматизации, что является наглядным свидетельством его популярности в секторе промышленной автоматизации. При помощи CoDeSys можно создавать масштабируемые, гибкие и открытые системы промышленного управления, поддерживающие самые современные технологии и подходы, включая веб-автоматизацию.

Пользователям контроллеров Kontron ThinkIO предоставляются все необходимые инструментальные средства: пакет разработки прикладного ПО, конфигураторы промышленных шин, OPC-серверы и другие программные «аксессуары», включая бесплатные средства «целевой» визуализации. К числу штатных возможностей относится и поддержка веб-визуализации, позволяющая осуществлять мониторинг контроллера по обычной локальной сети с любого ПК, на котором установлен веб-браузер.

В версии промышленного компьютера изделия Kontron ThinkIO комплектуется операционными системами Windows XP Embedded или Linux. Приобретая Kontron ThinkIO в таком варианте поставки, пользователь получает полнофункциональную систему класса DIN-rail Industrial PC, поддерживающую монитор, стандартные накопители, PC-периферию и др.

Самым высокопроизводительным изделием в модельном ряду Kontron ThinkIO является ThinkIO-Duo. Это новый продукт, выполненный на базе современного двуядерного процессора Intel Core Duo U2500 и обладающий увеличенной пропускной способностью бортового ввода/вывода. Модель ThinkIO-Duo позиционируется компанией Kontron как высоконадежное самодостаточное устройство, не нуждающееся в техническом обслуживании в процессе эксплуатации. Это обусловлено отсутствием в ThinkIO-Duo таких недолговечных компонентов, как вентиляторы, механические дисковые накопители и литийионные батареи (для поддержки энергонезависимой памяти объемом 512 Кбайт используется ионистор Gold Cap). Пользователю ThinkIO-Duo доступны два быстрых порта Gigabit Ethernet, один порт Fast Ethernet, два интерфейса USB 2.0, порт RS232 и выход DVI-I. Новый промышленный компьютер ThinkIO-Duo будет полезен в тех случаях, когда необходима высочайшая производительность (сложная визуализация в больших разрешениях и т.п.) и большая пропускная способность ввода/вывода и/или имеет смысл возложить на одно устройство выполнение нескольких различных функций (например, совместить поддержку пользовательского интерфейса с выполнением критических приложений реального времени). В будущих версиях модели ThinkIO-Duo планируется реализация поддержки сетей Industrial Ethernet.

Флагманом продуктовой линейки Kontron ThinkIO является модель ThinkIO-Premium, способная работать в расширенном температурном диапазоне   –40...+85 °C. Этот промышленный компьютер/контроллер относится к классу B по электромагнитной совместимости, оснащается запаянной памятью и заключается в прочный алюминиевый корпус. Продукт ThinkIO-P поставляется в различных модификациях на базе разных процессоров — от низкостоимостного Intel Celeron M, работающего на частоте 600 МГц, до быстрого 1,4-гигагерцового Intel Pentium M. Стандартная комплектация продукта включает накопитель CompactFlash, 1—2 Мбайт памяти RAM с батарейной поддержкой и ОЗУ объемом до 1 Гбайт.

Промышленный компьютер/контроллер ThinkIO-P загружается с внутреннего флэш-накопителя объемом 1 Гбайт. На лицевой панели ThinkIO-P есть светодиоды, информирующие пользователя о работе шины   K-bus (используется для обмена с периферией WAGO), локальной сети, интерфейса IDE и наличии питания. Компьютерная функциональность ThinkIO-P включает интерфейс DVI-I, порт  RS-232, два канала Fast Ethernet, два быстрых порта USB 2.0 и разъем CompactFlash. Продукт питается от напряжения 24 В. Промышленная специализация данного изделия подчеркивается жестким исполнением его корпуса, поддержкой монтажа на стандартную рейку DIN, поддержкой полевых шин, наличием сторожевого таймера и наличием линий цифрового ввода/вывода, а также отсутствием вентиляторов и дисковых накопителей с движущимися частями.

Благодаря наличию интегрированного интерфейса полевой шины (Profibus, CAN или DeviceNet), линий цифрового ввода/вывода, двух независимых портов Fast Ethernet и поддержке периферии WAGO, модель ThinkIO-P может с успехом использоваться для организации управления промышленными сетями, создания шлюзов и брандмауэров между различными уровнями автоматизации и вертикальной интеграции оборудования.


pic3.jpg

Рис. 2. Интеграция разноуровневых устройств и подсистем автоматизации 
на базе компьютеров/контроллеров серии ThinkIO-Premium

Компактные размеры и низкий профиль изделий серии Kontron ThinkIO позволяют устанавливать эти компьютеры/контроллеры в стандартные 80-миллиметровые коммутационные шкафы, что очень удобно в условиях ограниченного свободного пространства. Малые габариты вкупе с жестким исполнением корпуса придают этим изделиям дополнительную механическую прочность, позволяющую применять их в широком спектре секторов промышленной автоматизации.

Изделия серии Kontron ThinkIO подходят для применения в задачах автоматизации сразу двух уровней: нижнего и среднего. На нижнем уровне ThinkIO способны управлять полевыми устройствами. В задачах среднего уровня большое значение имеет процессорная производительность. Быстрый процессор важен для локальной визуализации и позволяет реализовать на базе ThinkIO ряд функций SCADA, а широкие коммуникационные возможности создают условия для использования ThinkIO в роли интеграторов разнородного оборудования среднего уровня.

Как можно видеть на рис. 2, изделия серии Kontron ThinkIO позволяют решать большинство актуальных задач автоматизации и управления. Диапазон ролей, в которых может выступать типичный представитель данного продуктового семейства, весьма широк: от одиночного промышленного компьютера или программируемого контроллера до ядра крупной распределенной системы, связывающего в единое целое разнородное оборудование и предоставляющего свои вычислительные ресурсы для выполнения различных задач. Богатая интерфейсная функциональность, высокая производительность, простота и удобство в эксплуатации, а в случае ThinkIO-Duo еще и отсутствие необходимости в техническом обслуживании позволяют рекомендовать представителей линейки Kontron ThinkIO для большинства типичных локальных и распределенных управляющих систем.

pic4.jpg

Рис. 3. Рабочее место оператора системы «АСУ-Директ»,
разработанной российской компанией «Меркурий»


Линейка Kontron ThinkIO и российские реалии

Одной из первых преимущества компьютеров/контроллеров Kontron ThinkIO смогла ощутить российская компания «Меркурий». Основным направлением деятельности компании является автоматизация технологических и управленческих процессов на предприятиях, производящих строительные материалы. Клиенты компании — это по большей части бетонные заводы. Специалисты ООО «Меркурий» применяют изделия Kontron ThinkIO в своем решении «АСУ-Директ» (рис. 3). Будучи комплексной системой автоматизации бетонного производства, данная АСУ ТП должна обеспечивать высочайшую точность соблюдения технических параметров при дозировании цемента, воды и различных добавок. Система «АСУ-Директ» уже успешно работает на многих бетонных, железобетонных, и асфальтобетонных заводах, а также заводах по производству сухих смесей по всей России.

Используя «АСУ-Директ», технолог может определять количественный состав материалов и добавок в каждом рецепте, изменять различные технические параметры (время перемешивания, задержка подачи цемента, задержка подачи воды и добавок, процентное содержание шламовой воды и т.д.) и задействовать различные наборы параметров в зависимости от конкретного рецепта.

pic5.jpg

Рис. 4. Коммутационный шкаф автоматизированной системы управления
«АСУ-Директ» с контроллером ThinkIO-C внутри

Задачей данной АСУ ТП является автоматизация работы технологического оборудования при производстве бетона. Архитектура «АСУ-Директ» является двухуровневой: нижний уровень соответствует управлению бетоносмесительными установками (БСУ) через промышленные контроллеры, на верхнем уровне осуществляется визуализация технологических процессов. Коммуникационная подсистема, обеспечивающая межуровневое взаимодействие, имеет программную поддержку как на уровне полевых устройств, так и на уровне визуализации. Сетевая функциональность системы управления реализована на базе протоколов TCP/IP, Modbus RTU и Ethernet. Ключевым софтверным компонентом коммуникационной подсистемы, связывающей верхний и нижний уровни АСУ ТП, является OPC-сервер, поставляемый российской компанией «РТСофт» вместе с пакетом CoDeSys и изделиями серии Kontron ThinkIO.

В автоматизированной системе управления «АСУ-Директ» применен целый ряд открытых аппаратных и программных технологий, в том числе универсальные промышленные контроллеры ThinkIO, SCADA-система InTouch компании «Wonderware» и популярный пакет программирования контроллеров CoDeSys.

Такие вещи, как непосредственный контроль исполнительных устройств, обеспечение работы алгоритмов, отражающих логику управления технологическими процессами, а также сбор и анализ данных реализованы на нижнем уровне системы. К задачам верхнего уровня относятся разработка и хранение рецептур, генерация команд для исполнительных механизмов и изменения параметров внешних воздействий, а также визуализация и регистрация основных технологических параметров бетонного производства (вес дозируемых материалов, ток потребления миксера, состояние исполнительных механизмов и т.п.).

pic6.jpg

Рис. 5. Тесная интеграция Kontron ThinkIO с периферией ввода/вывода WAGO 
стала для специалистов компании «Меркурий» одним из главных 
аргументов в пользу изделий данной серии

В качестве аппаратной платформы для развертывания контроллерной функциональности специалисты компании «Меркурий» выбрали контроллеры Kontron ThinkIO-Classic и ThinkIO-Premium. Программная поддержка Kontron ThinkIO-С в рассматриваемой АСУ ТП включает инструментальный пакет CoDeSys. Прикладное ПО позволяет осуществлять удаленное управление по протоколу Modbus RTU, реализует законы управления технологическим оборудованием, обеспечивает работу управляющих алгоритмов и осуществляет первичную обработку данных.

Контроллеры Kontron ThinkIO-С удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым инженерами компании «Меркурий» к подобным аппаратным средствам: производительность этих изделий была достаточной для возлагаемых на них задач,  а их коммуникационные возможности позволяли обеспечить синхронизацию всех вычислительных процессов. При выборе контроллеров Kontron ThinkIO были учтены такие особенности данных изделий, как наличие средств программирования на языках IEC 61131-3, простота конфигурирования и настройки, поддержка операционной системы Linux, поддержка стандартной PC-периферии (интерфейсы локальной сети, монитора и клавиатуры в стандартной комплектации), высокая производительность, а также тесная интеграция с периферией WAGO и, как следствие, — простота расширения функциональности ввода/вывода путем добавления новых интерфейсных модулей.

Не собираясь останавливаться на достигнутом, компания «Меркурий» изучает вопрос о включении в сферу своей деятельности других отраслей промышленности, где существует потребность в автоматизации технологических процессов, предполагающих приготовление многокомпонентных смесей при помощи весодозирующего оборудования. Положительный опыт применения Kontron ThinkIO при построении АСУ ТП бетонных заводов позволяет говорить о возможном использовании этих изделий для автоматизации промышленных предприятий других типов.

Как можно видеть на вышеприведенном примере реального применения контроллеров Kontron ThinkIO, недорогие компьютеры/контроллеры этой серии позволяют строить современные высокоэффективные системы автоматизированного управления в российских условиях. Данные изделия могут с успехом использоваться при создании отечественных АСУ ТП для нефтяной, газовой и горнодобывающей промышленности, а также и любых других отраслей, где придается большое значение точности дозирования компонентов и соблюдения рецептуры.


Современные средства автоматизации для современных приложений

Первые шаги, которые делают компьютеры/контроллеры Kontron ThinkIO на российском рынке автоматизации, весьма обнадеживают. Будучи чрезвычайно гибкими, надежными и функциональными решениями с расширяемой подсистемой ввода/вывода и мощной программной поддержкой, эти компактные устройства просто обречены на успех в энергетике, химической, текстильной и других отраслях промышленности. Кроме того, сфера применимости Kontron ThinkIO выходит за рамки сугубо промышленных задач, распространяясь на разнообразные мобильные и бортовые приложения.

За рубежом данные изделия давно и хорошо известны, а в 2005 г. немецкий журнал Elektronik даже назвал ThinkIO «продуктом года». Западные профессионалы выбирают Kontron ThinkIO за высокую надежность аппаратной части, разработанной лидером мирового рынка встраиваемых компьютерных технологий — компанией Kontron, за поддержку программного обеспечения CoDeSys, давно и успешно использующегося в различных проектах автоматизации по всему миру, и за интеграцию с расширяемой периферией ввода/вывода WAGO, позволяющей учесть специфику практически любой реальной задачи. Не следует забывать и о таком немаловажном факте, как долговременная доступность продукта: Kontron гарантирует поставки ThinkIO в течение 7 — 10 лет. На территории России и СНГ интересы холдинга «Kontron» представляет компания «РТСофт». Компания «РТСофт» поставляет базовые аппаратные и программные средства для систем контроля и управления, систем реального времени и встраиваемых систем, осуществляет интеграцию, разработку и внедрение программно-технических комплексов и автоматизированных систем управления, а также оказывает широкий спектр инженерных и консультационных услуг. Клиенты компании «РТСофт» высоко ценят качество технической поддержки, обеспечиваемой ее специалистами для всех поставляемых продуктов и решений.


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

А.П. Матыцын — Генеральный директор,
В.В. Платонов — Главный инженер, 
ООО «Меркурий», г. Москва,
В.В. Бретман – начальник отдела базовых аппаратных и программных средств для АСУ ТП
ЗАО «РТСофт», г. Москва,
тел.: (495) 742-68-28,
е-mail: pr@rtsoft.ru