Встраиваемые компьютеры в промышленности

Статья посвящена последним разработкам, появившимся на рынке промышленных систем, и не только облегчившим работу специалистов, но и изменившим жизнь обывателя к лучшему. Автор, уже полюбившийся нашим читателям благодаря своему запоминающему стилю письма, рассказывает о новых достижениях IT, возможностях их применения и перспективах на будущее.

ООО «Флекс Инжиниринг ДИО», г. Москва

Windows контроллер

Самые яркие достижения IT сегодня ассоциируются с компактными компьютерами, планшетами и «умными» телефонами, ставшими по-настоящему популярными благодаря маркетинговой поддержке и лоббированию наивысшего уровня. Большинству из нас неинтересен тот факт, что своей известностью эти модные устройства в значительной степени обязаны встраиваемым компьютерным технологиям, которые появились более сорока лет назад исключительно для удовлетворения потребностей АСУ ТП, как комплекс программно-технических средств восстановления, функционального расширения и реанимации управляющих ЭВМ, во времена, когда рынок мобильных компьютеров еще не существовал. Встраиваемые компьютеры, как и стационарные, от объектов встраивания унаследовали несколько геометрических типоразмеров, ставших стандартами де-факто, безо всякого добавления в скрижали ANSI и других ведомств. 

Сейчас мы наблюдаем активное «встраивание» нового поколения истинно персональных компьютеров в самое близкое окружение человека, преобразующее носителя устройства в человека «онлайнового», – шагающий IP-адрес. Крепкие задним умом мыслители сопоставили с глобальной информатизацией масс даже великую арабскую революцию, а Пентагон, не жалея средств, запланировал дополнительную экипировку своих и так достаточно оцифрованных киборгов мобилизованными версиями модных планшетов для распространения задач троекратного «С3» (Command Control Communications) на уровень пехотинца. Те же задачи управления вполне востребованы любым производством, становящимся все более опасным для окружающей среды, но у промышленников нет лоббистов на страхе и бесконтрольных средств для оплаты своих фантазий и потребностей. Не будет и промышленных версий стильных планшетных аппаратов, если не поделятся военные. По­требности массового рынка и промышленности несопоставимы в размере нескольких порядков, даже десятикратная ценовая фора промышленного аппарата не сделает мелкосерийное производство рентабельным. Нет причин, вдохновляющих производителей компьютерного железа, специфического системного (ОС РВ) и прикладного (SCADA) ПО на разработки промышленных образцов для нужд АСУ ТП. В своем текущем состоянии, модные «микро» способны нравиться всем, но малопригодны для работы в контурах АСУ ТП с любой степенью компромисса.

Мобильный промышленный HMI без претензий

Не впутывая глобальные бренды, погрязшие в разбирательствах по поводу технологического первородства и патентной чистоты, не опускаясь до упоминания конкретных моделей, можно сравнить некий собирательный образ продукта с конкретными промышленными аппаратами без заключений, только факты. Рынок промышленных встраиваемых систем обслуживается малыми компаниями, соразмерными ему, без миллиардных оборотов и глобальных рекламных акций.

Серия моноблочных планшетов Gladius с боевым древнеримским названием намекает на суровую эксплуатацию. Производительностью Gladius не уступает лучшим из остромодных планшетов, построенных на 32-разрядных процессорах около 1 ГГц, некоторые из которых уже стали двухъядерными. 

Gladius вооружен Intel Atom серии Z500, который практически незнаком массовому потребителю. Рынок компромиссных блокнотов NetBook и настольных аппаратов NetTop использует более дешевые процессоры. Z500 известны в двух исполнениях – 1.1 и 1.6 ГГц, вторичный кэш-буфер 512 Кб, HyperThreading, и 2 Вт потребления, все, кроме последней цифры, очень похоже на Pentium 4, раз в 30 более прожорливых. Однако видеосистема GMA500 в Z500 собрана с процессором на одной микросхеме, как у новых процессоров Core i. Компаньон микросхема всего одна – US15W, она же – мост на юг. Полная энергетика компьютерного ядра оценивается 5 Ваттами, в 2–3 раза больше передового гражданского планшета или смарт­фона. Gladius ощутимо тяжелее за счет батарей. В габаритно-весовых и энергетических характеристиках Gladius решительно проигрывает нарядному планшету. 

Затем следует перечень качеств, рассматриваемых как преимущество промышленной версии:

Архитектура ПК x86. Все программное содержимое стационарного или мобильного ПК теоретически на 100%, а практически на 95% переносится на планшет Gladius и эффективно работает на нем даже на уровне MS-DOS, уважая консерватизм матерых производственников. 

Развитые внешние интерфейсы Gladius не идут ни в какое сравнение с отсутствием последних у гражданских аппаратов, которые даже заряжаться скоро будут бесконтактно. Сравнимы они только в наборе беспроводных коммуникаций WiFi, BlueTooth, 3.75G, GPS, если угодно. Вместе с тем присутствует каноническая классика: RS232-485 от одного до двух, основная магистраль низкоуровневых связей АСУ ТП; 2–4 порта USB 2.0, забытый параллельный порт и гигабитная проводная сеть. 

Gladius демонстрирует гибкость благодаря развитому внутреннему системному интерфейсу, двум разъемам MiniPCI Express. При отсутствии необходимости в беспроводных коммуникациях компьютер может принять на борт от одной до пары периферийных плат требуемой функциональности: системы доступа и аутентификации, интерфейсов УСО, коммуникационных портов, устройств ввода видео и далее без ограничений по мере наполнения рынка. 

Семейство Gladius представляют две модели индекса 10 с широким экраном 7 дюймов, вторая – с медицинской сертификацией для работы в процедурных и операционных помещениях. Усиленные модели индекса 20 отвечают за полевое и транспортное применение. Они не боятся механических встрясок, вплоть до падения с высоты 1,2 метра на бетон, имеют на выбор два экрана – 7- и 8-дюймовый, стальной транспортный док, набор из двух видеокамер, привычной диалоговой и курсовой, на обратной стороне. Полный набор сканеров читает маркировочную информацию магнитных и штриховых кодов вкупе с радиочастотными метками RFID. Автономный 8-часовой ресурс гарантируют две батареи, сменяемые без выключения (Hot Swap). Цена компьютеров индекса 10, от $1600 до $2500 (в то время как компьютеры с индексом 20 будут стоить примерно $2500–$4000) не кажется завышенной на фоне самых богатых комплектаций бытовых аппаратов стоимостью $1000–$1500.

Полумобильные

Приведенное выше компьютерное снаряжение планшета Gladius повторяется в стационарном аппарате eBOX-531, но без периферийных излишеств. Компьютер легко умещается на ладони. Остальное – традиционно для промышленного бокса: металлический ребристый дизайн аппарата, ответственный за прочность в той же мере, как и за теплообмен. Непритязательный к жилплощади, компьютер еще менее привередлив к качеству электропитания – некондиционированный постоянный ток в диапазоне от 10 до 30 В приемлем. Компьютер безопасно работает при прямом подключении к автомобильной электросети в легковых 12 В, грузовых 24 В и даже специальных транспортных средствах 27 В. Набор интерфейсов минимален, внутренние обеспечивают лишь функционирование накопителей типа CompactFlash, 2.5-дюймовых SSD или обычных винчестеров того же размера, если требуется большая емкость хранения и, напротив, не требуется большая надежность. Внешние связи обеспечены двумя каноническими портами RS-232, гигабитной сетью и двумя разъемами диалогового интерфейса RGB VGA и комбинированным PS/2. Энергетические потребности eBOX-531 не превышают 6–8 Ватт с полным снаряжением – существенно ниже, чем у Gladius, вынужденного «кормить» массу дополнительных потребителей. В распределенных схемах АСУ ТП (DCS) eBOX показана роль контроллера среднего звена, связанного с верхушкой иерархии управления быстрой сетевой связью и способного дотянуться до контроллеров и интеллектуальных УСО нижнего уровня, расположенных в радиусе от 5 до 1000 метров последовательными или USB-интерфейсами. Все, сказанное выше о дружественности аппаратно-программного интерфейса планшета Gladius, справедливо для eBOX: он вполне способен заменить вышедший на пенсию компьютер или контроллер ПК, высвободив попутно массу свободного места.

Квант встраивания

Квант, как минимальный дискретный энергетический уровень, – близкая ассоциация Атома. Дискретом, встраиваемым ПК, сегодня является одноплатный компьютер типоразмера PICO-ITX, тесно связанный происхождением с процессором Atom Z500. Размер 100 × 70 мм получился традиционным «распилом» предыдущего кванта, платы с 3.5 дюйма, иногда именуемой ЕСХ, 145 × 100 мм. На момент созидания из всех известных полупроводниковых вычислительных наборов ПК лишь Z500 сотоварищи размещался на площади, на 20 % меньшей, чем плата PC/104 (90 × 96мм). Уникальная пространственно-распределенная концепция встраиваемого модульно расширяемого компьютера PC/104 заслуживает отдельного рассмотрения вне рамок текущей публикации. Перспективы видны уже сегодня, дебют этого года – Intel Atom E600 обещает 3.5–4 Ватта на компьютер, и этому набору на платах PICO-ITX будет еще вольготнее – за свободное место можно не волноваться. 

На описании образцов системных плат PICO-ITX, моделей PICO-820 и 821 можно значительно сэкономить, на первой из них построены рекордно компактные промышленные боксы eBOX моделей 511, 530 и 531. Сама плата при этом вполне автономный и самодостаточный компьютер, размещаемый в карманном размере 100 × 70 × 30 мм. Плата может интегрироваться в существующие аппаратные и коммутационные коробки и ящики без затруднений и неудобств для уже существующего там оборудования. Встраивание компьютера уровня печатной платы не только удешевляет решение, но и драматически улучшает такой немаловажный эксплуатационный показатель, как среднее время восстановления (ремонта) MTTR. 

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(34)_2011

Е.В. Деревяго, Генеральный директор,

ООО «Флекс Инжиниринг ДИО», г. Москва,

тел.: 781-4291, 

e-mail: market@flexen.ru