ПРЕСС-ЦЕНТР

Компьютеры/контроллеры Kontron ThinkIO и российские реалии

Автоматизация в промышленности, 3/2008

Матыцын А.П., Платонов В.В., ООО "Меркурий", Бретман В.В., ЗАО "РТСофт"

Изделия международного холдинга Kontron пользуются устойчивым спросом среди разработчиков и интеграторов компьютерных систем промышленного назначения. Продукция марки Kontron, ориентированная на сектор промышленной автоматизации, охватывают все уровни системной иерархии и чрезвычайно широкий диапазон прикладных задач.

Продуктовое предложение компании Kontron для промышленности отличает ориентация на открытые технологии и отраслевые стандарты. Данное обстоятельство оставляет возможность клиентам приобретать узлы и устройства у разных поставщиков. Совместимость изделий разных марок обеспечивается стандартами, требования которых конкурирующие друг с другом поставщики стремятся неукоснительно соблюдать.

Открытые технологии и стандарты приносят пользу на всех этапах жизненного цикла промышленной системы, начиная с самых ранних стадий ее разработки и заканчивая модернизацией в процессе эксплуатации. Предположим, пользователь решил перейти на продукцию другого производителя. Технологическая открытость способна сделать такой переход сравнительно несложным и недорогим делом, в то время как при использовании частнофирменных решений подобное предприятие неизбежно сопряжено со значительными инженерными усилиями и ощутимыми расходами. Популярные программные продукты, стандартизованные интерфейсы и унифицированные аппаратные средства, широко применяемые холдингом Kontron в своих изделиях, позволяют его клиентам рационально распределять ресурсы и не беспокоиться о будущем: в компьютерной отрасли открытые стандарты и технологии являются одними из самых безопасных средств для размещения инвестиций.

Рассмотрим компьютеры/контроллеры Kontron ThinkIO – интегрированные аппаратно-программные решения, каждое из которых несет целый букет высокоэффективных открытых технологий и оптимизировано с учетом специфики распределенных управляющих систем. Интерес, проявляемый к Kontron ThinkIO зарубежными и отечественными специалистами по АСУТП, обусловлен как высокими эксплуатационными качествами данных изделий, так и положительным опытом их практического применения в реальных проектах (рис. 1).


Рис. 1. Российская компания «Меркурий» использует контроллеры ThinkIO для автоматизации бетонных заводов.

Текущее состояние продуктового семейства Kontron ThinkIO

Изделия серии Kontron ThinkIO – это универсальные средства автоматизации, которые могут использоваться в самых различных промышленных управляющих приложениях. Уникальность данных продуктов обусловлена, в частности, тем, что в зависимости от используемого ПО они могут быть как программируемыми контроллерами, так и полнофункциональными промышленными компьютерами. На текущий момент в продуктовом семействе Kontron ThinkIO представлены две модели: ThinkIO-Premium (ThinkIO-P) и ThinkIO-Duo.

Опытные специалисты по промышленной автоматизации обязательно оценят тот факт, что архитектура Kontron ThinkIO интегрирована с модульной периферией WAGO (рис. 2). 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.


Рис. 2. Одним из ключевых функциональных преимуществ изделий серии Kontron ThinkIO является тесная интеграция с интерфейсной периферией WAGO.

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 портов 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). 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 Web-визуализации, позволяющая осуществлять мониторинг контроллера по обычной локальной сети с любого ПК, на котором установлен Web-браузер.

В версии промышленного компьютера изделия Kontron ThinkIO комплектуется ОС 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 - 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, что обусловлено отсутствием в ThinkIO-Duo таких недолговечных компонентов, как вентиляторы, механические дисковые накопители и литий-ионные 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 RS-232 и выход DVI-I. Новый промышленный компьютер ThinkIO-Duo будет полезен, 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 Intel Pentium M на 1,4 ГГц. 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.

Компактные размеры и низкий профиль изделий серии Kontron ThinkIO позволяют устанавливать эти компьютеры/контроллеры в стандартные коммутационные шкафы (80 мм), 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.

Изделия серии Kontron ThinkIO позволяют решать большинство актуальных задач автоматизации и управления (рис. 3). 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.


Рис. 3. На базе компьютеров/контроллеров серии ThinkIO-Premium можно осуществлять интеграцию разноуровневых устройств и подсистем автоматизации

Контроллеры Kontron ThinkIO на бетонных заводах

Одним из первых отечественных потребителей компьютеров/контроллеров Kontron ThinkIO стала российская компания «Меркурий» (www.asu-direct.ru), основным направлением деятельности которой 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. 4). Задачей данной АСУТП является автоматизация работы технологического оборудования при производстве бетона. 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.


Рис. 4. АРМ оператора системы «АСУ-Директ»

Архитектура «АСУ-Директ» является двухуровневой: нижний уровень соответствует управлению бетоносмесительными установками (БСУ) через промышленные контроллеры, на верхнем уровне осуществляется визуализация ТП. 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 программным компонентом коммуникационной подсистемы, связывающей верхний и нижний уровни АСУТП, является OPC-сервер. В «АСУ-Директ» также применены SCADA-система InTouch компании Wonderware и популярный пакет программирования контроллеров CoDeSys.

Такие вещи, как непосредственный контроль исполнительных устройств, обеспечение работы алгоритмов, отражающих логику управления ТП, 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.).

В качестве аппаратной платформы в «АСУ-Директ» выбраны контроллеры Kontron ThinkIO-Classic и ThinkIO-Premium (рис. 5). Контроллеры Kontron ThinkIO-С удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым инженерами компании «Меркурий» к подобным аппаратным средствам: производительность этих изделий достаточна для возлагаемых на них задач, а их коммуникационные возможности позволяют 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 ОС 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 (рис. 6).


Рис. 5. Контроллер ThinkIO-C в коммутационном шкафу «АСУ-Директ»


Рис. 6.

Система «АСУ-Директ» уже успешно работает на многих бетонных, железобетонных, и асфальтобетонных заводах, а также заводах по производству сухих смесей по всей России. Не останавливаясь на достигнутом, компания «Меркурий» изучает вопрос о включении в сферу своей деятельности других отраслей промышленности, где существует потребность в автоматизации ТП, предполагающих приготовление многокомпонентных смесей при помощи весодозирующего оборудования. Положительный опыт применения Kontron ThinkIO при построении АСУТП бетонных заводов позволяет говорить о возможном использовании этих изделий для автоматизации промышленных предприятий других типов.

Заключение

На западе изделия, образующие данную продуктовую серию, получают самые положительные отзывы, а в 2005 г немецкий журнал Elektronik даже назвал ThinkIO «продуктом года». Зарубежные специалисты по промышленной автоматизации применяют Kontron ThinkIO уже достаточно давно; теперь настала очередь их российских коллег. 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, по совокупности своих свойств Kontron ThinkIO годятся для применения не только в задачах промышленной автоматизации, но и в приложениях других классов, включая мобильные и бортовые. Отечественные разработчики, заинтересованные в приобретении Kontron ThinkIO, могут обращаться в компанию «РТСофт», являющуюся официальным представителем холдинга Kontron в России и СНГ.