Sokmagos vezérlés
Az automatizálási technológia funkcióit egyre inkább a szoftver határozza meg. A kimondottan PLC-alkalmazások mellett a mozgásvezérlés, a biztonságtechnika, a robotika és a komplex mé- réstechnika feladatait is egyre inkább az alkalmazásba integrálják.
Automatizálási technológia végtelen lehetőségekkel
A megnövekedett szoftverigény nagyobb CPU-teljesítményt tesz szükségessé. Az új C6670 típusjelű ipari szerverével a Beckhoff az egyik legnagyobb teljesítménnyel rendelkező, sokmagos ipari szervert dobta piacra, amely képes a világ legnagyobb automatizálási alkalmazásait futtatni.
Sokmagos ipari szerverek
Moore sokat idézett tapasztalati törvénye értelmében a CPU-k komplexitása nagyjából kétévente megkétszereződik, és ez a trend előreláthatólag a közeljövőben is folytatódni fog. A Moore-törvény ugyan a processzorok sebességének növekedésével nem számol, de a processzoronkénti magok száma továbbra is nő majd, ami önmagában is számítási teljesítményük arányos növekedését eredményezi.
A következő lépés a sokmagos CPU. A sokmagos ipari szerverek felépítésüket tekintve különböznek a „normál” ipari PC-ktől (IPC-k): több processzorral vannak ellátva, amelyeket „csomagoknak” (packages) hívnak, és mindegyik processzornak meghatározott számú magja van. Ezenkívül a sokmagos ipari szerverek a memóriát tekintve is különböznek: a NUMA (nem egységes memóriaarchitektúra) néven emlegetett technológia mindegyik processzorhoz külön egyedi memóriaegységet rendel.
A processzormagok becsült fejlődése a jövőben
Jelenleg a Beckhoff egyetlen alaplapra integrálva két Intel® Xeon® processzort kínál; mindegyiket 6, 12 vagy akár 18 maggal. Az új, sokmagos PC-k vezérlőszekrénybe szerelve ipari felhasználásra alkalmazhatók.
A TwinCAT 3 teljesítményének teljes kihasználása
A teljesítmény sosem elég. Még azok a gépek és berendezések is, amelyek 10 évvel ezelőtt Pentium 3 processzorral voltak ellátva – ami annak idején meg is felelt az akkori igényeknek –, ma i7 processzorokat tartalmaznak. Az automatizálás egyre növekvő mértéke az egyre bonyolultabb képi megjelenítéssel együtt nagyobb számítási teljesítményt igényel.
Tovább növelik az automatizálási vezérlők számításigényét a modern gépek iránt támasztott új követelmények, mint a gépállapot ellenőrzése és a megfelelő folyamatminőség – ezáltal a kívánt termékminőség. E követelményeket egyre gyorsabban futó, összetett vezérlőalgoritmusokkal lehet csak kielégíteni. Természetesen a számítási teljesítmény és a memória növelésére ösztönöz az is, hogy ezeket az új követelményeket a hagyományos vezérlésbe integráljuk.
Az egyes magok optimális kihasználásához olyan beállítási és diagnosztikai funkciókat kell elérhetővé tenni, amelyek meghaladják a feladatoknak a processzormagokhoz való rendelését. A TwinCAT 3 mindkét szempontnak eleget tesz. Emellett a TwinCAT 3 azt a lehetőséget is kínálja, hogy a magokat kizárólag annak futtatásához használják. Ezek az úgynevezett „izolált magok” már nem a Microsoft operációs rendszerét használják, ezért egy PC-n könnyen el lehet különíteni a Windows-folyamatokat a valós idejűektől.
A sokmagos ipari szerverek lehetséges alkalmazási területei
Nézzünk meg egy példát, ami bemutatja, hogyan lehet a sokmagos ipari szerverek különböző magjait használni. A példában szereplő gép egy töltőrobotból, egy megmunkálógépből és a kész munkadarabokat a következő feldolgozóegységek felé továbbító egységből áll. Az LR0-modul a betöltő robotot vezérli. Az alkatrészek tényleges megmunkálását végző alapgép vezérlése is moduláris felépítésű: az M0-tól M7-ig számozott, továbbá az MC0/MC1 CNC-modulokból áll. A legyártott komponensek ezután egy továbbító gépegységbe kerülnek, ahol a későbbi feldolgozásra rendelkezésre állnak. Ennek vezérlésére a T0- és T1-modulokon kívül egy robotvezérlő TR0-modult is használunk. Minden információt szétoszthatunk az ipari PC-k felé, ez azonban a processzorok közötti kommunikációban többletterhelést eredményezhet. Ezenkívül nehezebb a diagnosztizálás is, mert először az elosztott adatokat kell összegyűjteni. Kezelni kell a különböző processzorokon futó szoftvert is, valamint az interfészekben is meg kell állapodni. A központi vezérlés megvalósításához egy nagyteljesítményű PC használható, miközben marad tartalék a további bővítéshez. A felépítés áttekinthetőbbé válik, ha a különböző modulokat a sokmagos CPU egyes magjaihoz rendeljük. Ezáltal a központi vezérlő nyújtotta előnyöket megtartva a modularitás is megmarad. Ez a vezérlési filozófia lehetővé teszi a különböző moduláris gépegységek központi, PC-alapú vezérlőn történő megvalósítását is.
Egy nagyteljesítményű CPU természetesen a vizualizáció kezelésére is képes. Néhány esetben nem szükséges az intelligens panel PC-k használata, hanem elegendő lehet egy passzív panel is. Ezzel nemcsak költséget lehet megtakarítani, hanem csökken a felhasznált részegységfajták száma is. Mivel a sokmagos CPU-kat nagyteljesítményű grafikus kártyával is elláthatjuk, ezért a korszerű és ergonomikus 3D- vagy többérintős alkalmazások gyors feldolgozására is használhatók. Egy másik előny a viselhető készülékek könnyű integrálása.
A számítási teljesítmény növekedésével bővülhet a funkcionalitás
Azon túl, hogy egy vagy több IEC 61131-szabványú PLC-t lehet objektumorientált bővítményekkel futtatni, a point-to-point tengelyekkel végzett mozgásvezérlést (PTP) is integráltuk. Továbbá igen könnyen lehet a rendszerbe illeszteni CNC-t vagy robotot is. Az XTS lineáris szállítórendszer (eXtended Transport System) is hasznát veszi a nagy számítási teljesítménynek. Megfelelő számú processzormaggal szinte végtelenek a lehetőségek.
A gép teljesítményének növelését a Beckhoff eXtreme Fast Control (XFC) technológiájával lehet elérni. Magától értetődik, hogy ebben az esetben nagyobb számítási teljesítményre van szükség. Igaz ez a képfeldolgozásra és a gépállapot ellenőrzésére is. Mindkettőnek sok memóriára és különféle komplex algoritmusra van szüksége. Ez azonban nem jelent problémát a sokmagos ipari szerverek számára. Az automatizált rendszerek tervezésekor a jövőben a szimuláció sokkal fontosabb lesz. Az első lépés megtörtént a MATLAB®/Simulink® TwinCAT 3-ba történő integrálásával. Ezeken a funkciókon túl még mindig marad tartalék erőforrás az új ötletek megvalósítása számára, valamint a további teljesítménynövekedéshez.
A C6670 ipari szerver már eleve tartalmaz két Intel® Xeon® processzort, amelyek mindegyike egyetlen alaplapon 6, 12 vagy 18 magot tartalmaz
Teljesítménynövelés sokmagos ipari szerverekkel
A PC-k teljesítménynövekedésének köszönhetően ma már egyre több processzort és magot alkalmazhatunk a sokmagos ipari szerverekben. Ezáltal nemcsak arra van lehetőség, hogy drámai módon növeljék egyetlen központi számítógép funkcionalitását, hanem folyamatosan nő az összteljesítmény is. A számítási teljesítmény növelése lehetővé teszi a feladatok ciklusidejének számottevő csökkentését is. A hagyományos PLC-k ciklusideje 5…10 ms, miközben már jó ideje kaphatók az 1 ms vagy még rövidebb ciklusidejű PC-alapú vezérlők. A nagyteljesítményű sokmagos számítógépekkel és a TwinCAT 3 szoftverrel a ciklusidők várhatóan 100 μs vagy az alá esnek. Az ilyen rövid ciklusidőket támogató szoftverek mellett nagyteljesítményű terepi buszra is szükség van. Az EtherCAT tökéletesen alkalmas arra, hogy kivételesen pontos ütemezéssel, determinisztikus módon vigyen be adatokat a központi PC-be, akár magas órajelfrekvenciával is.
Az XFC-technológiára alapozva – ami egy nagyteljesítményű PC-t (például egy sokmagos ipari szervert, mint amilyen a C6670 is) tartalmaz, amelybe terepi buszként EtherCAT-et, PLC-megoldásként TwinCAT-et, hajtásokat, tudományos mérések automatizálását, valamint különlegesen gyors I/O-modulokat építünk – rendkívül gyors, 100 μs-nál rövidebb válaszidőket lehet elérni. Az XFC nagyobb mintavételi sebességet tesz lehetővé a szabályozókörök számára, ami rendszerint jobb vezérlési eredményeket ad. A hagyományos alkalmazások esetében, mint például a pneumatikus hengerek szabályozása – ami a gépeken rendszeresen előfordul –, a gyorsabb válaszidők növelhetik a gépek összteljesítményét. Ehhez minimális ráfordításra van csak szükség: mindössze a ciklusidőt kell csökkenteni, és speciális I/O-komponenseket kell használni.
A gépek és a termelőberendezések különböző funkciókkal ellátott modulokat tartalmaznak, és adja magát a lehetőség a sokmagos architektúrára való leképezésre, párhuzamosan futó, egyedi vezérlő programokkal
Összefoglalás
A PC-k teljesítménynövelése – amely az alkatrészárak folyamatos csökkenésével valósul meg – mindig a PC-alapú vezérlés hasznára válik. Napjaink személyi számítógépeiben a nagyobb teljesítmény elérésének elsődleges útja a magok számának növelése. A sokmagos ipari szervereket – például a C6670 típust – nagyszámú processzor, valamint az alaplapon elhelyezett több processzormag jellemzi. Jelenleg akár 24 magos konfigurációk is elérhetők. Ezt sokkal nagyobb gyorsítótár és magas órajel egészíti ki.
A sokmagos ipari szerverek képesek a komplex gépek és berendezések központi vezérlésére. Ezeknek a számítógépeknek a teljesítménye – a hagyományos vezérlési feladatokon kívül – a tudományos automatizálás és a szimuláció terén felmerülő feladatok futtatására is elegendő. Egyidejűleg valósítható meg a mérésadatgyűjtés, a gépállapot-ellenőrzés, az energiafelügyelet, valamint sok más funkció is. Ezenkívül a nagyteljesítményű, sokmagos ipari szerverek képesek korszerű és ergonomikus HMI-felületek kezelésére is. Nagyon könnyen integrálhatók az olyan üzemeltetési koncepciók, mint például a hordozható és viselhető eszközök.
A meglévő gépek teljesítménye jelentősen növelhető, amennyiben a sokmagos ipari szervert XFC-vel (eXtreme Fast Control) látják el. A rövidebb ciklusidők mellett számos lehetőség van a gépek jelentős mértékű optimalizálására is.
BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.beckhoff.hu
Még több BECKHOFF
Címkék: Intel Xeon | sokmagos | multicore
