Industrijski upravljački računar je vrsta računarskog sistema posebno dizajniran za polje kontrole industrijske automatizacije, koji karakteriše visoke performanse, visoke pouzdanosti, u stvarnom vremenu i skalabilnosti. Ovaj rad će detaljno upoznati arhitekturu industrijskog upravljačkog računara, uključujući njegovu hardversku strukturu, softversku strukturu, komunikacijske protokole, kontrolne strategije i druge aspekte.
1.Hardware Struktura
Hardverska struktura industrijskog upravljačkog računara uglavnom uključuje sljedeće dijelove:
1.1 Centralna prerađivačka jedinica (CPU)
CPU je osnovna komponenta industrijskog upravljačkog računara, odgovorna za izvršavanje programskih uputstava i obrade podataka. Računari za industrijske kontrole obično koriste visoke performanse, sa malim procesorima, poput ruke, x 86 i druge arhitekture.
1.2 Memorija
Memorija uključuje RAM (slučajna memorija za pristup) i ROM (memorija za čitanje), RAM se koristi za spremanje programa i podataka, a ROM se koristi za pohranu programa sistema i pokretanja programa.
1.3 Ulazno / izlazno sučelje
Ulazno / izlazni sučelja su sučelja za industrijske kontrolne računare za komunikaciju s vanjskim uređajima, uključujući digitalne ulazne / izlazne sučelje, analogni ulazni / izlazni sučelja i komunikacijska sučelja. Digitalni ulazno / izlazni sučelje koristi se za primanje i slanje preklopnih signala, analogni ulazni / izlazni interfejs koristi se za primanje i slanje analognih signala, a komunikacijsko sučelje koristi se za razmjenu podataka s drugim uređajima.
1.4 Modul za napajanje
Modul napajanja pruža stabilno napajanje za industrijski upravljački računar, obično koristeći prebacivanje napajanja ili linearnog napajanja.
1.5 Modul za proširenje
Industrijski kontrolni računari obično imaju module za proširenje za proširenje svojih funkcija, poput modula za kontrolu pokreta, modula za obradu slika itd.
1.6 Termalni sistem
Sistem za disipaciju topline koristi se za rasipanje toplote koju generirao industrijski upravljački računar kako bi se osigurala stabilan rad sistema.
2. Softverska struktura
Softverska struktura industrijskog upravljačkog računara sastoji se od sljedećih glavnih dijelova:
2.1 Operativni sistem
Operativni sistem je osnovni softver industrijskog upravljačkog računara koji je odgovoran za upravljanje hardverskim resursima, zakazivanje zadataka, pružajući programiranje sučelja i tako dalje. Zajednički industrijski upravljački računarski operativni sistemi su Linux, VXWorks, QNX i tako dalje.
2.2 Operativni sistem u stvarnom vremenu (RTOS)
Operativni sistem u stvarnom vremenu poseban je operativni sistem sa visokom realnom vremenom, visokom pouzdanošću i drugim karakteristikama, primjenjivim na polje industrijske kontrole. Uobičajeni operativni sistemi u stvarnom vremenu su Freortos, RT-Thread i tako dalje.
2.3 Jezici programiranja
Industrijski kontrolni računari obično podržavaju razne programski jezik, poput C, C {++, Python itd. Da bi se zadovoljile programiranje potreba različitih scenarija.
2.4 Vozač
Vozač je most između operativnog sistema i hardverskih uređaja, odgovoran za realizaciju kontrole i upravljanja hardverskim uređajima.
2.5 Aplikacijski softver
Aplikacijski softver je softver industrijskog upravljačkog računara za realizaciju specifičnih kontrolnih zadataka, uključujući PLC programski softver, softver za kontrolu kretanja, softver za obradu slike i tako dalje.
3. Komunikacijski protokoli
Računari za industrijske kontrole trebaju komunicirati s drugim uređajima za razmjenu podataka i kontrolu podataka. Zajednički komunikacijski protokoli su:
3.1 Serijski komunikacijski protokoli
Protokoli serijskih komunikacija uključuju RS -232, RS -485 itd. Pogodni za kratku udaljenost i komunikaciju niske cene.
3.2 Protokoli sabirnice polja
Protokoli polja uključuju modbus, profili, mogu, itd., Koji su pogodni za komunikaciju uređaja na industrijskim mjestima.
3.3 Ethernet komunikacijski protokoli
Ethernet komunikacijski protokoli uključuju TCP / IP, UDP itd., Koji su pogodni za brzu i na daljinu komunikaciju.
3.4 Bežični komunikacijski protokoli
Bežični komunikacijski protokoli uključuju Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee itd. Primenljive na bežične komunikacijske scenarije.
4. Kontrolna strategija
Strategija kontrole industrijskog upravljačkog računara sastoji se od sljedećih glavnih aspekata:
4.1 Kontrola otvorene petlje
Kontrola otvorene petlje znači da kontroler izravno izlazi kontrolne signale prema ulaznim signalima bez povratnih informacija o stvarnim izlaznim signalima. Kontrola otvorene petlje je jednostavna i niska cijena, ali kontrolna tačnost je niska.
4.2 Kontrola zatvorene petlje
Kontrola zatvorene petlje znači da kontroler prilagođava upravljački signal prema razlici između ulaznog signala i stvarnog izlaznog signala. Kontrola zatvorene petlje ima visoko kontrolu tačnost i stabilnost.
4.3 PID kontrola
PID kontrola je uobičajena strategija za kontrolu zatvorene petlje, koja realizira kontrolu nad sustavom kroz tri parametre proporcionalnog (P), integralnog (i) i diferencijala (D).
4.4 Fuzzy Control
Fuzzy Control kontrolna strategija zasnovana na nejasnoj logici za sisteme sa nesigurnošću i nejasnoćom.
4.5 Kontrola neuronske mreže
Kontrola neuronske mreže je strategija kontrole koja se temelji na umjetnoj neuronskoj mreži, koju karakterizira sposobnost i prilagodljivost samo-učenja.
5.Aplikacija polja
Industrijski kontrolni računari široko se koriste u raznim oblastima industrijske automatizacije kao što su:
5.1 Proizvodnja
Industrijski kontrolni računari koriste se u prerađivačkoj industriji za ostvarivanje automatizirane kontrole proizvodnih linija i poboljšanje efikasnosti proizvodnje i kvalitetu proizvoda.
5.2 Power Industry
Industrijski kontrolni računari koriste se u elektroenergetskoj industriji kako bi se realiziralo nadgledanje i kontrolu elektroenergetske mreže kako bi se osigurala stabilan rad elektroenergetske mreže.
5.3 Petrohemijska industrija
Industrijski kontrolni računari koriste se u petrohemijskoj industriji za realizaciju praćenja i kontrole proizvodnog procesa, poboljšati proizvodnu efikasnost i sigurnost.
5.4 Transportna industrija
Industrijski kontrolni računari koriste se u transportnoj industriji kako bi se realizirala automatska kontrola prometnih signala, metroa i druge opreme.