Arduino platformunun endüstriyel kullanım için güvenilirliği

Elektrik mühendisi değilim (sadece mekanik) ama hobi deneyimimin bir kısmını işime uygulamak ve endüstriyel (imalat) bir ortamda çeşitli otomatik sistemler uygulamak istiyorum.

Geleneksel olarak, endüstriyel ortamda otomasyon mühendislik sistemlerden veya PLC'lerden oluşur. Mühendislik sistemleri çok pahalıdır ve PLC'ler esneklikten yoksundur (ve ayrıca oldukça pahalı olabilirler).

Geleneksel PLC'leri daha esnek, güçlü ve daha ucuz Arduinos ile değiştirmek istiyorum ancak Arduino'nun güvenilirliği konusunda endişeliyim. PLC'ler endüstriyel ortamda gelişti ve bu nedenle çok sağlam ve güvenilirdir, ancak Arduino platformu nasıl karşılaştırılır?

Arduino'yu mekanik ve elektriksel hasarlardan korumak için uygun önlemler alındığını varsayarsak, platform ne kadar güvenilir? İnsanların çalışmadaki bir makineye çok yaklaşmalarını önlemek için makinenin güvenlik kilitleme sistemi olduğunu söyleyen geleneksel bir PLC'nin yerini almaya güvenir misiniz?

Düzenleme: Güvenlik açısından kritik olmayan kritik sistemler ne olacak? Örneğin, bir PLC'nin yapamayacağı bir fikstür diyelim.

PLC üreticileri, yazılımlarının daha güvenilir ve daha iyi test edildiğine inanmanızı ister. Benim izlenimim, PLC'lerin çekirdek işletim sistemi bileşenlerinin genellikle oldukça iyi tasarlanmış ve test edilmiş olmasıdır, ancak harici donanım sürücülerinin (hareket sistemleri ve benzerleri) çoğu zaman uygulama mühendisleri tarafından hacklenen ve daha sonra şirketin çevresinden geçen kütüphaneler olduğu söylenebilir. PLC'lerdeki donanım çoğu zaman eskidi - çoğu eski ve sıcak Geode işlemcileri kullanıyor.

Allen-Bradley, B&R, Siemens veya diğer büyük oyunculardan herhangi birinden PLC satın aldığınızda, çoğunlukla işler ters gittiğinde destek için para ödersiniz. Donanımları, Arduinos ile aynı üretim işlemleriyle üretiliyor ve PLC'lerde çalışan gerçek zamanlı işletim sistemlerinde onları hatasız kılan büyülü bir şey yok. Ancak, desteğin genellikle parasını ödediğini düşünüyorum. Her gün 1 milyon ABD Doları'na mal olan bir makine çalışmıyorsa, bir şeyler ters gittiğinde, sadece ben ve Google'ın değil, düzeltmeye yardımcı olabilecek bir profesyonellerden oluşan bir ekip olduğundan eminim. Belirli ışık perdeleri veya diğer güvenlik kilitleri durumlarında, üreticinin satılabilirliğini herhangi bir amaç için reddetmeye çalışan bir açıklama yerine, ağır bir sigorta poliçesi uyguladığından emin olmak isterdim.

Öyle olsa bile, bazı fikstürler için biraz basit pnömatik çalıştırma tasarladıysam (örneğin), ve kırıldığında makineyi sabitlemenin destek yükünü omuzlamaya istekli olsaydım (ya da kaynakları tahsis edemiyorsam PLC için ödeme yapmak) ve güvenlik bir sorun değildi, mutlu bir şekilde Arduino kullanırdım.

Muhtemelen sistemi bir Arduino ile prototipler ve daha sonra bir kere çalıştığında kodu saf C olarak yeniden yazardım, böylece kodum mikrodenetleyicideki tek koddu.

Arduino, uygun koruma ve ekranlama eksikliği nedeniyle endüstriyel uygulamalar için iyi değildir. Ancak endüstriyel sınıf AVR tabanlı kontrol cihazlarını yapmak mümkündür:

Her dijital çipte ekranlama, güç filtreleme / düzenleme / koruma, dış işleri yürütmek için optoplar, düzgün ayrıştırma kapakları olmalıdır.

Yüksek yükleri açarken / kapatırken çok dikkatli bir şekilde test etmelisiniz, osiloskopla (1ns aralığında) bu komütasyon sırasında toprak / güç / veri hatlarında herhangi bir sorun olup olmadığını kontrol etmek daha iyidir.

Saat kaynağınızı çok dikkatli bir şekilde kontrol etmelisiniz - Kristal osilatör arızası durumunda AVR RC osilatörüne geri dönmez. Bu nedenle, saat doğruluğuna ihtiyacınız yoksa ya da kristal yönlendirmeye, yük kapasitörlerine, PCB kalitesine (= akı hatırlatıcıları, nem koruması) ve kristal etrafında korumaya özellikle dikkat etmeniz durumunda dahili RC'ye daha iyi yapışmalısınız.

Endüstriyel uygulamalar için daha iyi uC vardır, özellikle de bu RC-geri dönme özelliğine sahiptir.

PLC'den önce röle logix (dijital kontrol için) ve analog kontrol için PID kontrolörleri ile endüstriyel proses kontrolü yapıldı . Röleler bilhassa güvenilmezdi, bazı durumlarda başarısızlığı ciddi sonuçlara yol açardı. Buna rağmen, bunun yazılım çalıştıran bir bilgisayar tarafından daha iyi yapılabileceği önerisiröleler yerine yarı iletken çıkışlarla, o sırada çoğu elektrik mühendisini dehşete düşürdü. PLC'lerin o günlerde benimsenmesine karşı çıkan argümanlar, bu forumdaki cevaplardaki bazı argümanlara benziyordu. İlginç önerilere karşı koyduğunuzda, iyi bir firmada olduğunuzdan eminiz. Ekonomi, kesinti ve bakım sorunları, kablolu kontrolden mikro kontrolör / yazılım kontrolüne geçişi (yavaşça) hızlandırdı. Daha yakın zamanda hatırlatıyorum ki, Ethernet ve o zamanki çeşitli protokollerin o zamanlar kontrol kuruluşu tarafından karşılandığı korku. Ethernet artık proses kontrolü için fiili standart haline geldi.

Günümüzde, en gelişmiş kontrol sistemlerinde, güvenlik açısından kritik süreçler her zaman bir kablolu / pnömatik / hidrolik / mekanik yedeklemeye veya en azından arızaya karşı güvenli bir duruma sahiptir. Kontrol sistemine operatör arayüzü, makine kontrolünün dışında, çoğu zaman yerel PC mağazasından bir masaüstü bilgisayar olan ve buggy / çökmeye çalışan bir buggy / çökmeye eğilimli işletim sistemi olan kontrol sisteminin önemli bir parçasıdır. eğilimli proses kontrol uygulamaları. Bu abartı değil. Toz ve dumanın yaşamın bir parçası olduğu kimya ve madencilik endüstrilerinde, en zorlu ortamlarda, kontrol odasında bile tesisler tasarladık ve ürettik ve standart kullanıma hazır standart / tüketici ekipmanlarından daha fazla arıza yapmadık. endüstriyel ekipman. Sabit diskler hata veriyor ancak mühürlendi. Yine de başarısız oluyorlar. HMI'ları çalıştıran PC anakartlarının endüstriyel toz bulutlarını düzenli olarak üfliyoruz. İşin püf noktası, tüm önemli / kritik sistemlerde ikili / üçlü fazlalık sahibi olmaktır. Her şey başarısız olabilir. Bu yüzden güvenlik açısından kritik hususlar her zaman donanım tarafından desteklenir ve buçoğu ülkede ve diğerlerinde sağduyu.

Tartışmaya havacılık getirmek istiyorsa, Airbus uçak üreticilerinin uçup gitme önerisiyle karşılaştıkları dehşetini unutmayın. Hava kazalarında, insan hatası (çoğunlukla pilot ama aynı zamanda bakım personeli), mühendislik / sistem arızası hala çoğu kazadan kaynaklanmaktadır. PLC / mikro denetleyicinin endüstriyel / ticari alanında, programlama terminalindeki insanın hala en kritik unsur olduğunu savunuyorum. Yazılım TASARIMI, YAPISI ve BAKIMI donanımdan ziyade temel bileşenlerdir.

Rockwell, standart bir mağaza PC'sinde çalışan bir yazılım PLC'si olan SoftLogix ürününü sunar. Bunu düşün. PC’nin PLC’ler / kontrol cihazlarından daha korumalı bir elektriksel / atmosferik ortamda çalıştığı iddiası bazı durumlar için geçerli olabilir, ancak çoğu durumda değil ve hizmet verdiğimiz tesislerde çok az. Buradaki ironi, Ethernet çoğalmasının sahada Ethernet anahtarları gerektirmesidir. Kural olarak, endüstriyel anahtarlar kullanmıyoruz, ancak standart ticari ürünleri kullanıyoruz ve henüz 10 yıl ve yüzlerce kurulumdan sonra bir anahtarlama hatası yapmadık. Bu anahtarlar, PLC G / Ç ile aynı panellerde bulunur. DOES'in başarısız olduğu, ancak nadiren, anahtara eşlik eden ucuz güç kaynağı. Bundan kaçının, anahtar kurulumdaki en güvenilir bileşen olmayacaktır.

Endüstriyel PLC ekipmanlarının sıkı test / kalite kontrolüne gelince, son zamanlarda 8 veya 10 uzak I / O analog giriş kartından HER BİRİNİN DOA olduğu bir tesis işletime aldım. Dünyanın en büyük markalarından biri olan tedarikçi, göze çarpmadı ve hemen yerini aldı. Sanırım kötü bir parti oldu ve raporumuzdan önce sorunu biliyor olabilirlerdi. Değişim mükemmel çalıştı ve hala 3 yıl sonra.

Korku bugünlerde her yerde bizi korkutmak için kullanılıyor. Akıl kullanın ve bazı eski zamanlayıcıların söylediği gibi, 'em ve gör (kendin için)'. Hiçbir yerde 'endüstriyel olmayan' mikro denetleyicileri denemekte tereddüt etmem. Sadece iyi mühendislik uygulamalarını takip edin, riski ölçün ve uygun şekilde hareket edin. Bu arada, motorlu taşıtlar, bazı endüstriyel koşullara (ıslak, sıcak, titreşim) çok farklı olmayan koşullarda çalışır ancak birçok elektronik güvenlik kritik sisteme sahiptir. Şimdi bir endüstriyel kontrol sistemleri mühendisine tesisinizde bir otomotiv bileşeni denemek üzere olduğunuzu söylemeyi deneyin! CANbus veya DNET kimse? Git figürü (:)

Ben hiçbir tür mühendis değilim. Ben büyük bir havacılık şirketindeki elektronik teknisyeniyim ve artık parçalarını tedarik edemediğimiz eski donanımlar nedeniyle bu şekilde sayısal olarak kontrol edilen makineleri güçlendirmek ve / veya yükseltmek zorundayım. Maliyet büyük bir sorun olsa da, başınızı büyük belaya sokacak olan şey güvenlik konusudur.

NFPA 79'un (Endüstri Makineleri için elektrik standardı) 2012 baskısında, alt bölüm 9.4.3.4.2'de;

"Güvenlikle ilgili işlevleri yerine getiren yazılım ve ürün yazılımı tabanlı denetleyicileri içeren kontrol sistemleri kendi kendini izleyecek ve aşağıdakilerin tümüne uygun olacaktır:

1. Herhangi bir tek başarısızlık durumunda, başarısızlık:
   a. güvenlikle ilgili işlevlerin kaybına yol açmamak
   b. Sistemin güvenli bir şekilde kapanmasına neden olur
   c. Bileşen arızası düzeltilene kadar bir sonraki işlemi önleyin
   d. Arızanın düzeltilmesi üzerine istenmeyen donanım başlatmalarını önleyin

2. Kablolu / donanım bileşenlerini içeren kontrol sistemlerine eşdeğer koruma sağlayın

3. Bu tür sistemler için gereksinimler sağlayan onaylanmış bir standarda uygun olarak tasarlayın "

1. ve 2. hükümleri yerine getirmenizi sağlayabiliyorsanız, 3. maddeyi yerine getiremeyeceğinizi biliyorum (düzenleyici makamlarla iş yapmaya alışkın olmadığınız sürece).

ANCAK,

Arduino'yu sadece bir güvenlik koşulunun meydana geldiğini izlemek ve tavsiye etmek için kullanıyorsanız, gerçek güvenlik devresini kontrol etmiyorsanız, bu yasal gerekliliği ihlal etmemelisiniz.

yani, devrede herhangi bir e-stop anahtarıyla kırıldığında tüm motor kontaktörlerinden / sürücülerinden ana E-stop kontaktöründen gelen gücü kesen bir e-stop zinciri mevcuttur. Sen olur istemiyor E-durdurma devresi kontrol etmek arduino kullanmak ancak e-stop bir ekranda preslenmiş operatöre bildirmek E-stop düğmeleri bir kıvam değiştirici yardımcı kontak anahtarı kullanarak ince olmalıdır.

Bu şekilde, arduino kontrol sinyalleriyle bir motoru sürmeye çalışsa bile, mevcut herhangi bir gerçek güç olmayacaktır çünkü ana bir E-stop kontaktörü, sert enerjili bir e-stop zinciri tarafından kontrol edilen - mikrodenetleyiciniz tarafından kontrol dışı bırakıldığı için - mevcut değildir .

NFPA70E ve NFPA79'daki tüm düzenlemelerin farkında olduğunuzdan ve hepsine uyduğunuzdan emin olun. İnan bana, bir şeyler tasarlamadan önce bu düzenlemelerden tam olarak haberdar olmadan soruları yanıtlamaya çalışan bir dava ortamında kendinizi bulmak istemezsiniz.

yani göz önünde bulundurulması gereken diğer şeyler çok hızlı bir şekilde hareketi durdurmaktır - bazen güvenlik tehlikesini önlemek için durmadan önce belirli bir süre enerjili kalması gerekir - yani büyük bir taşlama çarkının belirli bir hızda patlaması için ayarlanmış bir hızda dönmesi gerekir. aniden durma - bu durumda dönme hızını güvenli şekilde yavaşlatmak için Counter EMF motorlarını kullanacak büyük bir direnç istersiniz. Arduino'ya değil, motor rezistansını düşüren kontaktörün bu rezistansı motor sargılarına uygun hale getirmesini istersiniz

Bu senaryolar NFPA79'da da ele alınmaktadır.

Sizin ve işvereninizin bu düzenlemeleri yerine getirme ve olası yükümlülükleri kabul etme konusunda rahat olduğunuzdan emin olun.

kesinlikle bir ruggeduino (ilave koruma için 45.oo'ya değer) ve 24 volt üzerindeki devrelere takılan her şey için optik izolasyon kullanın. Aynı sahadaki arduino uyumlu röle kontrollerinin çoğu OMRON'dur ve birçok endüstriyel uygulama için kullanılır. Deneyim ve niteliklere sahip birisine uygulamadan önce tasarımınızı gözden geçirin - hiçbirimizin hepimiz kadar akıllı olmadığını unutmayın

Uygulamanızı dayanıklılık açısından test etmenin tek yolu, onu tasarlamak ve ne kadar süreyle çalıştığını görmek olacaktır. Maliyet / zaman büyük ise, kesinlikle rafta değiştirilmeye hazır bir yedek yedek bulundurun.

Herhangi bir sorunuz varsa bana bildirin.

Giriş ve çıkış korumasına sahip Ruggeduino adında endüstriyel kalitede bir Arduino klonu olduğu iddia edilen bir web sitesi var , web siteleri bir Arduino'yu sağlamlaştırmak konusunu ilginç bir şekilde okuyor.

Onlar arabalarda kullanım için devreleriyle MSP430 satıyoruz.

Endüstriyel onaylar hakkında hiçbir şey bilmediğim için, bu "Micro-PLC" lerin güvenlik uygulamaları için ne tür bir onay aldıklarını bilmiyorum.

Bununla birlikte, güvenlik kilidi için basit bir anahtardan daha karmaşık bir yazılıma sahip hiçbir şeye güvenmem.

Temel olarak ... Arduino için desteğim yok. Arduino maruz kalıyor, vakası yok ve yerine getirmeniz gereken bazı IEC standartları hakkında garanti vermiyor. Mesela Arduino'nun üstünde 2 veya 3 yıl toz var.

Uzun vadede, daha önce de söylediğim gibi, eğer bir makine günde 1 milyon dolara mal olursa, Arduino kullanmamak daha ucuzdur. Esasen öleceği için, en kısa sürede ve 6 ila 10 yıl içinde, bugün kullandığınız Arduino, bir makineyi uygun bir zamanda (artık üretebildiğiniz bir kaynak olabilir ...) tamir etmeniz için artık müsait olmayacaktır.

OTOH ... eğer Arduino'yu PLC olarak kullanırsanız, yardımcı devreler geliştirmek, tonlarca yazılım geliştirmek ve sonunda, tonlarca zaman ve ekipmandan sonra , Allen Bradley, Siemens ve ark. ancak üstün bir maliyetle.

Sadece üretim maliyeti çok büyük değil, ancak birkaç yıl içinde değiştirmek, çoğunlukla profibus veya ASi gibi fieldbus teknolojisini entegre etmeye çalışırsanız olacaktır.

Oynamak eğlenceli ... ama çözüm değil.

Sağlamlığın çoğu, tüm şematik ve PCB'nin elektrik tasarımının arkasına yerleştirilen EE'den gelir. 'Sertifikalı' firmaların kullandıkları cipslerde özel bir şey yok - miktar olarak daha ucuzlar ve belki de kendi sertifikaları var. Ama Atmel ve Microchip'in zaten bunlarla eşleştiğini varsayardım. Gerçek güç, birçok testten, çeşitli yedekleme yöntemlerinden (brownout / aşırı gerilim dedektörleri, bekçi köpekleri) ve dikkatli bir düzenden gelir. Benim izlenimim, PIC / Arduino'nun çok fazla kullanılmadığı, çünkü daha pahalı ve gerçekte gerekenden daha fazlasını sağladıkları.

Elektronik Mühendisi ve Arduino Mega Board'u bazı eğitim uygulamalarım için kullanıyorum ve aynı zamanda DAQ-6009/6008 ve benzeri Labview DAQ modülleri kullanıcısıyım. Ayrıca allen-bradelly ve benzerlerinden PLC kullanıcısıyım. ancak Arduino'nun uygunluğunun sıcaklık dalgalanması, toz ve nem koşulları ve ayrıca titreşim ve EM radyasyonları gibi endüstriyel zorlu ortamlarda ve ayrıca sensörlere ve aktüatörlere ve ayrıca diğer veri işleme kartlarına ihtiyaç duyulan diğer veri işleme kartlarına güvenilir bağlantılara dayanarak test edilmesi gerektiğini düşünüyorum. i-p sinyalini verin ve vana vb. gibi nihai son efektörlere vermeden önce ...

Bu web sayfasından ve tartışmadan Arduino kartlarının endüstriyel uygulamalar için .. farklı ortamlar için .. ve farklı parametreler için test tesislerini oluşturacağım.

Arduino'yu çalıştıran Atmel mikrokontrolcüsü otomotiv ve endüstriyel kontrol sistemleri için de mevcuttur. Çok uzak çok iyi!

[quote] Donanımları Arduinos ile aynı imalat işlemleriyle üretiliyor [/ quote]

Ne yazık ki, Arduino kartının geri kalanı muhtemelen sağlam değil.

Kullanım ömrünü düşürmek için maliyetleri düşürecek bir dizi tasarım uyuşmazlığı var. Örneğin, kapasitörler 105C'de 10k-saat için derecelendirilmemiş olabilir, bunun yerine 80C'de2k-saat için derecelendirilmiş olabilir ve orada ömür boyu gerçek bir fark var! Benzer şekilde, Arduino'daki regülatör, daha yetenekli bir ultra-düşük bırakma versiyonundan ziyade ucuz bir yüksek bırakma versiyonudur. (Arduino'nun neden 5V üretmek için 7V veya daha fazlasına ihtiyaç duyduğunu hiç merak ettiniz mi? Bu yüzden - bir ULDO regülatörüyle, 5.3V yeterli olurdu.) Ve güç kaynağınız kararır mı? Tüm sistemin güvenli bir durumda olduğunu nereden biliyorsunuz? Tahtada bir sigorta bile yok!

Benzer şekilde, Arduino kartında sert bir çevreye karşı korumanın yanı yoktur. Kontaktlar, IP-65 dereceli kontaklara değil, birkaç düzine girişe derecelendirilmiş, tüketici sınıfı ucuz kadın kontaktlarıdır (ücrete tabidir.) koruma.

Güvenlik açısından kritik bir sistem kuracaksam, bir Atmega MCU'yu çok iyi kullanabilirim, ancak Arduino kartını olduğu gibi kullanmayacağım. Durum için tasarlanan yeni bileşenlerle yeni bir tahtanın döndürülmesinin maliyeti kıyaslandığında düşük olacaktır. Ve o kartta ihtiyacım olan tüm sürücü donanımını ve arayüz korumasını koyabilir ve gerçek, sağlamlaştırılmış konektörler kullanabilirim. Aslında güvenlik açısından kritik bir elektronik sistem kurmaya yetkin olduğumu değil - ben bir yazılımcıyım!

Arduino'yu bir miktar elektrik korumalı (ancak diğer arıza modlarında korumasız) almaya devam etmek için Ruggeduino'ya göz atın: http://ruggedcircuits.com/html/ruggeduino.html

Toz, nem, titreşim vb. Durumların kolayca çözülebileceğini düşünüyorum. 30 yıldır otomotiv çarpışma onarımında çalıştım ve her türlü kontrolöre hizmet verdim. Otomobillerde zorlu ortamı ele almak için kullanılan basit çözüm, kontrol modülünü, iletken olmayan bir reçineye yerleştirerek, herhangi bir nemin veya tozun kontrol cihazıyla temas etmesini önler ve aynı zamanda kontrol cihazını titreşimlere karşı dayanıklı hale getirir.

Ayrıca bir kayakçıyım ve fırtınalı koşullarda su basmış bir botu dışarı atmaya çalışmak için hayati tehlike arz eden sorunu çözmek için teknem için bir elektrikli pompa sistemi kurdum. Yıllar geçtikçe kayakslardaki elektrikli pompalarla ilgili sorun elektroniklerin kullanımı kolay ancak tuzlu sudan korunmak oldu. Kimse geçici bir başarı elde etmekten başka bir şeye sahip değildi.

Üretanda bir manyetik anahtar ve muhafaza anahtarı ve denetleyicisi kullanarak, 3 yıl boyunca tuzdan kurtulmuş bir sisteme sahibim ve taze suya batırılmış suların yanı sıra dalgaların ve araba taşıtlarının tüm darbelere çarpabileceğini tekne.

Elektronik konusunda uzman değilim, dikkat et. Belki de Arduinos'ta onları güvenlik sistemleri için uygun hale getirmeyen bir zayıflık var ama çevrede küçük bir düşünceyle korunamayacakları bir şey yok.

Arduino’nun endüstriyel ortamda kullanılması aşağıdaki durumlarda kabul edilebilir:

1. Giriş ve çıkışlarınızı PLC'ler kadar iyi koruyorsunuz
2. Uygulamanıza veya harici donanım yardımı ile kahverengi algılama ve bekçi uygulaması uygularsınız
3. Uygulamanız, çıktılarınızın her zaman bilinen bir güvenli durumda olmasına özen gösterir.
4. Tüm kilitleri ve güvenliği doğrudan kodda uygularsınız
5. Daha sonra zaman testinden sonra kod yazıyorsunuz
6. Özel yapım cihazınız için sertifika almaya ihtiyacınız yok

Muhtemelen MODBUS veya PROFIBUS protokol arayüzünü sağlamanız ve sürücüleri 0..20mA, 4..20mA, 0..10V, TC, motorlar, kodlayıcılar (veya bu tür sürücülerde yerleşik MODBUS / PROFIBUS slave kartlarını kullanacak şekilde) yapmanız gerekecektir. ) ...

Cihazınızı C / ASM / PAS / BAS yerine merdiven mantığında programlamak istiyorsanız , bunu yapabilirsiniz. Bu yazılım bunu sağlar.