`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Искусство производства

Статья опубликована в №7 (575) от 20 февраля

0 
 

В конце 60-х годов XX ст. большинство производств все еще полагалось на системы управления, состоящие из сотен шкафов с реле, так что для трудолюбивых инженеров-электриков, изо дня в день поддерживающих работу всей этой «кухни», изобретение программируемых логических контроллеров (ПЛК, или в английской аббревиатуре PLC – Programmable Logical Controller) стало настоящим откровением.

Вторая половина прошлого века в Украине была связана с быстрым ростом научного и промышленного потенциала. Здесь располагалось множество предприятий, выпускавших сложную, порой уникальную технику. Киевский завод вычислительных управляющих машин в 80-х годах освоил серийное производство специализированных компьютеров, которые (что бы ни говорили скептики) довольно успешно справлялись с задачами автоматизированных систем и линий. За 20 лет, прошедших с того времени, в мире значительно возросла мощность процессоров, появились устройства ввода/вывода новых поколений, что позволило реализовывать все более «разумные» производства – точные, экономичные, экологически чистые и практически безлюдные. Сегодня в нашей стране есть все возможности следовать этому примеру ведущих держав, и практика последних лет показывает, что модернизация украинских заводов и фабрик, а также строительство новых, оснащенных производственными линиями мирового класса, с каждым годом набирают темпы. Данная тема номера знакомит читателей с прошлым, настоящим и будущим программируемых логических контроллеров, которые являются неотъемлемой частью современных предприятий.

Компания Bedford Associates, основанная в 1964 г. изобретателем PLC Диком Морли (небольшой рассказ о нем приведен во врезке), занималась числовым программным управлением (ЧПУ), автоматизировала работу различных устройств с помощью компьютеров DEC PDP-8 и PDP-11 с ОСРВ RT-11.

В канун 1968 г. фирма опаздывала с одной из разработок, и в результате появилась идея PLC. Новое устройство решало большинство проблем, накопившихся за последние два года. Оно было названо Modular Digital Controller и, собственно, вскоре дало компании новое имя – Modicon Company.

Первоначально PLC разрабатывались как альтернатива ЧПУ. Главная идея, положенная в основу разработки, была сугубо практической – заменить большие релейные пульты управления с жесткой логикой, которая всякий раз, когда последовательность действий нуждалась в изменении, приводила к существенным переделкам. Первое, что собирался сделать Дик Морли – убедить людей, что небольшая программируемая коробка способна заменить 15-метровые шкафы, набитые реле и проводниками.

Самой серьезной преградой для распространения PLC Морли называл культуру современного общества, ссылаясь на молодых физиков, считающих, что для того чтобы новая теория развивалась, старые ученые должны умереть. На заводах Форда PLC не принимали вплоть до 80-х годов, не желая рисковать. В общем, это понятно: большое производство не хотело зависеть от крошечной фирмы из 25 человек, которая в любой момент могла исчезнуть. В результате прошло десять лет, пока PLC начали применяться достаточно широко.

Modicon

Искусство производства

Первый контроллер имел всего 125 слов памяти, и быстродействие не было его главным критерием. Фактически эта разработка представляла собой не более чем принципиально действующую модель идеи Морли.

Сначала PLC состоял из процессорной платы и памяти, а алгоритмические и логические манипуляции выполнялись программно, и все происходило слишком медленно. Положение смог исправить дополнительный третий блок, названный «логическим решающим устройством» (logic solver). Он был способен выполнять характерные для релейных схем «лестничные» алгоритмы без обрабатывающего ПО общего назначения.

Искусство производства
Искусство производства
Искусство производства
Искусство производства
Несмотря на эволюцию PLC от первого устройства, невзрачной модели 084 (которую Морли держит в руках на снимке вверху) до современных мощных устройств (внизу), их принципиальное назначение осталось прежним – надежно выполнять порученное им дело.

Проблема качества PLC в Modicon вообще не поднималась – это было само собой разумеющимся. Надежность традиционных систем тогда была прочно увязана со стоимостью, и поиск компромисса производственники обычно начинали с возможностей удешевления. Даже если бы PLC просто работали с большей скоростью при той же надежности, заказчики были бы очень рады.

Но в PLC все было прочно, надежно и солидно – ферритовая память внушительных размеров, широкие и толстые проводники на печатной плате, система кондуктивного охлаждения и почти герметичная сборка. Разработчики PLC понимали, что он должен служить годами, например, под днищем грузовика и в Техасе, и на Аляске, или в автоматической метеостанции в горах. С самого начала ожидалось, что с подобным устройством не должно ничего случиться по крайней мере в течение 20 лет. «Правда, – улыбался Морли много лет спустя, – в конце месяца некоторые из наших устройств все же недостаточно точно соответствовали сборочной документации».

И все же наработка на отказ у PLC была намного выше, чем у возможных аналогов – довольно скоро это значение составило для изделий Modicon 50 тыс. ч.

Забавный случай произошел в компании Landis – одном из первых крупных покупателей PLC. Как гласит легенда, опаздывая на встречу с клиентом, специалист Modicon споткнулся о порог и с грохотом уронил все оборудование, которое нес, на бетонный пол. Однако парень остался совершенно спокойным, а после сборки системы все заработало, как надо и без отказов, и это неожиданно произвело на заказчиков самое лучшее впечатление.

По мере развития PLC становились все мощнее и требовали все больше памяти. Уже в середине 70-х выпускались устройства производительностью 2 MIPS со 128 KB памяти. Это потребовало соответствующего развития языков высокого уровня и соответствующих сред программирования. Таким образом, история PLC перешла в новую фазу.

Если обобщить...

Искусство производства
Искусство производства
Искусство производства
Искусство производства
Большинство родителей не связывает будущее своих детей с работой на вредном производстве, да и вряд ли мечтой самих подростков является работа за станком в цеху. Об этом еще тридцать лет назад говорил Морли и находил в этом основание для широкого распространения «разумных» контроллеров, которые будут работать на безлюдных заводах и фабриках. Разнообразие устройств и агрегатов, в которых находят применение современные PLC, просто поражает.

В целом истории развития PLC и персональных компьютеров довольно схожи. Сначала каждый их разработчик делал все компоненты для своих систем самостоятельно. Позже появились стандартные комплектующие, и скоро любой мог вручную заняться сборкой систем различных конфигураций.

Поставщики PLC, естественно, хотели держать своих клиентов «на крючке», лишая их возможности самостоятельного выбора оборудования и продавая самые дорогие решения. У разработчиков PLC не было никакой совместимости аппаратных средств. Все комплектующие и запасные части клиенты могли покупать только у поставщика системы. Продавцы PLC охотно говорили об открытой архитектуре, но реальных действий в данном направлении почти не предпринимали. Практически не было случаев, чтобы, например, процессор одной компании использовался для управления вводом/выводом PLC другой.

Соотношение цена/производительность изменялось медленно, особенно по отношению к параллельно развивавшимся компьютерам открытой РС-архитектуры. Даже если оно и улучшалось, это было, как правило, связано с выходом новой модели с набором ПО и средств программирования, несовместимым с работавшей у пользователя прежней системой.

Кроме того, PLC имели весьма ограниченные возможности работы в стандартных компьютерных сетях. Обычно приходилось прокладывать две сети со специальными компьютерами-мостами, причем сеть PLC работала гораздо медленнее, чем компьютерная. В общем, проблем хватало.

В ответ на жалобы пользователей разработчики PLC создавали множество устройств, решающих частные вопросы, но порой их стоимость сводила на нет пользу от повышения скорости работы сети. Только когда персональные компьютеры стали более привычными и для них появились программные среды от третьих компаний, разработчики PLC начали предлагать собственное ПО в комплекте со своими же компьютерами в индустриальном исполнении. Для них использовалась концепция ноутбуков, но портативными эти устройства вряд ли можно было назвать.

Одной из первых решительный шаг к изменению ситуации в начале 90-х годов сделала техасская компания Tele-Denken, создав SoftPLC (сегодня она также имеет название SoftPLC Corporation).

Это было специальное ПО, которое позволило промышленности строить PLC на базе стандартного компьютера, что сразу же положительно отразилось на их надежности, гибкости, стоимости и производительности. Можно сказать, что именно SoftPLC наконец освободила производство от ига фирм, выпускавших собственные PLC с закрытой патентованной архитектурой.

Таким образом, SoftPLC преодолела четыре главных неудобства, связанных с закрытыми PLC. Архитектура аппаратных средств стала открытой, а набор команд – расширяемым. Революционно улучшилось соотношение цена/производительность, поскольку центральный процессор мог теперь иметь архитектуру Intel х86, и, наконец, обеспечивалась работа в любой сети – как специализированной индустриальной, так и в различных стандартных.

Так что в конце концов оказалось, что программируемые контроллеры с закрытой архитектурой были просто переходной формой индустриального компьютера – между реле и обычной открытой PC-архитектурой с соответствующими устройствами ввода/вывода.

Будущее PLC

Еще с начала 70-х годов слышались утверждения о том, что PLC уже мертв. Что ж, кому-то не нравится их использовать. Но у PLC свое назначение и они не годятся для работы, например, с текстовыми процессорами. Это – трактор, а не «Шевроле». На тракторе можно добраться в нужное место, хотя и не слишком комфортно. Но сможет ли «Шевроле» тянуть плуг?

Продолжающиеся много лет дебаты «PLC против PC» разгорелись с новой силой, когда появилось новое название – РАС (Programmable Automation Controller). РАС обещали совместить в себе лучшее из этих двух миров – функциональные возможности РС и надежность PLC.

Множество различных задач управления и типов PLC и контроллеров привело к появлению огромного числа решений. Один из исследователей как-то насчитал свыше 400 типов индустриальных сетей. Можно вообразить, перед какой проблемой оказались конечные пользователи, которым приходилось строить систему управления, требующую устройств от различных изготовителей.

К счастью, за последние пять лет сражение сетевых протоколов для заводских систем автоматизации практически закончилось. Времена закрытых протоколов прошли. К открытым сегодня относится большинство часто применяемых сетей – Foundation Fieldbus, DeviceNet, ControlNet, Modbus, Profibus, CANopen и InterBus, которые поддерживают довольно широкие сообщества пользователей, вносящих свой вклад в развитие технологий. В промышленность стали проникать протоколы Ethernet и TCP/IP, в частности, из-за их широкого применения в существующих локальных сетях компании. Многие стандартные протоколы, которые ранее предусматривали двухпроводный последовательный интерфейс, теперь работают поверх TCP/IP – например, Modbus TCP и Profinet, – а дальнейшее развитие беспроводных возможностей упростит проводную структуру производств, что приведет к значительным сокращениям затрат и повышению гибкости решений.

Интерфейсы к устройствам памяти, такие как USB и Compact- Flash, дают PLC расширенные возможности оперирования данными. Наборы команд в сегодняшнем стандарте IEC 61131 поддерживают операции с данными, позволяющие передавать их в различные приложения.

Помимо усовершенствований языка программирования, многие модели PLC теперь предлагают повышенную производительность, совместимость с Ethernet и сложные средства самодиагностики, при этом став дешевыми, как никогда ранее.

Одним словом, PLC не умерли, а начали новую жизнь, существенно преобразовавшись за последние несколько лет, и вопроса о том, кто победит – PLC, PC или РАС – на самом деле не существует. Одной из технологий нет никакой необходимости «окончательно и бесповоротно» побеждать другие. Скорее всего, PLC и системы управления на основе PC в перспективе сблизятся. Единственный вопрос, который сегодня можно задать – каким будет формальное название такого устройства?

Дик Морли, инноватор

Дик Морли (Dick Morley) – основатель компании Modicon (теперь входящей как подразделение в Schneider Automation) и изобретатель PLC. Сегодня он продолжает работать как признанный эксперт в области компьютерных проектов, искусственного интеллекта, автоматизации и создает «видение» заводов будущего. Он – автор трех книг (последняя из них называется «Out Of The Barn» – «Из сарая») и многочисленных статей, размещенных на его Web-сайте с таким же названим – www.barn.org.

Искусство производства

Морли родился в небольшом городке в штате Массачусетс, известной фермерской местности, где все доходы его семья получала от ведения хозяйства, которым управляли родственники матери, имеющей немецкие корни. Позже он говорил, что основу для его развития заложили не школа и не колледж, а годы детства, проведенные на ферме, где работать должен был каждый, и местные мальчишки уже в 6–7 лет (как только могли дотянуться до педали сцепления) пробовали садиться за руль трактора.

Детям доставался более интеллектуальный труд, поскольку они были недостаточно сильны и выносливы, чтобы работать в поле. Морли любил наблюдать за своим кузеном, который ремонтировал механизмы, и усвоил мудрость сельского хозяйства: никогда и ничего не делать дважды. «Вы прогорите, если будете вынуждены часто делать ремонты. Лучше чаще и тщательнее заниматься профилактикой» – такова была философия фермеров, выработанная долгой практикой.

Искусство производства

После окончания школы Морли проучился четыре года в колледже MIT, попав туда в общем-то случайно. В MIT ему волей-неволей пришлось «учиться учиться», хотя время там проводили довольно весело – например, в ущерб занятиям талантливая молодежь построила нелегальную радиостанцию, в течение нескольких месяцев вещавшую из Бостона всякие глупости.

Степени бакалавра Морли так и не получил. Камнем преткновения стал иностранный язык, который никак ему не давался, хотя он и выбрал немецкий, который часто слышал на ферме, понимал его и даже мог говорить. Мозг юноши всячески противился этой дисциплине, и выпускной экзамен ему сдать не удалось. Тогда его утешило признание легендарного игрока в гольф Тайгера Вудса, сказавшего, что он развивает свою сильную сторону – гольф – и не обращает внимания на слабые: лучше быть узким специалистом, чем носителем массы поверхностных знаний.

Отсутствие степени не оказало никакого влияния на карьеру Морли. Когда его отчисляли из колледжа, один из профессоров, хорошо относившихся к нему, расспросил, чем он занимается. Морли рассказал об участии в программах для военных, и профессор успокоил его, отметив, что он вполне хорошо устроен, и в колледже ему делать больше нечего.

В отличие от многих американских подростков, Морли не имел в жизни особенных амбиций, придя к выводу, что процесс познания для него интереснее достижения цели. Когда он понял принципы работы механизмов, то попытался сделать кондиционер и 4-тактовый двигатель – оба они так и не заработали. Зато несложные движущиеся роботы или «гуляющие машины», сконструированные им, были очень хороши, хотя и бесполезны практически. Большинство «проектов» Морли были не исследованием, а забавой. Они были динамичными, эффектными, и наивысшее удовольствие юный «фокусник» получал от удивления своей аудитории, состоящей из отца, матери и братьев.

Еще одна присущая ему черта – наблюдательность. Как-то классе в третьем Морли поразил преподавателей тем, что раз за разом отгадывал число, которое записывали на листе бумаги так, чтобы он не видел. Кое-кто усмотрел в этом даже паранормальные способности, и был затем весьма разочарован разгадкой: Морли внимательно наблюдал за движением тупого конца карандаша в руке учителя. Из этого он вынес следующий жизненный опыт: не нужно искать сложного объяснения, если существует простое.

Морли очень любил моменты открытия. Непревзойденным мастером в этом был известный физик и шутник Ричард Фейнман. Но если он частенько задавался вопросами типа: «Почему фортепьяно разбивается, когда падает на тротуар», то подход Морли был более «крестьянским»: «Почему мы делаем компьютеры именно так?» или «Что будет, если поставить здесь термопару вместо термодиода?».

Со временем он получил все возможные награды в своей области, и они были действительно заслужены. Но сам Морли скромно замечал, что он так долго находится в бизнесе технологий, науки и изобретений, что это – не свидетельство его таланта, а следствие образа жизни: за много лет, мол, и посредственный повар научится готовить. Да и подарок радует не так сильно, как заслуженная награда за тяжелый труд.

Были ли в его жизни подарки судьбы? Эдисон как-то сказал, что гений – это 1% вдохновения и 99% пота. Это сочетание и обеспечивает некоторым людям «подарки» в виде открытий и успехов. Любой из друзей Морли подтвердил бы, что он никудышний менеджер, но выдающийся мыслитель и новатор. «Новшества появляются по ходу исследований, а не в конце их, и эту концепцию плохо понимает большинство людей, – как-то отметил Морли в одном из интервью. – Весь секрет в том, чтобы открыть дверь, когда в нее стучится мистер Подарок».

На бампере машины Морли и сегодня есть наклейка со следующей надписью: «Инженеры решают проблемы, инноваторы их создают». Она отражает то, что он исповедует в течение всей жизни: работа и достижения заключаются в штурме самой проблемы, а не в ее решении.

Сегодня Морли управляет собственной консультационной компанией R. Morley Inc. в Милфорде (штат Нью-Хэмпшир), любит ездить на своем «Харлее», а с 2000 г. около его «Сарая» время от времени копошится полностью автоматизированный небольшой экскаватор, управляемый через Web.

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT