V nabídkách mnoha společností se můžete setkat s více či méně složitými a sofistikovanými programovatelnými automaty (tzv. PLC) nebo s výkonnými vestavnými průmyslovými počítači, které však neumožňují přímé řízení motorů nebo sběr dat ze snímačů. Takový hybrid mezi PLC a tzv. Industrial PC jsou pak modulární zařízení vypadající jako PLC, kde však v těle CPU jednotky bije malý počítač s procesorem Intel a zařízení již obsahuje plnohodnotný operační systém podobný těm z běžných PC. Takové systémy se někdy označují jako PAC.

Jeden takový systém, který výše zmíněnou definici splňuje, je systém s označením APAX-5570, který výrobce popisuje jako "PC-based Controller with Celeron M CPU" .

Základní popis PAC systému APAX-5570

Pokud systém APAX-5570 uvidíte jen na fotografiích, prostě Vás napadne, že je to pěkné a asi výkonné PLC, které má velmi dobrou výbavu, a které se snadno rozšiřuje o moduly různých vstupů, výstupů a komunikací. Pokud byste však nejdřív začali číst přehled parametrů, řeknete si, že je o poměrně slušně vybavený průmyslový počítač. Pravda je pak obojí.

Tato kompaktní a snadno rozšířitelná struktura zároveň obsahuje CPU jednotku s 1,0 GHz nebo 1,5 GHz procesorem Intel Celeron M, 512 MB DDR2 SDRAM paměť, vestavěnou grafiku s obrazovým DVI-I rozhraním, audio obvody a možnost napojování rozšiřujících soklů pro přidávání různých připojovacích modulů. Jako OS výrobce dodává Windows XP Embedded doplněný o další software, jako např. APAX.NET utility umožňující snadnou správu a nastavení všech připojených modul a o rozsáhlé API knihovny pro ulehčení naprogramování nových aplikací v jazyku C / C++ a prostřednictvím Microsoft Visual Studio .NET.

Bližší popis hardwaru

Základem celého systému je hlavní sokl s CPU jednotkou a s  již  integrovanými dvěma sloty pro rozšiřující moduly. Na první pohled je tato část velmi snadno vizuálně definovatelná prostřednictvím přítomného velkého žebrovaného chladiče (případně i s větrákem). Procesory Intel Celeron M prostě generují „trošku“ větší množství tepla, než 32bitové RISC procesory obvyklé u PLC systémů. Na obou stranách tohoto soklu se pak standardně nachází propojovací konektory APAX sběrnice pro přidání dalších rozšiřujících soklů, do nichž se zacvakávají další moduly digitálních či analogových vstupů/výstupů, napájecího zdroje či komunikačních jednotek. Mimochodem lze na jednu CPU jednotku připojit až 5000 vstupů/výstupů, takže prakticky skoro nevyčerpatelná zásoba.

Základní popis PAC systému řady APAX-5570.

Základní jednotka s CPU již standardně obsahuje jednu sériovou linku RS-232, jednu linku RS-422/485, 10 až 1000 Mb/s ethernetové rozhraní na konektorech RJ-45, 4x běžné USB porty, video port DVI-I či audio vstupy/výstupy MIC mikrofon a Line Out. Posledně jmenované položky (klasické USB, DVI, audio) byste u většiny PLC systémů již hledali marně nebo případně jen jako přídavné moduly. I slot pro SD kartu (podpora až do velikosti 16 GB) ještě není u PLC úplně obvyklý, i když lze na něj již narazit (např. v PLC ABB). O výpočetní výkon a dostatečné hardwarové zázemí pro složitý OS se starají již zmíněné CPU Intel Celeron M 1,0 nebo 1,5 GHz, tedy nízkopříkonové procesory vyvinuté hlavně pro levnější notebooky a PC systémy (verze Celeron M proti Pentium M obsahují mimo jiné menší vnitřní cache paměť). Mimo integrovanou RAM paměť 512 MB typu DDR2, která plně postačuje pro provoz OS Windows XP Embedded, zde dále najdete interní CF flash kartu jako nosič OS a naprogramovaných aplikací uživatele, i bateriově zálohovanou RAM paměť, která se pak v OS Windows objevuje jako další speciální „diskový“ prostor, podobně jako např. flash karta. Ta také udrží data i po výpadku napájení. Její knoflíková zálohovací baterie se nachází pod vyjímatelným čelním krytem. Protože obsahuje indikaci vybití, obsluha je včas varována blikající LED o blížícím se konci její životnosti a potřebou výměny.

Z pohledu nabídky rozšiřujících modulů, umožňuje systém APAX-5570 využít sortiment řady APAX-5000 I/O. Zde jsou v nabídce výrobce následující možnosti: binární (digitální) vstupy spínané tranzistorové či reléové výstupy analogové 12bit. vstupy / výstupy s rozsahem +/- 15 až +/- 500 mV, +/- 1 až +/- 15 V, rychlost až 1000 vzorků/s proudové 12bit. vstupy / výstupy s rozsahem +/- 20 mA a 0/4 – 20 mA, rychlé čítání: čítání vzestupné, sestupné, měření frekvence atd. připojení senzorů: Pt1000, Pt500, Pt200, Pt100 Balco 500 Ni518, Ni508 Termistory 3K a 10K Termočlánky typ J, K , T, E, R, S, B komunikační sběrnice: RS-485, MODBUS, Ethernet/IP.

Snadné provedení funkčně zálohovaného systému

Mimo možnosti rozšíření o vstupy a výstupy systém podporuje i možnost zálohy běhu systému, tedy jeho odolnost proti výpadku v aplikacích, kde to není možné dovolit. V takovém případě se APAX jednotka vybaví dvěma stejnými CPU jednotkami se stejným programem a spustí se funkce zálohy (backup function). Systém pak automaticky deleguje k běhu jednu z obou jednotek jako MASTER jednotku, která v bezporuchovém režimu spouští a řídí běh programu a druhá (záložní) jednotka je ponechána ve Standy režimu. Master jednotka periodicky vysílá zprávy k záložní jednotce. Jestliže zprávu záložní CPU neobdrží v čase 500 ms, automaticky přejímá funkce MASTER jednotky a restartuje řídící proces. Tento přechod proběhne zcela automaticky v čase max. 1,5 s. Zároveň je jím indikována vadná funkce CPU jednotky a uživatel má dostatek času na její opravu či výměnu. Poté se z opravené CPU jednotky stává automaticky záložní jednotka. K vzájemnému propojení obou jednotek slouží ethernet.

Bližší popis softwaru

Jak již bylo zmíněno výše, součástí systému APAX-557X je operační systém Windows XP Embedded. Ten je uvnitř PLC již nahrán na CF kartě zasunuté ve slotu uvnitř CPU jednotky a je komponentovou verzí klasické počítačové verze XP Professional. Proti ní však verze Embedded představuje následující hlavní rozdíly:

1. Rozšířený zápisový filtr (Enhanced Write Filter) - typ EWF chrání celou datovou strukturu proti nevhodnému zápisu. Například data jevící se jako na disku „C:“ zde nejsou umístěna fyzicky, ale mohou být umístěna v RAM paměti. Po vypnutí napájení jsou tato data ztracena a tím se systém chrání před častým zápisem a před ukládáním zbytečných dočasných dat. Typ FBWF pak umožňuje zápis změn dat na disku proti paměti, ale jen do určitých povolených adresářů.
   


2. Microsoft Updates běžné u klasických PC, zde není podporován
   


3. Z důvodu limitovaného počtu zápisů na Flash karty, je standardně vypnutý režim virtuální diskové paměti (swap na disk). Ten sice je možné zapnout, ale nedoporučuje se to.

Správu systému lze provádět bud standardně přes displej připojený na DVI-I a HMI rozhraní na USB, ale i vzdáleným přístupem prostřednictvím nástroje "DiagAnywhere" založený na technologii Microsoft .NET Framework. Ten umožňuje dálkově po síti monitorovat stav systému (např. teploty CPU jednotky, využití CPU a paměti, napájení apod.) a také sledovat nebo měnit chod provozované aplikace. Dále je tu samozřejmě k dispozici i ve Windows vestavěný síťový přístup prostřednictvím vzdálené plochy.

Pro naprogramování vlastních řídících aplikací, což je přeci to hlavní, Advantech poskytuje vývojové prostředí s VC++ API knihovnami pro C/C++, včetně příkazů pro ovládání připojených modulů. Advantech také pro začátečníky poskytuje ukázkové programy, takže není nutné začínat od nuly a lze již vycházet ze základních aplikací.

Mimo to Advantech navíc poskytuje i .NET API pro vývoj .NET aplikací. API rozhraní se zde nazývá Adam .NET Class library a umožňuje vývoj aplikací s připojenými moduly APAX-5000 I/O v prostředí Microsoft Visual Studio .NET v jazyku VB.NET nebo C#.

Velmi důležitou vestavěnou utilitou je tzv. APAX.NET. Ta umožňuje vývojáři / uživateli pohodlně pomocí grafického rozhraní provádět monitorování a nastavení všech rozšiřujících modulů a komponent připojených k CPU přes APAX sběrnici (rozšiřující sokly). Umožňuje nastavit parametry vstupů a výstupů, jejich konkrétní funkci a sledování jejich stavů. Myslím, že za vše mluví níže uvedené obrázky obrazovek:

Základní parametry systému APAX-5570XPE:

• CPU: Intel Celeron M 1 GHz
• Memory: 512 MB DDR2 DRAM onboard (Dual Channel Mode)
• Battery Backup Memory: 512 KB
• Operating System: Windows XP Embedded
• Diagnostic LEDs: 1 x Power, 1 x Run (controlled by software), 1 x Battery, 1 x Error (controlled by software), 2 x LAN link/activity/speed
• Real-time Clock: Yes (battery-backed)
• Watchdog Timer: Yes
• Reset Button: Yes
• Control Software: .NET class library and C/C++ API
• Power Consumption: 30 W @ 24 VDC (typical, without module inserted)
• VGA: 1 (DVI-I interface)
• Audio Interface: MIC input, Line Out output
• USB Ports: 4 (USB 2.0)
• LAN Ports: 2 (10/100/1000 Mbps)
• Serial Ports: 2 (COM 1: RS-232, COM 2: RS-422/485)
  • Serial Baud Rate (RS-232): 50 bps ~ 115.2 kbps
  • Serial Baud Rate (RS-422/485): 50 ~ 115200 bps
• Storage: 1 x SD card slot (External)
• Dimensions: 270 x 142 x 126 mm (Width x Height x Depth)
• Weight: Approximate 2.42 kg
• Cooling System: Heat Sink (fanless)
• Power Input: 18 ~ 30 VDC (Supports dual power input and power input reversal protection)
• Isolation Protection: 2500 VDC (between RS-422/485 and backplane)
• Operating Temperature: -10 ~ 55°C (Vertical mounting)
• Storage Temperature: -40 ~ 70°C
• Relative Humidity: 5 ~ 95% (non-condensing)
• Shock Resistance: 30 G @ wall mounting, duration 11 ms
• Vibration Resistance: 2 Grms @ wall mounting, random, 5 ~ 500 Hz, 3-axes, 1 hr/axis.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka společnosti Advantech - www.advantech.com
• Přímý odkaz na stránky s PAC APAX-5570 - www.advantech.com/products/APAX-5570XPE
• Další články o Embedded PC, systémech PLC a PAC na stránkách automatizace.HW.cz