Pc Based Vs. Plc - Cosa comporta in un'azienda l'uso del PC Based al posto del PL

[TFI]

Salve sono uno studente del corso di laurea di TFI (Tecnologie Fisiche Innovative) dell'ateneo di Ferrara, Italy.

Sto svolgendo un progetto di un mese in un'azienda e ho bisogno di capire, abbastanza urgentemente, cosa comporta in un'azienda il passaggio dall'utilizzo sulle proprie macchine di un PLC all'utilizzo di una logica PC Based.

In particolare un passaggio da PLC serie S7-300 a PC industriali SIMATIC PC 810.

Cerco informazioni generali su argomenti tecnici, funzionali, di impatto sull'organizzazione ed economici.

Grazie mille.

Ogni risposta è gradita.

[TFI]

Scusate non è in SIMATIC Box PC 810, ma è un Automation PC 810.

http://www.br-automation.com/cps/rde/xchg/...64_ENG_HTML.htm

[antstan]

Premetto che non conosco nello specifico questi particolari prodotti. Tuttavia provo a dare le mie sensazioni...

Per come la vedo io il trasferimento ad una soluzione PC Based (ipotizzando affidabilità, stabilità di un PLC) ha costi estremamente alti.

Il Plc è un controllore molto stabile immune a molti disturbi, non ha caricamento di sistemi operativi, ed è dedicato prettamente al processo.

Un PC per avere le stesse caratteristiche dovrebbe avere HD a stato solido etc etc cosa molto molto onerosa (almeno per quanto concerne lo stato attuale della tecnologia).

Un PLC lo può programmare qualsiasi tecnico (prendere con le pinze questa affermazione), perchè si basa su linguaggi standard simile a schemi unifilari elettrici. In poche parole molte aziende richiedono nei capitolati PLC standard sia per un eventuale modifica del programma sia per caricamenti di software in caso di guasti. Per il Pc non sarebbe più così.

Questo è quello che mi viene in mente in modo molto veloce.

In azienda spesso scarto a priori l'utilizzo di PC Based sia per costi, sia per affidabilità, sia perchè la maggior parte delle applicazioni consente l'utilizzo di PLC senza problemi.

Ripeto che son idee strettamente personali e probabilmente errate.

[TFI]

Ti ringrazio moltissimo del tuo parere, in questa azienda considerano invece migliore l'uso del PC Based.

Però mi fa molto piacere avere anche altri punti di vista, mi saranno utilissimi nella stesura del confronto tra le due metodologie di lavoo

Grazie mille.

[antstan]

Prova ad argomentare le motivazioni per cui questa azienda ritiene migliore il PC Based così magari renderai la discussione interessante anche per utenti molto più esperti di me.

[TFI]

L'opinione che sento in azienda, la descrivo come mia, è quella che:

1) Il PC industriale ora in prestazioni, a parità di costi è di gran lunga migliore di un qualsiasi PLC (senza fare riferimento a nessuna marca in particolare ma parlando di possibilità tecnologiche).

2) Il PC può supportare più processi in contemporanea, con il multitasking, mentre il PLC a mio parere no.

3) Si possono utilizzare bus di campo per gestire un motion control.

4) La gestione di motion control è fatta già da HW interni al pc industriale.

5) La robustezza strutturale è garantita da chip affidabili quanto o quasi quelli testati per i PLC, e da soluzioni tipo il disco fisso a stato solido (anche molto più capiente della attuali memorie per i PLC).

6) L'affidabilità di programma è data da programmi su sistemi operativi in real time (che non crashano e non danno la schermata blu).

7) Il raffreddamento è fatto da dissipatori grandi quanto il PC per eliminare le ventole (parti mobili poco affidabili)

8) La velocità/potenza di calcolo è molto superio grazie anche all'uso del multicore.

9) Il gap di passaggio per i programmatori da PLC a PC industriale è molto facilitato, se già automatico grazie all'uso per entrambi (considerando i PLC più nuovi) del linguaggio standard (dal 1993) IEC 1131-3.

10) Il passaggio al PC industriale importa in un unica soluzione, prima divisa in 2, sia il PLC normale che l'uso delle schede a micro processore (indispensabili prima del PC industriale per attuare il motion control).

11) Per gli utilizzatori delle schede a micro processore (intendo i progettisti) abituati a scrivere in C++ si può usare sempre il solito PC industriale però programmato senza il sistema operativo real time (interfaccia per gli utilizzatori abiutati al PLC), diciamo usando un linguaggio di programmazione più vicino alla macchina, ad un minore livello di astrazione.

12) Il Pc industriale è più standard rispetto ad un PLC quindi si possono scegliere le parti migliori da diverse case costruttrici senza problemi di errata codifica per quando riguarda la scrittura del codice su di esso.

13) Il PLC prima del IEC 1131-3 (e spesso anche dopo) è molto proprietario, quindi spesso non si possono cambiare i fornitori di PLC perchè bisognerebbe che i programmatori imparassere un altro metodo di programmazione.

Poi basta, altri motivi non me ne vengono in mente.

Se qualcuno non è daccordo (oppure lo è) o comunque intende dire la sua su questo post, magari approffondendo i punti da me immessi (oppure immettendone di nuovi) a me farebbe davvero un gran piacere, dato che devo fare una ricerca più estesa possibile.

Grazie mille a tutti del proprio contributo.

[Livio Orsini]

In particolare un passaggio da PLC serie S7-300 a PC industriali SIMATIC PC 810.

Se si sta su questi livelli di PC i costi non sono inferiori a quelli di un PLC.

I punti 1, 2 e 3 del tuo ultimo post non sono esatti.

Anche con il PLC si possono gestire più processi, anzi già lo effetta in completa trasparenza dell'utilizzatore. Se invece si pensa ad una vera soluzione multitaskingn in real time, oltre ad un PC, il cui Hw sia veramente adatto all'ambiente industriale (molto più gravoso dell'ufficio) è necessario installare un sistema operativo veramente multitasking in real time come, ad esempio QNX o RTOS (Siemens). Linux, WinX, o altri ambienti home7office non sono adatti

Ogni PLC supporta almeno un BUS di campo standard

Il gap di passaggio per i programmatori da PLC a PC industriale è molto facilitato, se già automatico grazie all'uso per entrambi (considerando i PLC più nuovi) del linguaggio standard (dal 1993) IEC 1131-3.

Dalla teoria alla pratica il passo è lungo e, soprattutto, non indolore.

Per gli utilizzatori delle schede a micro processore (intendo i progettisti) abituati a scrivere in C++ si può usare sempre il solito PC industriale però programmato senza il sistema operativo real time (interfaccia per gli utilizzatori abiutati al PLC), diciamo usando un linguaggio di programmazione più vicino alla macchina, ad un minore livello di astrazione.

Questo è da evitarsi nel modo più assoluto.

Il Pc industriale è più standard rispetto ad un PLC quindi si possono scegliere le parti migliori da diverse case costruttrici senza problemi di errata codifica per quando riguarda la scrittura del codice su di esso.

Anche questo è da evitarsi. Va bene per il PC di casa, al limite per quelli da ufficio; è assolutamente improponibile per un controllo industriale.

Il PLC prima del IEC 1131-3 (e spesso anche dopo) è molto proprietario, quindi spesso non si possono cambiare i fornitori di PLC perchè bisognerebbe che i programmatori imparassere un altro metodo di programmazione.

Questo purtroppo è vero. Anche se si comincia ad intravvedere, per alcuni produttori, dei compatibili. Caso più conosciuto VIPA con compatibile al 100% con Siemens, mentre altri hanno la sola compatibilità dei programmi.

[antstan]

Provo ad esaminare i tuoi punti...

1) Il PC industriale ora in prestazioni, a parità di costi è di gran lunga migliore di un qualsiasi PLC (senza fare riferimento a nessuna marca in particolare ma parlando di possibilità tecnologiche).

Il processore del PC è più veloce ma credo che consumi diverse risorse non tutte dedicate al processo a quanto può arrivare il tempo di ciclo del processo? Parli di costi ma dovresti confrontarli con esempi concreti. Se ho da fare una applicazione relativamente semplice con 500 euri prendo un signorino PLC con I/O integrati già a bordo e con possibilità di espansione molto ampie sia per tipologia che come numero. Quanto costa un Automation PC 810 + scheda I + scheda O? E le espansioni varie sono confrontabili con i costi di un espansione PLC?

Ovvio che se devo fare applicazioni molto complesse esistono anche PLC con CPU da 6000 7000 euro e prestazioni equivalenti.

2) Il PC può supportare più processi in contemporanea, con il multitasking, mentre il PLC a mio parere no.

Il PLC supporta multitasking temporali e ad interrupt come il PC. Ricorda che puoi scegliere il prodotto che a te più piace essendo tantissime le possibilità di scelta sia come marche che come modelli.

3) Si possono utilizzare bus di campo per gestire un motion control.

4) La gestione di motion control è fatta già da HW interni al pc industriale.

Anche nei PLC.

5) La robustezza strutturale è garantita da chip affidabili quanto o quasi quelli testati per i PLC, e da soluzioni tipo il disco fisso a stato solido (anche molto più capiente della attuali memorie per i PLC).

I PLC si possono espandere in memoria che tuttavia sicuramente non arriva al PC ma che devi fare con tutta quella capienza? Inoltre un disco fisso allo stato solido ha costi elevatissimi.

6) L'affidabilità di programma è data da programmi su sistemi operativi in real time (che non crashano e non danno la schermata blu).

7) Il raffreddamento è fatto da dissipatori grandi quanto il PC per eliminare le ventole (parti mobili poco affidabili)

I PLC non soffrono di tali problemi e sono real time. (Non hanno mai dato schermata blu )

8) La velocità/potenza di calcolo è molto superiore grazie anche all'uso del multicore.

Sicuro che possa servire tutta questa velocità? Dipende dalle applicazioni. Ed in ogni caso è possibile scegliere CPU con altissime proprietà di calcolo.

10) Il passaggio al PC industriale importa in un unica soluzione, prima divisa in 2, sia il PLC normale che l'uso delle schede a micro processore (indispensabili prima del PC industriale per attuare il motion control).

Per il motion control esistono tante soluzioni certo andrebbe valutato il prodotto in questo senso...

11) Per gli utilizzatori delle schede a micro processore (intendo i progettisti) abituati a scrivere in C++ si può usare sempre il solito PC industriale però programmato senza il sistema operativo real time (interfaccia per gli utilizzatori abiutati al PLC), diciamo usando un linguaggio di programmazione più vicino alla macchina, ad un minore livello di astrazione.

Anche il PLC si sta avvicinando sempre più ad un PC e si può programmare in C (ad esempio il motion).

12) Il Pc industriale è più standard rispetto ad un PLC quindi si possono scegliere le parti migliori da diverse case costruttrici senza problemi di errata codifica per quando riguarda la scrittura del codice su di esso.

Standard rispetto al PC, e le varie schede? e l'affidabilità degli I/O sicuramente le schede non sono standard per ogni PC industriale a meno di utilizzare BUS con i vari problemi del caso.

13) Il PLC prima del IEC 1131-3 (e spesso anche dopo) è molto proprietario, quindi spesso non si possono cambiare i fornitori di PLC perchè bisognerebbe che i programmatori imparassere un altro metodo di programmazione.

I metodi di programmazione sono tutti simili a parte qualche particolarità. Relativa alle case madri. Cosa utile in quanto ogni casa ha la sua caratteristica peculiare cosa sgradevole per la portabilità.

Aggiungo che un PC se pure industriale ha bisogno di tempo di avvio e tempo di spegnimento, soffre di interruzione della corrente e dei disturbi elettrici infatti va abbinato un UPS. In campo gli utilizzatori non sempre hanno cura per le loro macchine.

In Definitiva credo che tutto dipenda dal tipo di applicazione. Non si può generalizzare!

Se basta un microplc per fare delle cose a che serve il PC-Industriale?

Nelle mie applicazioni utilizzo PLC su campo e pannelli operatori o PC per la visione (PC solo se devo interagire con base dati database). Se salta il PC il processo può continuare tranquillamente. Posso dirti che un PC Touch di qualità senza schede di campo etc ha costi pari a 3500 euri circa (15'')

Alla fine credo che la tecnologia stia spingendo verso un unico prodotto... Il PC scende in campo industriale (cercando di assomigliare sia come affidabilità che modularità al PLC) ed il PLC si eleva verso il PC cercando di divenire uno strumento più generalizzato possibile e con velocità elevate.

A me personalemente piace l'idea PC Industriale ma poi mi imbatto in verie problematiche come la distribuzione, affidabilità, costi, tipi di schede, gli utilizzatori cose che oggi sono standard e diffuse lungamente nei PLC.

P.S. Non avevo letto l'intervento di Livio ma a spanne la pensiamo allo stesso modo... Livio è un guru quì nel forum .

Modificato: 26 febbraio 2010 da antstan

[TFI]

Grazie della risposta.

Per quanto riguarda:

CITAZIONE

Anche con il PLC si possono gestire più processi, anzi già lo effetta in completa trasparenza dell'utilizzatore. Se invece si pensa ad una vera soluzione multitaskingn in real time, oltre ad un PC, il cui Hw sia veramente adatto all'ambiente industriale (molto più gravoso dell'ufficio) è necessario installare un sistema operativo veramente multitasking in real time come, ad esempio QNX o RTOS (Siemens). Linux, WinX, o altri ambienti home7office non sono adatti

Ogni PLC supporta almeno un BUS di campo standard

Io intendevo proprio uno di questi programmi in real time però non volevo fare pubblicità.

Per quanto riguarda:

CITAZIONE

Per gli utilizzatori delle schede a micro processore (intendo i progettisti) abituati a scrivere in C++ si può usare sempre il solito PC industriale però programmato senza il sistema operativo real time (interfaccia per gli utilizzatori abiutati al PLC), diciamo usando un linguaggio di programmazione più vicino alla macchina, ad un minore livello di astrazione.

-Questo è da evitarsi nel modo più assoluto.

Io intendevo lavorare immettendo un programma in C++ direttamente sul BSP (Board Support Package) senza l'uso di sistemi operativi come quelli da lei indicati real time, però a livelli di astrazione superiore.

Per quanto riguarda:

CITAZIONE

Il Pc industriale è più standard rispetto ad un PLC quindi si possono scegliere le parti migliori da diverse case costruttrici senza problemi di errata codifica per quando riguarda la scrittura del codice su di esso.

-Anche questo è da evitarsi. Va bene per il PC di casa, al limite per quelli da ufficio; è assolutamente improponibile per un controllo industriale.

Mi informo meglio prima di parlare e poi risponderò.

Del resto grazie della sua risposta e sono pienamente daccordo con lei.

Grazie mille.

[TFI]

Rivolto ad Antstan:

Scusa non avevo leto la tua risposta prima di inviare la risposta a Livio.

Dopo si era fatto molta tardi e sono dovuto scappare via.

Comunque al momento non ho nulla da rispondere, da lunedì cercherò di chiarirmi meglio le idee sui punti di riflessione che mi avete dato e appena possibile scriverò un opinione su di essi.

Grazie mille, intanto se volete discutere tra di voi (essendo più informati di me) io posso prendere ulteriori punti di sviluppo su cui lavorare .

Grazie ancora.

[TFI]

Ho discusso presso l'azienda in cui mi trovo e grazie anche alle vostre osserazioni o creato un primo documento da immetere nella tesi, lo pubblico sperando sia di spunto per future discussioni sull'argomento.

Grazie mille.

Punti di confronto PLC-PC Based:

PRO del PC Based:

1)Ora il PC industriale, nelle applicazioni più complesse, a parità di costi risulta in prestazioni di gran lunga migliore di un qualsiasi PLC (senza fare riferimento a nessuna marca ma parlando di possibilità tecnologiche).

Per PC industriale si intende PC con unità CPU e con tutto quello che serve per farlo funzionare (memoria, alimentatore, dissipatori, ecc…) in ambienti industriali (ostili meccanicamente, elettronicamente, ecc…).

Per poter fare un automation PC Based occorre come aggiunte solo il fieldbus, i morsetti remoti, RTOS (Real Time Operating Sistem) e SoftPLC.

2)La robustezza strutturale del PC è garantita da chip affidabili quanto o quasi quelli testati per i PLC, e da soluzioni tipo il disco fisso a stato solido.

3)Essendo le memorie a stato solido delle memorie flash, esattamente come quelle per i PLC, il costo è uguale a parità di capacità, con la differenza che il PC ne può supportare in maggiore quantità.

4)La maggiore capacità del PC fa si che si possano scrivere applicazioni senza risentire dei limiti di memoria.

Quindi all’interno ci si potrebbe anche immettere l’interfaccia utente che però gira sotto Window e richiede molta memoria.

5)Il PC può supportare un numero indefinito di processi in contemporanea, con il multitasking, mentre nel PLC solitamente non viene usata questa funzione, se non per semplici applicazioni.

Il multitasking nel PLC non viene quasi mai usato perché: è una nuova tecnologia non disponibile a tutti i PLC, in un PLC possono essere gestiti nel migliore dei casi 3 task, per i processi veloci solitamente vengono utilizzati interrupt o viene cambiato il PLC con uno che presenti una CPU più potente.

Cercando il massimo, ovviamente un PLC non ha le potenzialità di calcolo per gestire un multitasking di processi automation e di interfaccia utente.

6)Il motion control è facilmente integrabile grazie all’esuberanza della potenza di calcolo della CPU senza necessità di nuove schede intelligenti (cioè con CPU incorporata), molto più costose.

L’utilizzo dovuto dei bus di campo per gestire il motion control, avviene grazie solo all’aggiunta delle adeguate schede master che gestiscono unicamente la comunicazione sugli azionamenti, quindi il controllo nodi sui bus.

Diversamente capita per il PLC, il quale necessita (per mancanza di potenza di calcolo) di un modulo aggiuntivo intelligente.

7)Su un PC si possono usare tutti i linguaggi di programmazione ad alto livello (per esempio: C/C++), mentre nel PLC si possono usare solo quelli permessi dalla normativa IEC1131-3

8)L'affidabilità di un sistema PC Based, se il programma applicativo è fatto a regola d’arte, è pari a quella di un programma su PLC.

Difatti anche il PLC presenta un RTOS ma non è accessibile, a differenza di quello presente sul PC, perché è embedded e la logica di programmazione parte da un livello di astrazione superiore.

9)La velocità/potenza di calcolo messa a disposizione dai PC continua a crescere grazie anche all'uso del multicore, senza però far crescere in modo proporzionale i costi.

Questa potenza di calcolo è indispensabile se si vuole gestire con lo stesso componente, CPU o “cervello”, la parte di automation, motion, camme elettriche, logiche PID (Proporzionale Integrativo Derivativo, per esempio per controlli in temperatura), ecc…

In più grazie a questa elevata potenza di calcolo disponibile si può implementare anche l’interfaccia utente.

10)Il gap tra PLC e PC industriale per i programmatori è facilmente colmabile, se non già colmato grazie all'uso su entrambi (considerando i PLC più nuovi) dei linguaggi standard definiti dalla norma IEC1131-3 del 1993.

11)Per i progettisti che già utilizzavano delle schede a micro processore al posto dei PLC, abituati a scrivere in linguaggio ad alto livello (per esempio: C/C++) il passaggio alla progettazione su PC è facilitato e non richiede un cambio di mentalità.

12)Il PC industriale è più standard rispetto ad un PLC quindi si possono scegliere le componenti migliori da diverse case costruttrici e integrarle

Esistono costruttori di schede industrial grade (con caratteristiche necessarie per lavorare in ambienti ostili) che possono essere intercambiate nei PC industriali senza problemi.

Quindi grazie alla maggiore standardizzazione posso prendere un PC, un Fieldbus, un azionamento di un motore, ecc… tutti di marche diverse ed integrarli in un'unica soluzione.

13)I linguaggi di programmazione del PLC prima dell’avvento dell’IEC1131-3 erano proprietari.

Tuttavia esistono ancora specificità per le quali i linguaggi di programmazione dei PLC non sono conformi in pieno all’IEC 1131-3.

Quindi spesso non si possono cambiare i fornitori di PLC perché bisognerebbe che i programmatori imparassero altre specificità e un altro ambiente di programmazione.

CONTRO del PC Based:

1)Il PLC per applicazioni a basse prestazioni è più competitivo di un PC perché un PC ha costi di produzione che non calano sotto un certo limite quindi è impensabile utilizzare un PC con prestazioni minime allo stesso costo di uno con prestazioni superiori, ed è anche inutile utilizzare un PC dove le sue prestazioni non sono richieste.

2)Il rischio dell’affidabilità per quanto riguarda l’utilizzo del PC è però un suo pregio, infatti avendo la massima libertà del linguaggio di programmazione (uso di puntatori, costrutti potenzialmente pericolosi, ecc…) si ha il rischio di sbagli nella programmazione tali da mandare in crash il sistema.

3)Ogni PC industriale ha un proprio sistema operativo con propria licenza di run-time, n. PC = n. licenze, in più una licenza di programmazione per l’uso di uno strumento di editor per PC è più costosa rispetto a quella per PLC.

Un PLC è provvisto del proprio sistema operativo, l'unico onere è la licenza di programmazione per l'uso dello strumento di editor , uno solo per infiniti PLC.

4)Un OS, subisce delle modifiche , degli aggiornamenti.

Ad ogni aggiornamento o modifica del OS si deve riverificare l’applicativo ed eventualmente riadattarlo.

Questo non accade nel PLC il quale anche, dopo gli aggiornamenti, offre al progettista il medesimo “panorama”.

5)Per cambiare una scheda di un PLC non è richiesta una specifica conoscenza, mentre per i PC sì.

Nei PLC non viene “mostrato” l’hardware, quindi non c’è necessità di persone che lo conoscano, mentre per i PC necessitano di figure professionali che conoscano il suo funzionamento.

Questo crea quindi delle implicazioni sulla struttura aziendale per il bisogno della presenza di persone più esperte.

6)Il raffreddamento, necessario per la dissipazione di calore creato dalla grande potenza di calcolo, per essere effettuato necessita di dissipatori grandi quanto il PC per eliminare eventuali ventole (parti mobili poco affidabili).

Cosiderazioni globali:

1)Il PLC è stato pensato per l’utilizzo di una logica di trasmissione parallela, più veloce dei bus di campo e quindi non necessita di essi.

I bus di campo però vengono utilizzati lo stesso anche su i PLC perché danno un risparmio del 70% sul rame e sono molto più facili da cablare.

Allego i file per per comprendere i seguenti argomenti

Piattaforme:

Piattaforma PC Based (esempio)

Piattaforma PLC

Piattaforma “PC ad OS embedded”

[TFI]

Allego anche questo file per chiarire l'argomento Multitasking:

[Oracolo00]

Tra i contro del PC based io metterei i tempi di avvio e spegnimento, mentre un plc è pronto in poche decine di secondi un PC deve caricarsi il SO e poi il programma.

Anche per lo spegnimento è sempre meglio arrestare il SO.

Inoltre alcuni clienti non sono disposti a passare a una soluzione su PC.