基于PC的控制是实时的
基于个人计算机的控制是机器控制中增长最快的部分之一，用于监控过程和过程的离散逻辑控制，如材料搬运、加工、磨削或测量。微软(Redmond, Wa.)开发的Windows NT使基于pc的实时机器控制成为现实。
|
基于个人计算机的控制是机器控制中增长最快的部分之一，用于监控过程和过程的离散逻辑控制，如材料搬运、加工、磨削或测量。
微软(Redmond, Wa.)开发的Windows NT使基于pc的实时机器控制成为现实。随着软件的进步和工业硬盘的价格下降，PCS已成为传统中间到高端可编程逻辑控制器（PLC）应用的可行替代方案。
对于铁姆肯轴承(Canton, O.)来说，将运动控制、数据库和高级业务系统集成到一个盒子中是基于pc的控制的主要好处。预计结果包括硬件成本降低45%。
使用PC作为机器控制平台也增加了控制架构的能力，这是不容易纳入PLC。例如，具有成本效益的网络、集成控制和人机界面(HMI)软件、内部网访问、监控控制和数据采集(SCADA)、制造执行系统(MES)、生产报告和统计过程控制(SPC)。
在审查解决方案时考虑的其他标准包括:
使用Windows NT操作系统的硬实时控制;
通过工业标准与遗留软件和全球供应商的兼容性和开放性;
在全球制造过程中广泛应用的可扩展性和模块化;
集成到高级业务系统。
硬实时控制
选择Windows NT作为操作系统而不是其他操作系统的原因包括Windows作为商业平台的普遍接受。窗口的普及导致更广泛的产品选择。与windows相关的产品占市场份额的90%，OS/2、Unix和其他产品占剩余的10%。有了互联网技术，管理人员或项目经理可以从任何有互联网连接的地方获得制造项目的最新信息。
人机界面应用需要的操作人员培训更少;使用Windows NT具有与消费pc相同的外观和感觉。最新的Windows NT功能提供了额外的支持和文档工具，例如，在工厂车间进行视频会议，这是plc无法做到的。
通过互联网或实时视频，示出应用程序中发生的PC故障，基于PC的控制可以将制造公司从现场进行故障排除。
Windows NT被证明是一个高度可靠的商业和工厂应用程序开发平台。随着软件公司通过OLE for Process control (OPC)和Microsoft Visual Basic编程语言等工具利用Windows NT，业务系统和控制系统之间的界限越来越模糊。
选择Windows NT后，对基于PC的控制系统的审查有助于确定迁移到Windows NT控制平台所需的功能，开放性和可移植性。众多供应商在实时控制中提供许多选项，包括未置换的Windows NT，实时内核和实时线程。
unaltered Windows NT.
Windows NT是一种通常考虑用于确定性的硬实时应用程序的通用操作系统。但是，Windows NT设计为高度响应，适合软实时操作。Windows NT的确定性响应在许多设计问题中受到影响，包括对外部事件和优先级和安排的响应。
介绍软逻辑产品的几种大型PLC制造商已选择使用未置换的Windows NT作为平台。根据一条1995纸，Microsoft，Microsoft，“使用Microsoft Windows NT的实时系统”将硬实时定义为能力，无故障，在指定的时间段内提供对某种事件的响应。这种响应必须是可预测的，并且独立于操作系统代表其他任务所开展的其他活动。搁板上，Windows NT无法实时控制。对于特定应用程序的确定性足够的确定方法取决于硬件，软件和应用程序，并且是供应商和最终用户之间的争论问题。
Windows NT有三种类型的处理算法：
中断服务例程（ISR）-an启动I / O传输到设备的外部例程，并在设备完成传输时执行其他线程。
延迟过程调用(DPCs) -由isr发起的用于执行非时间关键的进程的驱动程序。它们允许驱动程序在从中断返回后完成处理。
线程 - NT调度程序在应用程序执行中识别的主机。主要在执行程序线程中的进程中考虑对象。
ISR和DPC由NT环境中运行的应用程序或外部事件触发。大多数应用程序在正常级别运行线程，而软逻辑线程旨在在实时层中运行。这是在NT中运行不良的应用程序不良的事件中的一个主要问题。表现不佳的应用程序可以触发ISR并中断执行控制逻辑的线程的执行，从而创建一个不可预测的系统。
许多工厂自动化应用程序的需求要求任何操作系统，甚至Windows NT，以确定的方式工作，不干扰实时控制操作的性能。这样的系统还需要执行安全的关机和开机操作。在没有硬实时(HRT)扩展或实时专有操作系统的标准Windows NT中，这些功能是不可用的。(请参阅操作系统的相关条目。)
实时内核
第二种方法是将实时内核与Windows NT组合。实质上，Windows NT成为实时内核的服务，并充当实时引擎可用的最低中断。所有控制和实时函数都有第一个在NT应用程序变为活动状态之前完成的机会。
这提供了实现实时控制的确定性方法。它通过提供来自NT发动机-NT的隔离可以崩溃的隔离来解决错误的应用程序的问题，并且控制逻辑继续运行而不发生故障。
虽然这是一种很好的方法，但它有几个缺点。隔离NT否定在NT下运行的任何应用程序中执行实时更新的能力。虽然这似乎是一个小延迟，但在需要及时反馈或校正算法（补偿算法）的运动应用中，速度很重要。
第二，CPU时钟的一半交给第二操作系统。实际上，两个操作系统正在运行，它们共享CPU。
第三，许多大型制造商已经开发了直接写入硬件的遗留软件。将该软件移植到实时引擎上运行将是一项巨大的任务。
VenturCom Inc.是面向微软平台的硬实时功能的主要开发商，被多家工业软件供应商所使用。在对提出的目标和议程进行审查后，Timken决定采用三种IEC 1131-3标准编程语言以及交互式HMI/SCADA包，为硬实时控制和基于pc的控制软件追求实时线程。
实时线程
微软提供硬件抽象层(HAL)源代码给VenturCom进行开发。通过这种方法，HAL的实时扩展与主机操作系统的标准接口紧密结合。实时对象和普通对象之间的操作可以通过一个常见的接口- windows NT进行。
提供128个线程优先级的实时线程管理器使线程能够以优先级和优先级在循环序列中安排。基于固定的时间片没有处理器不共享。使用实时扩展，所有实时子系统（RTSS）线程在任何NT线程之前都会运行。
线程管理器控制处理器以响应HAL生成的中断。其中两个中断，时钟和RTSS软件中断是固定的中断源。时钟中断处理程序处理定时器过期。RTSS软件中断导致RTSS检查来自NT的消息队列。
因此，许多RTSS线程准备运行。当线程完成当前工作时，线程管理器将恢复到空闲状态，切换回HAL堆栈并允许正常的NT处理继续进行。
使用Venturcom实时扩展，所有中断例程被认为是实时线程，允许Windows NT为实时子系统的每个部分设置优先级，并启用稳定，可验证的硬实时操作。
开放性和兼容性是选择基于PC的控制系统的基本标准。许多公司正在远离专有的软件和系统，但在临时，新安装的基于PC的系统需要与这些软件包集成。
兼容性,开放性
遵循行业标准，如IEC 1131-3，增加了灵活性和选择。大约90%的欧洲国家符合IEC 1131-3标准。这个标准很可能会占据主导地位，因为它具有开放的架构、可移植性和与支持全球工厂所需的第三方软件对话的能力。
支持遗留软件以及专有软件和新开发软件的一个主要步骤是集成用户定义的功能块(UDFBs)，它允许将定制的C例程集成到逻辑中。除了udfb之外，许多例程太大或不适合集成到特定的控制逻辑中，例如执行数据获取、分析和显示结果的现有可执行程序。这将是许多典型的测量应用。在这种情况下，终端用户可能想要继续使用现有的遗留代码，但要对机器控制进行稍微的修改。
开放式体系结构系统允许这种集成，并提供必要的挂钩。这主要是通过DDE和dll实现的，并允许许多专有例程轻松集成到开放体系结构系统中。
每个应用程序都不同。最终用户可以在到达时检查每个系统升级，而不是改造整个工厂，而是可以在到达以确定是否是基于PC的控制的好应用程序。
欲了解更多信息，请访问www.globalelove.com/info.
| 作者信息 |
| Dean petrone是铁姆肯研究公司高级测量和过程控制领域的开发工程师，与开发分析师Brian Bricker密切合作，开发各种测试和原型应用。迈克尔·斯塔克豪斯(Michael Stackhouse)在铁姆肯公司(Timken)担任电气分析师、制造工程师，并发挥了关键的研究作用。铁姆肯公司是轴承和合金钢的制造商，在全球拥有21000名员工。 |
基于pc的控制集成了铁姆肯的多个应用程序
在过去的一年里，铁姆肯轴承公司(Canton, O.)参与了各种基于pc的控制研究项目。焦点最近转向开发应用，使各种工厂受益，包括先进的计量组。
在正在开发的基于pc的控制系统中，测量各种轴承特性。其他应用包括离散运动、伺服、高级测量算法、网络和统计过程控制。一个基于pc的控制系统Timken使用VenturCom的RTX 4.1和Microsoft Windows NT是基于IEC 1131-3编程标准。
在单个平台上开发一个系统Windows NT，具有优势，将传统上三个子系统（控制，图形用户界面和Gagage）与集成系统相结合。通过这样做，Timken实现了快速的开发和硬件的显着成本，以及开发从中绘制的标准控制库。
Dean Petrone是参与研究基于pc的控制项目的铁姆肯开发工程师之一，他强调，分享铁姆肯的选择标准并不等同于认可任何单一的基于pc的控制供应商——其他供应商可能更适合其他公司和他们的应用。
条款
以下是适用于基于pc的控制的术语。
COM:组件对象模型是在多个对象(程序)中使用的二进制组件，这些对象(程序)可以被组合起来产生期望的结果。是由微软。
确定性:当控制器能保证加工在固定的时间范围内发生。确定性可能受到进程的影响，如中央处理单元、操作系统、总线、内存、接口、应用程序和其他因素。
DCOM:分布式组件对象模型是一种高度优化的协议，它将COM扩展到网络（远程对象）。
DDE:动态数据交换，在各种Windows软件包之间进行信息交换的标准约定。
DDL:动态数据链接。
IEC 1131-3：通过定义五种标准语言:顺序功能图(SFC)、指令列表(IL)、梯形图(LD)、功能框图(FBD)和结构化文本(ST)来解决一致的编程环境。
哈：硬件抽象层(HAL)源代码的开发允许实时扩展HAL符合主机操作系统的标准接口。实时对象和处理器之间的操作基于一个固定的时间片。
奥立:从Microsoft链接和嵌入的对象表示对象如何相互关联。对象可以链接或嵌入。
OPC:用于过程控制的OLE是基于OLE概念的通信标准。
基于pc的控制:在IBM或兼容的个人计算机和相关软件中执行的控制功能。
实时内核：使Windows NT成为实时内核的服务，并充当实时引擎可用的最低中断。所有控制和实时函数都有第一个在NT应用程序变为活动状态之前完成的机会。
操作系统:实时操作系统。
rts:实时子系统在任何NT线程之前运行其所有线程。
UDFBS：用户定义的函数块允许自定义C例程集成到逻辑中。
基于PC的控制权不同的潜在战略
许多操作系统级别的策略是基于pc的控制的核心。一些单独操作;其他的则在不同的层次上与另一个相结合或联系在一起。
方法论包括来自Microsoft Corp.（redmond，Wa.），NT加Hyperkernel从想象力系统（Virginia Beach，VA）的NT加上的WinderCorp.（Hillsboro，Ore。），NT加上Venturcom（剑桥，质量。）。
实时解决方案,可以独立于Windows NT操作(但可能链接到它)包括来自Sun的Java(加州Palo Alto)的QNX操作系统QNX(加拿大安大略省Kanata) Controlware罗克韦尔自动化/艾伦-布拉德利(密尔沃基,威斯康星州),和龙卷风(微核迁移从VxWorks 5.2)风河系统(阿拉米达,加州)。
Windows NT.
微软应用程序开发部门的制造业市场经理Marcus Schmidt说:“我们看到，随着制造业经理对Windows NT处理关键任务过程监控和生产管理应用程序的能力充满信心，形势正在发生转变。
“一些独立软件供应商有将NT扩展到嵌入式应用程序(如工业控制)的解决方案。”主要的Windows NT终端用户包括通用汽车、Pennzoil、BP石油、高露洁棕榄和沃尔沃。”
来自想象力系统的Hyperkernel
Imagination Systems的产品营销副总裁Joe Bland说:“Windows NT的超内核实时子系统提供了与Windows NT(3.51到4.0)同时运行的实时执行环境。为了实现这种确定性的性能，Hyperkernel在Ring 0上运行，并使用切换机制来共享CPU。超内核提供了低于20微秒的中断延迟，并且在不修改NT硬件抽象层(HAL)的情况下提供了这种性能。
通过使用MS Visual C/ c++编程工具，开发人员可以创建多任务和多线程的超内核应用程序。一个集成的Hyperkernel跟踪/调试器在4.3版本中可用。为了减少软件开发，超级内核设备驱动程序可以直接访问系统硬件以获取内存和中断，从而绕过NT动态数据内核。与NT应用程序的通信是通过支持信号量和信号的共享内存进行的。Hyperkernel检测NT停止条件，可以继续操作。Hyperkernel的目标市场包括工业控制/加工、电信、医疗产品设计、产品测试和航空航天。
Hyperkernel可作为开发系统或运行时，由弗吉尼亚海滩的员工和选定的全球分销商提供支持。
工业应用包括CNC、IEC-1131-3编程工具的控制引擎、输送机控制和批量操作、高速图像处理系统、工业压力机控制器、基于pc的流程图控制和机器人技术。
亲密的NT扩展
来自Radisys Corp.的Intime软件作为实时Windows NT扩展，提供关键任务的确定性和可靠性。设备制造商和控制软件提供商正在建立电源产品，将易用性，熟悉的用户界面和标准Windows NT的连接性能与硬实时性能相结合。
软件是使用熟悉的微软开发者工作室开发的，就像任何其他Windows应用程序一样。不需要内核级(环0)开发。最终用户包括Alvey Systems、Carl-Ziess、现代精密机械、小松、三菱和信实电气。
从VenturCom RTX
VenturCom的互联网和营销协调员Eric Pickett说，VenturCom的RTX为Windows NT提供了高速、确定的处理能力，使其能够用于最苛刻的时间关键控制应用程序。
RTX为Windows NT提供了一个实时环境子系统，RTSS提供了RTX的核心功能和资源管理。RTSS与Windows NT执行器紧密集成，并与Windows NT共享许多基本属性，包括公共API(应用程序接口)和使用Windows NT的对象技术。
RTSS与传统的(和非实时的)Windows NT环境子系统不同，后者支持确定性性能，因为RTSS是作为运行在内核模式下的Windows NT设备驱动程序实现的;它包含一个独立于Windows NT执行程序的固定优先级线程调度程序。
这些功能允许RTS使用优先考虑的低延迟中断服务所需的实时HAL的定时器和中断管理服务。
Sun公司的Java
Sun Microsystems的制造市场通信经理Chris Holland说，Java计算本质上是跨平台兼容和网络感知的，在Java环境中开发比在任何其他语言中都更高效。Holland说，这些优势使Java成为当今制造企业的理想平台，在制造企业中，一致的IT通信结构正成为保持竞争优势的最重要因素。任何安装了Java虚拟机的机器(例如，包括plc)都可以运行Java applet和应用程序。
这也意味着传统系统可以轻松地与工厂传感器、控制器、执行器和嵌入式控制器以及企业信息网络绑定。Java的“Write Once, Run Anywhere”模型通过简化应用程序的开发、升级和部署，帮助降低了成本。在Java环境中进行开发的速度比任何其他平台都快5倍。根据IBM的数据，程序员花在调试Java应用程序上的时间约为10%，而调试其他语言的时间为60%。
QNX实时操作系统
QNX专门针对x86市场开发了超过16年的现场测试技术，QNX称其RTOS是领先的pc实时操作系统。基于精益微内核，这个可扩展的、posix认证的RTOS结合了硬实时性能、容错和抢占式多任务，并具有完整的内存保护。QNX的内置网络提供了透明的容错和负载平衡，同时处理多个网络(如Arcnet, Ethernet, Token Ring, FDDI)。
QNX还提供了Photon微gui，一个全功能的窗口系统，适合(与QNX)到少于1 MB的ROM或闪存。Photon突破性的连通性允许你创建的任何Photon应用程序在运行Windows NT, 95或X的远程pc上显示它的GUI。
QNX在全球数十万种安装中运行，包括工业自动化和过程控制伙伴，集成商和最终用户。
Controlware跨越平台
控制系列产品和软件模块支持开发行列式，实时控制系统。罗克韦尔自动化/艾伦-布拉德利的这些16位产品是硬实时操作系统，具有机器和过程自动化的集成服务。其他产品和组件模块将服务解绑定，并使用通用的应用程序接口(API)。
Controlware Business Manager表示，在通过Windows NT嵌入到所有平台上的所有平台 - 帮助开发人员降低了成本并提高市场的时间。Controlware为所有平台上提供I / O和网络服务的模块（嵌入式，DOS，Windows NT，Windows CE，QNX，VxWorks），并提供高性能的进程通信机制，汉纳先生解释。
Wind River Systems'VxWorks 5.4
Wind River Systems具有VxWorks 5.2和龙卷风开发系统，可用于VME，嵌入式和基于PC的应用程序。
Tornado是从VxWorks 5.2中迁移的一个微内核。VxWorks内核只需20 kB，它可以通过Windows主机平台在Unix或PC上工作。它是一种高性能可伸缩的实时操作系统上执行目标处理器,一组强大的交叉开发的工具用于主机开发系统,以及一系列的通信软件选项,如以太网和串行线连接到目标主机。
欲了解更多信息，请访问
想象力系统
微软(msft . o:行情)。
Phar圈软件。
QNX
Radisys Corp.
罗克韦尔自动化/艾伦-布拉德利
太阳微系统公司
VenturCom
风河系
