Файл: Computing Power.docx

Процессоры с четырьмя или большим числом ядер легко доступны, а со значительно большим числом ядер находятся в стадии разработки, использующей простоту мультиплицирования оборудования. – Поскольку число ядер на чипе постоянно растет, стремление эффективно использовать доступных ядер будет главным вызовом, а технология виртуализации является многообещающим потенциальным решением – добавил Уэльтсин. При большом числе ядер, например, 16,отслеживание параллельных частей кода становится действительно трудным. При автоматическом копировании (картографировании) кода приложения на процессорное оборудование (как это происходит в LabVIEW) может помочь умный компилятор, но даже компиляторы имеют ограничения, заметил Уэльтсин.

Джилварри из компании Intel подтвердил, что разработчикам прикладного программного обеспечения придется изменить применяемую архитектуру с целью обеспечения возможности использования дополнительных ядер. Для большинства пользователей это означает увеличение параллельности в коде программного обеспечения. Обычно применяются два метода: многозадачность, более простой способ, а также многолинейность. – Второй способ дает самые лучшие возможности, но требует больших усилий, – сказал Джилварри. (Иллюстрация представляет второе поколение процессоров компании Intel – 2nd Generation Intel Core Processors).

Джилварри представил вкратце четыре шага, необходимые для замены линейного прикладного программного обеспечения на многолинейные приложения: анализ,экспликация, использование и оптимизация параллельности. – Многолинейность,если она хорошо проведена, дает наилучшее использование оперативной памяти и позволяет достичь более быстрой работы повторяющихся алгоритмов, – утверждает Джилварри. – Запуск новой линии для повторяющегося процесса будет происходить быстрее, чем запуск нового процесса, поскольку часто нет необходимости изменять сегмент памяти, а нужные команды могут постоянно оставаться в оперативной памяти. (Подробнее на тему многолинейности,многозадачности, а также программных инструментов можно прочитать в сети).

Многоядерные процессоры вводятся в системы автоматики, первоначально в высшем классе контроллеров с системами низшего класса, при ожидаемом росте их применения по мере уменьшения затрат на внедрение и роста опыта

---

IPhone твой следующий hmi

Это был обычный перерыв на обед на встрече промышленников. Ваш корреспондент охотно использовал возможность повысить уровень холестерина в крови и беседовал с участниками. Один из них достал свой Apple iPad и стал проверять почту. Через пару минут разговор уже зашел о возможностях этого устройства, а владелец признался, что используя беспроводной доступ в Интернет, может наблюдать за ходом процесса. Если это необходимо, можно авторизоваться и даже управлять процессом. Такие полномочия есть не только у него, но и у одного из его коллег. Это не был молодой человек, живущий в мире технических новинок, – скорее джентльмен, разменявший шестой десяток, который управлял бумажной фабрикой. Он не был похож на человека, увлеченного современными технологиями, он ими просто пользовался, но подозреваю, что он быстро заметил, какой интерес среди специалистов вызвало использование планшета для управления процессом. Затем стали обсуждать, можно ли с помощью сотового телефона и доступа в Интернет свободно управлять производственным процессом. Что же дальше? Управление химическим процессом с помощью компьютеров Mac? Пожалуй, это уже слишком, но почему не использовать такие удобнее решения, если гарантирован соответствующий уровень безопасности? Смартфоны и планшетные компьютеры, независимо от производителя, это мощные устройства, которые могут быть полезным дополнением к возможностям промышленных сетей передачи данных, особенно основанных на стандарте Ethernet и приложениях WWW. Apple утверждает, что доступно уже свыше 450 000 приложений для iPhone, поэтому неудивительно, что среди такого огромного количества программ есть и такие, которые можно использовать в промышленности. Количество приложений для устройств с операционной системой Google Android не намного меньше.

 

Многие поставщики промышленных систем, особенно небольших, не связанных непосредственно с системой управления процессом, используют приложения для смартфонов, которые расширяют возможности промышленных сетей в дискретном и непрерывном производстве. Сама идея не нова. Боле ранние версии использовали специальный интерфейс для оправки голосовых или текстовых сообщений на телефон оператора. Такие решения широко использовались с начала 90-х для оправки информации об аварийных ситуациях на станциях перекачки воды. Они применяются до сих пор. Современные приложения значительно сложнее, поскольку основаны на растущем количестве беспроводных сетей, повысившейся функциональности мобильных устройств и очень популярных сетях Ethernet. Когда внутренняя промышленная сеть подключаются к Интернету, все барьеры исчезают, это имеет свои плюсы и минусы. Голова идет кругом – кажется, что все новые и новые приложения для смартфоном и планшетов позволяют все делать извне. Новое, растущее в мире технических новинок поколение специалистов в области автоматики, ожидает подобных решений.

---

Необходимость мобильности

Большинство главных поставщиков систем управления включают в свои решения мобильные беспроводные терминалы HMI, использующие защищенные ноутбуки, такие как Panasonic Toughbook, однако такие решения не намного увеличивают возможности HMI. В отличии от iPada и смартфона это связано с дополнительными расходами и затрудненной мобильностью из-за веса и размера компьютера. С другой стороны, популярные электронные устройства могут оказаться слишком капризными и не иметь сертификатов для работы опасных зонах. Однако их сторонники утверждают, что не все устройства должны работать в суровых условиях, например, на нефтеперерабатывающих заводах. Для большинства приложений популярные устройства обладают избыточной функциональностью, а благодаря их доступности на рынке каждый может их использовать.

Необходимость контроля

– Потребность удаленного доступа вызвана необходимостью контроля – от мониторинга менеджерами до диагностики операторами, – отмечает Марк Лоххэс, менеджер по продуктам I/O в Advantech Industrial Automation. – Смартфон, использующийся для доступа в систему SCADA или к данным HMI, выполняет роль тонкого клиента. На самом деле, любое устройство, позволяющее просматривать Интернет-ресурсы, может использоваться для динамического доступа к данным – как в режиме реального времени, так и в режиме просмотра архивированных данных, возможно также в облаках вычислений. Сервер хост должен поддерживать мобильное приложение, мобильное устройство должно иметь приложение, совместимое с хостом. Предприятия, которые развивают эту технологию, — не промышленные гиганты, а небольшие компании, которые экспериментируют с новыми решениями. О популярности мобильных приложений лучше всего знает IT-отдел, поэтому он предлагает новшества. – Функционирование инфраструктуры IT напоминает системы управления процессом – каждое, даже самое маленько устройство, взаимодействует с более крупным устройством, которое в свою очередь является фрагментом более крупной линии, а все вместе представляет собой слаженную систему, — объясняет Брайн Вецца, директор по системам M2M (англ. Machine to machine, технологии, которые позволяют машинам обмениваться информацией друг с другом) в Wind River. – Сочетание коммуникации M2M, вычислительных облаков и современных пользовательских устройств создает новые возможности для промышленности, энергетики, медицины и др. В промышленной среде коммуникация M2M позволяет повысить степень осознания менеджеров, управляющего персонала и других, потому что у них есть возможность изучить и понять происходящие в их окружении процессы. Используя данные, полученные с помощью M2M и других систем, можно проводить сложные анализы, на основании которых бизнес работает эффективнее и увеличивает стоимость.

---

Computing Power: Multi-Core Processors Help Industrial Automation

Two Or More Independent Execution Cores On One Microprocessor Chip Can Match—Or Exceed—Single-Core Chip Performance By Running At Lower Frequencies And Using Less Power. Different Software Programming Is Required To Obtain Full Benefits. Link To 3 Other Articles In This Four-Part Series, Along With More Related Reading, Below.

Frank J. Bartos, P.E., Control Engineering

Continual increases in semiconductor performance and shrinkage of die sizes down to nanometer process levels has marked the remarkable progress of microprocessors. A good part of this performance advance has come from higher chip frequencies or clock speeds, which translated into higher power consumption (including power leakage) and heat generation.

With losses and inefficiencies reaching unacceptable levels, a fresh approach to chip design was needed. Hence the emergence of multi-core processors (MCPs)—defined as two or more independent execution cores placed on one silicon chip. As with most technology advances, some change is necessary to obtain its full benefits—in this case parallel software programming.

Intel Corp., a prime manufacturer of MCPs, sees these devices moving into the industrial arena by automation companies’ ability to exploit PC-based technology and other standards-based components to quickly adapt to specific customer needs. According to Ian Gilvarry, strategic marketing manager for industrial automation at Intel, this approach allows easier scaling of automation systems and integration of special functionality than dedicated hardware-based solutions.

---

Consolidate functions

Gilvarry pointed to MCPs combined with virtualization technology enabling a single-platform architecture that can consolidate functions found in various control devices like PLCs, motion controllers, and human-machine interfaces (HMIs). “Intel multi-core processors can be used to consolidate multiple functions including safety, control, visualization, and network security onto a single board. Furthermore, this consolidation can usually be achieved with minimal software changes,” he said.

Among various applications, MCPs are ideal for implementing machine motion and logic on one CPU, explained Gilvarry. This contrasts with long-held beliefs of machine builders and OEMs to best manage these machine tasks separately—whether done by (1) one controller for each motion axis, also handling part of machine logic; (2) a central PLC with a motion controller for each axis; or (3) a central PLC for logic and a central motion controller for all machine axes. However, these approaches suffer from drawbacks, such as complex synchronization, many programs to keep in track, program development/debugging, or in the last case, still two programs with heavy communication needs.

“Performance of the logic limits machine performance for all these concepts; also, complex communication between logic and motion limits machine flexibility and causes enormous efforts for sophisticated diagnostics,” Gilvarry said. “Here’s where multi-core delivers, eliminating the PLC and integrating motion, logic, and other functionality into one control.”

Intel MCP offerings include two models of its latest Atom family and Core 2 Duo (each at two cores); Core 2 Quad at four cores; and some Core i7 processors at six cores.

Performance per watt

More efficient use of chip power is one of several benefits MCPs bring to the industrial arena. Rather than push clock speeds to increase performance, with diminishing returns on power consumption, MCPs provide a new direction that Casey Weltzin, product manager for software at National Instruments Inc. (NI), calls “better performance per watt.” Power consumption has become a big issue for traditional (single-core) chip design. “Multiple CPUs on one chip enable computation parallelism at a power cost that scales linearly—not exponentially—with the number of cores,” Weltzin said.

Extra computing cores translate into more compact automation systems which can incorporate more functionality. That added computing power lets MCP users implement more complex control algorithms that do more and run computations in more power-efficient ways, he explained. Advanced software algorithms can complete a process faster, thereby saving some power or other system operational cost.

MCPs permit more than one operating system (OS) on a single controller. Ability to run both real-time functions for deterministic control and general-purpose OS tasks (HMI, networking access, etc.) is a real asset in many industrial automation systems. Moreover, users can plan out how to apply the cores, that is, designate which core(s) will handle which OS or specific control loop. “Designers have traditionally relied on separate hardware pieces to meet this need; now multi-core CPUs combined with virtualization technology reduce hardware costs and footprint,” Weltzin noted. MCPs have wide industrial application potential (see more online).

As a forward-looking implementer of MCPs in its industrial PC (IPC) products, Beckhoff Automation recognizes the multitasking benefits extra cores offer. The company has coined the term “scientific automation” to summarize how engineers can use extra cores on a multi-core IPC to perform numerous parallel tasks, according to Corey McAtee, Beckhoff’s technical marketing manager.

In Beckhoff’s experience, multi-core IPCs can decrease overall power consumption and, as a result, reduce a machine’s “thermal footprint.” Less hardware space needed is an additional benefit. “With a smaller thermal footprint, machine builders can reduce cabinet size or eliminate cooling devices in the control cabinet,” said McAtee.

“Multi-core IPCs on the automation control side of the factory floor provide the greatest benefits to machine builders looking to streamline machine designs and eliminate unnecessary controls components,” McAtee stated. MCPs for the operator interface side of the factory floor pose a different case—as discussed in an online extension.

---