Confiabilidad de la plataforma Arduino para uso industrial

Los fabricantes de PLC desean que usted crea que su software es más confiable y está más probado. Mi impresión es que los componentes principales del sistema operativo de los PLC suelen estar bastante bien diseñados y probados, pero los controladores para el hardware externo (sistemas de movimiento y similares) a menudo son bibliotecas pirateadas por ingenieros de aplicaciones y luego pasan a la empresa. El hardware de los PLC es a menudo anticuado, muchos de ellos ejecutan procesadores Geode antiguos y calientes.

Cuando compras un PLC de Allen-Bradley, B & R, Siemens o cualquiera de los otros grandes jugadores, la mayoría de las veces pagas por el soporte cuando las cosas salen mal. Su hardware está hecho con los mismos procesos de fabricación que los Arduinos, y no hay nada mágico en los sistemas operativos en tiempo real que se ejecutan en PLC que los hacen libres de errores. Pero, creo que a menudo vale la pena pagar por el apoyo. Si es una máquina que le cuesta a la compañía $ 1M cada día, no está funcionando, estoy seguro de que cuando algo salió mal, había un equipo de profesionales que podrían ayudar a solucionarlo, no solo Google y yo. Para el caso específico de cortinas de luz u otros dispositivos de seguridad, me gustaría asegurarme de que el fabricante haya implementado una fuerte póliza de seguro, en lugar de una declaración que intente rechazar toda posibilidad de comercialización para cualquier propósito en particular.

Aun así, si estuviera diseñando (por ejemplo) un poco de simple acción neumática para algún accesorio, y estaba dispuesto a asumir la carga de soporte de arreglar la máquina cuando se rompió (o si no podía conseguirla). Los recursos asignados para pagar por el PLC), y la seguridad no era un problema, me encantaría usar un Arduino.

Probablemente prototipo del sistema con un Arduino y luego reescribiera el código en C pura una vez que funcionara, de modo que mi código fuera el único código en el microcontrolador.

Arduino en sí no es bueno para aplicaciones industriales debido a la falta de protección adecuada & blindaje Pero es posible hacer controladores basados en AVR de grado industrial:

Debes tener blindaje, filtrado / regulación / protección de la energía, optopairs para manejar cosas externas, tapas decentes de desacoplamiento en cada chip digital.

Debe probarlo con mucho cuidado al encender / apagar cargas elevadas, es mejor verificar si tiene algún fallo en las líneas de tierra / alimentación / datos durante esta conmutación con osciloscopio (hasta el rango de 1 ns).

Debe verificar su fuente de reloj con mucho cuidado: el AVR no retrocede en el oscilador RC en caso de que falle el oscilador de cristal. Por lo tanto, es mejor que adhiera a RC interno si no necesita precisión de reloj o preste especial atención al enrutamiento del cristal, los condensadores de carga, la calidad de PCB (= recordatorios de flujo, protección contra la humedad) y el blindaje alrededor del cristal.

Hay una mejor uC para aplicaciones industriales, en particular con esta función RC-fall-back.

Antes del PLC , el control del proceso industrial se realizó mediante relé logix (para control digital) y controladores PID para el control analógico. Los relés eran notoriamente poco fiables, el fracaso de los cuales en algunos casos tuvo serias consecuencias. A pesar de esto, la sugerencia de que esto podría realizarse mejor mediante una computadora que ejecute software con salidas de semiconductores en lugar de relés horrorizó a la mayoría de los ingenieros eléctricos en ese momento. Los argumentos en contra de la adopción de PLC's en esos días fueron similares a algunos de los argumentos en las respuestas en este foro. Resiste las sugerencias interesantes y estarás en buena compañía. La economía, el tiempo de inactividad y las consideraciones de mantenimiento condujeron (lentamente) la transición del control por cable al control del microcontrolador / software. Recuerdo más recientemente, el horror con el que Ethernet y los diversos protocolos asociados en ese momento fueron recibidos por el establecimiento de control. Ethernet se está convirtiendo rápidamente en el estándar de facto para el control de procesos.

Hoy en día, en los sistemas de control más sofisticados, los procesos críticos para la seguridad siempre tienen una copia de seguridad de cableado / neumática / hidráulica / mecánica, o al menos un estado de seguridad. La interfaz del operador con el sistema de control es una parte esencial del sistema de control, que, fuera del control de la máquina, es en la mayoría de los casos una computadora de escritorio de la tienda de PC local, con un sistema operativo propenso a fallas / fallos que funciona con fallas / fallos Aplicaciones de control de procesos propensas. Esto no es una exageración. Hemos diseñado y construido plantas en los entornos más desafiantes de las industrias químicas y mineras, donde el polvo y los humos son parte de la vida útil, incluso en la sala de control, y no tenemos más fallas de los equipos de consumo / comerciales estándar que no están disponibles. equipo industrial. Los discos duros fallan pero están sellados. Ellos fallan de todos modos. Regularmente soplamos nubes de polvo industrial de placas base de PC que ejecutan los HMI. El truco es tener redundancia doble / triple en todos los sistemas importantes / críticos. Cualquier cosa puede fallar. Es por eso que las cosas críticas para la seguridad siempre están respaldadas por hardware, y este es un requisito legislativo en la mayoría de los países y el sentido común en otros.

Si uno quiere incluir a la aviación en la discusión, recuerde el horror con el que los fabricantes de aviones que no son Airbus cumplieron con la sugerencia de volar por cable. En los accidentes aéreos, los errores humanos (en su mayoría pilotos, pero también el personal de mantenimiento), no los fallos de ingeniería / sistemas todavía son responsables de la mayoría de los accidentes. En el espacio industrial / comercial de PLC / microcontrolador, diría que el elemento humano en el terminal de programación sigue siendo el elemento más crítico. El DISEÑO de software, la ESTRUCTURA y la MANTENIMIENTO son los ingredientes esenciales en lugar del hardware.

Rockwell ofrece el producto SoftLogix que es un PLC de software que se ejecuta en una PC de la tienda estándar. Piénsalo. El argumento de que las PC se ejecutan en un entorno eléctrico / atmosférico más protegido que los PLC / controladores puede ser cierto para algunos casos, pero no en la mayoría y muy pocos en las plantas en las que operamos. La ironía es que la proliferación de Ethernet requiere switches Ethernet en el campo. Como norma general, no utilizamos conmutadores industriales, sino elementos comerciales estándar, y aún no hemos tenido un fallo de conmutador después de 10 años y cientos de instalaciones. Estos interruptores residen en los mismos paneles que el PLC I / O. Lo que SÍ falla, pero rara vez, es la fuente de alimentación barata que acompaña al interruptor. Evite eso y el conmutador no será el componente más confiable en la instalación.

En cuanto a las pruebas rigurosas y el control de calidad de los equipos de PLC industriales, recientemente encargué una planta en la que CADA UNA de las 8 o 10 tarjetas de entrada analógica de E / S remotas era DOA. El proveedor, una de las marcas más famosas del mundo, no se inmutó y reemplazó a todos de inmediato. Supongo que era un mal lote y que podrían haber sabido del problema antes de nuestro informe. Los reemplazos funcionaron perfectamente y siguen funcionando 3 años después.

El miedo se usa en todas partes estos días para intimidarnos. Use la razón y, como algunos veteranos solían decir, 'chupe y vea (para usted)'. No dudaría en probar microcontroladores 'no industriales' en cualquier lugar. Simplemente siga las buenas prácticas de ingeniería, cuantifique el riesgo y actúe de manera apropiada. Incidentalmente, los vehículos motorizados operan en condiciones no muy diferentes a algunas condiciones industriales (húmedo, caliente, vibración) pero tienen muchos sistemas electrónicos críticos para la seguridad. ¡Ahora intente sugerir a un ingeniero de sistemas de control industrial que está a punto de probar un componente automotriz en su planta! ¿CANbus o DNET a alguien? Ve a la figura (:)

No soy un ingeniero de ningún tipo. Soy un técnico en electrónica en una gran empresa aeroespacial y tengo que actualizar y / o actualizar maquinaria con control numérico como esta todo el tiempo debido a equipos antiguos para los que ya no podemos adquirir piezas. Si bien el costo es un problema importante, el problema de seguridad es el que le causará grandes problemas.

En la edición 2012 de la subparte 9.4.3.4.2 de la norma NFPA 79 (La norma eléctrica para maquinaria industrial), se indica:

"Los sistemas de control que incorporan controladores basados en software y firmware que realizan funciones relacionadas con la seguridad serán autocontrolados y se ajustarán a todo lo siguiente:

1. En el caso de una falla única, la falla deberá:
   a. no dar lugar a la pérdida de las funciones relacionadas con la seguridad
   segundo. Conduce a la parada del sistema en un estado seguro
   do. Impedir la operación posterior hasta que se haya corregido el fallo del componente
   re. Evite la puesta en marcha involuntaria del equipo tras la corrección del fallo

2. Proporcione una protección equivalente a la de los sistemas de control que incorporan componentes de hardware / cableados

3. Esté diseñado de acuerdo con una norma aprobada que proporciona requisitos para tales sistemas "

Si es capaz de garantizar que cumple con las disposiciones 1 y 2, sé que no podrá cumplir con la disposición 3 (a menos que esté acostumbrado a tratar con las autoridades regulatorias)

SIN EMBARGO,

Si usa el arduino solo para monitorear y avisar que se ha producido una condición de seguridad, no debe controlar el circuito de seguridad en sí, no debe estar en violación de este requisito legal.

es decir, Hay una cadena de parada de emergencia en su lugar que desconecta la alimentación de todos los contactores / accionamientos del motor de un contactor de parada de emergencia principal cuando se rompe por cualquier interruptor de parada de emergencia en el circuito. Usted no querría usar el arduino para controlar el circuito de parada de emergencia, pero debería estar bien usando un interruptor de contacto auxiliar en los botones de parada de emergencia para decirle al operador cuál E-stop ha sido presionado en una pantalla.

De esta manera, incluso si el arduino está tratando de conducir un motor con señales de control, no habrá ninguna potencia real disponible porque un contactor de parada de emergencia principal se ha caído controlado por una cadena de parada de energía energizada - no es tu microcontrolador .

Asegúrese de estar al tanto de todas las regulaciones de la NFPA70E y la NFPA79 y cumpla con todas ellas. Confíe en mí, no quiere encontrarse en un entorno de litigios, tratando de responder preguntas sin tener pleno conocimiento de estas regulaciones antes de diseñar algo.

es decir, otras cosas a considerar son detener el movimiento demasiado rápido - a veces las cosas tienen que permanecer energizadas durante un período de tiempo establecido antes de detenerse para evitar un peligro para la seguridad - es decir, una rueda de esmerilado grande debe girar hacia abajo a una velocidad establecida para que no explote. de forma abrupta: en este caso, desearía una resistencia grande que usaría los Contadores EMF para disminuir la velocidad de rotación de forma segura. Usted querría que el contactor que dejó caer el motor accione esta resistencia en línea con los devanados del motor - no el arduino

Estos escenarios también están cubiertos en la NFPA79.

Asegúrese de que usted y su empleador estén cómodos cumpliendo con estas regulaciones y aceptando cualquier responsabilidad potencial.

definitivamente use un ruggeduino (vale la pena por 45.oo para la protección adicional) y el aislamiento óptico para cualquier cosa conectada a los circuitos a más de 24 voltios. La mayoría de los controles de relé compatibles con arduino en el mismo sitio son OMRON y se utilizan para muchas aplicaciones industriales. Haga que alguien con experiencia y calificaciones revise su diseño antes de la implementación: recuerde que ninguno de nosotros es tan inteligente como todos nosotros

La única forma de probar su durabilidad para su aplicación sería diseñarla y ver cuánto tiempo funciona. Definitivamente, tenga un repuesto idéntico listo para reemplazar en el estante si el costo / tiempo son consideraciones importantes.

Hazme saber si tienes alguna pregunta.

Se dice que es un clon de Arduino de calidad industrial llamado Ruggeduino que tiene protección de entrada y salida, su sitio web hace una lectura interesante sobre el tema de la robustez de un Arduino.

Ellos están vendiendo MSP430 con circuitos para uso en autos.

Como no sé nada acerca de las aprobaciones industriales, no sé qué tipo de aprobación para las aplicaciones de seguridad tienen estos "Micro-PLC".

Sin embargo, para un bloqueo de seguridad, no confiaría nada con un software más complicado que un simple interruptor.

La mayor parte de la robustez proviene de la EE colocada detrás del diseño eléctrico de todo el esquema y PCB. No hay nada especial en el uso de chips 'certificados', ya que son más baratos en cantidades y quizás tengan sus propias certificaciones. Pero supongo que Atmel y Microchip ya coinciden con esos. La fuerza real proviene de muchas pruebas, varios métodos de respaldo (detectores de sobretensión / sobretensión, perros guardianes) y un diseño cuidadoso. Mi impresión es que PIC / Arduino no se usan a gran escala porque son más caros y en realidad ofrecen más de lo necesario.

Básicamente ... no tengo soporte para Arduino. Arduino está expuesto, no tiene ningún caso y no ofrece garantía sobre algunos estándares IEC que debe cumplir. Por ejemplo, cómo Arduino funciona con 2 o 3 años de polvo en su parte superior.

A largo plazo, como ya lo dijo alguien, si una máquina cuesta $ 1M por día, es más barato no usar Arduino. Principalmente porque morirá, más tarde que antes y en 6 a 10 años, el Arduino que usa hoy ya no estará disponible para reparar una máquina en un tiempo adecuado (siendo una fuente abierta, puede producirla ... pero).

OTOH ... si usa Arduino como PLC, debe desarrollar circuitos auxiliares, desarrollar toneladas de software y, al final, después de tons de tiempo y equipo verá que tendrá la Igual que Allen Bradley, Siemens et al. pero con un costo superior.

No solo el costo de fabricación es enorme, sino que lo será en pocos años, principalmente si intenta integrar la tecnología de bus de campo como profibus o ASi.

Es divertido jugar ... pero no es LA solución.

Soy ingeniero electrónico y utilizo Arduino mega board para algunas aplicaciones educativas y también soy usuario de módulos DAQ Labview como DAQ-6009/6008 y etc ... También soy usuario de PLC de allen-bradelly y etc ... pero creo que la idoneidad de Arduino debe probarse en entornos industriales severos como la fluctuación de la temperatura, las condiciones de polvo y humedad y también la vibración y las radiaciones EM e incluso la conexión confiable a los sensores o actuadores y también a las otras tarjetas de procesamiento de datos es necesario antes de dar la señal i? p y antes de entregarla a los efectores finales como válvulas y etc ...

Desde esta página web y la discusión, generaré la facilidad de prueba de las tarjetas Arduino para aplicaciones industriales ... para diferentes tipos de entornos ... y para diferentes parámetros ... etc.

El microcontrolador Atmel que ejecuta el Arduino también está disponible para sistemas de control automotriz e industrial. ¡Hasta ahora, todo bien!

[quote] Su hardware está hecho con los mismos procesos de fabricación que Arduinos [/ quote]

Desafortunadamente, el resto de la placa Arduino probablemente no es tan resistente.

Hay una serie de compromisos de diseño que pueden reducir la vida útil a un menor costo. Por ejemplo, es posible que los capacitores no se califiquen para 10k-horas a 105 ° C, sino que para 2k-horas a 80 ° C, ¡y hay una diferencia real en la vida útil allí! Del mismo modo, el regulador en el Arduino es una versión barata de alto abandono, en lugar de una versión más capaz de abandono ultra bajo. (¿Alguna vez se preguntó por qué el Arduino necesita 7V o más para generar 5V? Por eso, con un regulador ULDO, 5.3V hubiera sido suficiente). ¿Y su fuente de alimentación alguna vez se apagará? ¿Cómo sabes que todo el sistema está en un estado seguro si lo hace? ¡Ni siquiera hay un fusible en el tablero!

Del mismo modo, casi no hay protección contra un entorno hostil en la placa Arduino. Los contactos son baratos, los contactos femeninos de grado de consumidor están calificados para unas pocas docenas de inserciones, no los contactos con clasificación IP-65 (por su costo). Los pines de E / S dependen de la protección contra ESD débil incorporada de la MCU Atmega, sin externo protección.

Si tuviera que construir un sistema crítico para la seguridad, podría usar una Atmega MCU, pero no usaría la placa Arduino como está. El costo de hacer girar una nueva tabla con nuevos componentes diseñados para la situación sería pequeño en comparación. Y en esa placa, podría colocar todo el hardware del controlador que necesito, la protección de la interfaz y usar conectores reales y resistentes. No es que esté realmente calificado para construir un sistema electrónico crítico para la seguridad, ¡soy un tipo de software!

Para una versión del Arduino con algo de protección eléctrica (pero aún sin protección en los otros modos de falla), consulte el Ruggeduino: enlace

Creo que los problemas con el polvo, la humedad, la vibración, etc., se pueden abordar fácilmente. He trabajado en la reparación de colisiones automotrices durante 30 años y he realizado el mantenimiento de todo tipo de controladores. La solución simple utilizada en los automóviles para enfrentar el entorno hostil es encerrar el módulo de control en una resina no conductora que evita que la humedad o el polvo entren en contacto con el controlador y al mismo tiempo hace que el controlador sea impermeable a las vibraciones.

También soy un kayakista y construí un sistema de bomba eléctrica para mi embarcación para abordar el problema que amenaza la vida de intentar bombear un barco inundado en condiciones de tormenta. A lo largo de los años, el problema con las bombas eléctricas en los kayaks ha sido el acceso a los dispositivos electrónicos, pero su protección contra el agua salada. Nadie parecía tener nada más que un éxito temporal al hacerlo.

Resulta que, al usar un interruptor magnético y un interruptor de encapsulado y un controlador en uretano, tengo un sistema que ha sobrevivido a 3 años de sal, y sumersiones de agua fresca, así como todos los golpes de las olas y el transporte de automóviles, pueden tirar en el barco.

No soy un experto en electrónica, fíjate. Entonces, tal vez hay una debilidad en Arduinos que los hace inadecuados para los sistemas de seguridad, pero no hay nada en el entorno que no puedan protegerse con un poco de reflexión.

El uso de Arduino en un entorno industrial puede ser aceptable si:

1. Usted protege sus entradas y salidas como lo hacen los PLC
2. Usted implementa la detección de pardeamiento y el watchdog en su aplicación o con la ayuda de hardware externo
3. Su aplicación cuida que sus resultados estén siempre en un estado seguro conocido
4. Usted implementa todos los interbloqueos y la seguridad directamente en el código
5. Pasas más tiempo probando y luego escribiendo código
6. No necesita certificación para su dispositivo personalizado creado

Probablemente deberá proporcionar la interfaz de protocolo MODBUS o PROFIBUS , y hacer que los controladores se conecten a la interfaz 0..20mA, 4..20mA, 0..10V, TC , motores, codificadores (o utilice tarjetas esclavas MODBUS / PROFIBUS con controladores integrados) ...

Si desea programar su dispositivo en lógica de escalera en lugar de C / ASM / PAS / BAS, puede hacerlo. Este software proporciona eso.