Confiabilidad de la plataforma de Arduino para uso industrial

Question

Yo no soy ingeniero eléctrico (solo mecánico) pero me gustaría aplicar algunos de mis aficionado a la experiencia de mi trabajo y poner en marcha diversos sistemas automatizados industriales (fabricación) medio ambiente.

Tradicionalmente, la automatización en el entorno industrial consiste en cualquiera de los sistemas de ingeniería o PLCs. La ingeniería de sistemas son muy caros y los Plc de la falta de flexibilidad (y que puede ser bastante caro también).

Me gustaría sustituir a los tradicionales PLCs con más flexible, potente y más barato Arduinos, pero me preocupa el Arduino fiabilidad. Los plc se desarrolló en el entorno industrial y por lo tanto son muy robustos y fiables, pero ¿cómo funciona la plataforma Arduino comparar?

Suponiendo que se toman las medidas adecuadas para proteger el Arduino, desde mecánicos y eléctricos daño, ¿qué tan confiable es la plataforma? Tendría que confiar en él para sustituir a los tradicionales de un PLC que controla decir una máquina del sistema de bloqueo de seguridad para evitar que la gente se acerque demasiado a una máquina en funcionamiento?

Edit: ¿Qué acerca de la falta de seguridad de los sistemas críticos? Por ejemplo, la introducción de inteligencia en decir que un partido que un PLC no sería capaz de?

Answer 1

PLC fabricantes quisiera que usted cree que su software es más fiable y probado a fondo. Mi impresión es que el núcleo del sistema operativo de los componentes de los Plc son por lo general bastante bien diseñado y probado, pero los controladores para el hardware externo (sistemas de movimiento y similares) son a menudo las bibliotecas hackeado por los ingenieros de aplicaciones y, a continuación, se pasa alrededor de la compañía. El hardware de Plc es a menudo anticuados ... muchos de ellos se están ejecutando de edad, bañera de Geode procesadores.

Cuando usted compra un PLC de Allen-Bradley, B&R, Siemens, o cualquiera de los otros grandes jugadores, que son la mayoría de pagar por el apoyo cuando las cosas van mal. Su hardware está hecho con los mismos procesos de fabricación como en los Arduinos, y no hay nada mágico acerca de los sistemas operativos en tiempo real que se ejecuta en los Plc que hace libre de errores. Pero, creo que el apoyo es a menudo vale la pena pagar. Si se trata de una máquina que cuesta a la empresa $1 MILLÓN cada día no es operativo, me gustaría estar absolutamente seguro de que cuando algo salió mal, no era un equipo de profesionales que podrían ayudar a solucionarlo, no sólo para mí y Google. Para el caso específico de las cortinas de luz u otros dispositivos de enclavamiento de seguridad, me gustaría asegurarse de que el fabricante había una fuerte póliza de seguro en lugar de una declaración en la que se intenta, declinamos toda comercialización para cualquier propósito en particular.

Aún así, si yo fuera el diseño (por ejemplo) con un poco de accionamiento neumático para algún accesorio, y yo estaba dispuesto a cargar con el apoyo de la carga de la fijación de la máquina cuando se rompió (o si yo no era capaz de obtener los recursos asignados a pagar por el PLC), y la seguridad no era un problema, yo felizmente utilizar un Arduino.

Yo probablemente el prototipo del sistema con un Arduino y, a continuación, vuelva a escribir el código en C puro, una vez que fue a trabajar, así que mi código era el único código en el microcontrolador.

Answer 2

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

Usted debe tener blindaje, potencia de filtrado/reglamento/protección, optopairs a la unidad de las cosas externas, decente disociación tapas de cada chip digital.

Usted debe probar mucho cuidado cuando el encendido y apagado de cargas altas, es mejor para comprobar si tiene algún fallo en el suelo/potencia/líneas de datos durante este conmutación con un osciloscopio (hasta 1 ns).

Usted debe verificar su fuente de reloj muy cuidadosamente - AVR no recaída en la oscilador RC en caso de oscilador de cristal de fallar. Así que mejor se adhieren a interno RC si usted no necesita la precisión del reloj o de prestar más atención a cristal de enrutamiento, la carga de los condensadores de PCB de la calidad(=flujo de recordatorios, de protección contra la humedad) y de blindaje alrededor de cristal.

Hay mejores uC para aplicaciones industriales, en particular teniendo este RC-caida-de vuelta.

Answer 3

Antes de la PLC, control de procesos industriales se realizó mediante el relé de logix (para el control digital) y controladores PID para control analógico. Relés eran muy poco fiables, el hecho de que en algunos casos han tenido consecuencias graves. A pesar de esto, la sugerencia de que esta podría ser mejor realizado por un equipo que ejecuta el software con salidas de semiconductor en lugar de relés horrorizado la mayoría de los ingenieros eléctricos en el tiempo. Los argumentos en contra de la adopción de los PLC en aquellos días fueron similares a algunos de los argumentos en las respuestas en este foro. Resistir sugerencias interesantes y que están determinados a ser en buena compañía. La economía, el tiempo de inactividad y mantenimiento de las consideraciones llevó (lentamente) la transición de hard-wired control micro-controlador/software de control. Recuerdo más recientemente, el horror con que Ethernet y los diversos protocolos asociados en el momento en que fueron recibidos por el establecimiento del control. Ethernet es ahora convirtiendo en el estándar de facto para el control del proceso.

En la actualidad, en la mayoría de los sofisticados sistemas de control, críticos para la seguridad de los procesos siempre tienen un hard-wired/neumático/hidráulico/mecánico de copia de seguridad, o al menos un estado a prueba de fallos. La interfaz del operador del sistema de control es una parte esencial del sistema de control, fuera de control de la máquina, es en la mayoría de los casos un equipo de escritorio desde el almacén local de la PC, con un buggy/propensas a bloquearse el sistema operativo que se ejecuta en buggy/propensas a bloquearse proceso de control de aplicaciones. Esto no es una exageración. Hemos diseñado y construido plantas en los entornos más difíciles en las industrias química y minera donde el polvo y los vapores son parte de la vida, incluso en la sala de control, y no tienen más errores estándar off-the-shelf consumidor/de los equipos comerciales de de equipos industriales. Unidades de disco duro fracasar, pero ellos son sellados. Que no de todos modos. Regularmente nos soplar las nubes de industriales de polvo de placas madre de PC que ejecute el HMI. El truco es tener doble/triple redundancia en todos los importantes y críticos de los sistemas. Nada puede fallar. Es por eso críticos para la seguridad de cosas es siempre respaldados por hardware, y esto es un requisito legal en la mayoría de los países y de sentido común en otros.

Si uno quiere llevar a la aviación civil en la discusión, recuerda el horror con el que no aeronaves Airbus fabricantes se reunió la sugerencia de fly-by-wire. En los accidentes aéreos, error humano (en su mayoría piloto, sino también el personal de mantenimiento), no de ingeniería/fracaso de los sistemas sigue siendo la causa de la mayoría de los accidentes por el momento. En el PLC/micro-controlador industrial/comercial espacio, yo diría que el ser humano en el terminal de programación es todavía el elemento más crítico. El Software de DISEÑO, la ESTRUCTURA y la facilidad de MANTENIMIENTO son los ingredientes esenciales en lugar de la de hardware.

Rockwell ofrecer la SoftLogix producto que es un software de PLC ejecuta en un estándar de la tienda de PC. Pensar en ello. El argumento de que el PC se ejecute en un lugar más protegido eléctrica/medio ambiente atmosférico de la Plc/controladores puede ser cierto para algunos casos, pero no en la mayoría, y muy pocos en las plantas de servicio. La ironía es que la proliferación de Ethernet requiere conmutadores Ethernet en el campo. Nosotros no, como regla general, el uso industrial de los interruptores, pero el estándar de cosas comerciales y aún no tienen un interruptor de falla después de 10 años y cientos de instalaciones. Estos interruptores de residir en la misma paneles como el PLC I/O. ¿Qué fallar, pero rara vez, es el turístico fuente de alimentación que acompaña el cambio. Evitar que el interruptor no será el más fiable de los componentes en la instalación.

Como por rigurosas pruebas de calidad/control de PLC industrial equipo, me encargó recientemente a una planta donde CADA UNO de los 8 o 10 remoto de e/S analógicas de entrada de tarjetas fue DOA. El proveedor, una de las más grandes marcas en el mundo, no se bate un ojo y sustituyen a todos de inmediato. Supongo que fue un lote malo, y que podría haber conocido el problema antes de nuestro informe. Los reemplazos funcionó a la perfección y todavía 3 años más tarde.

El miedo está en todas partes estos días nos intimiden. El uso de la razón y como algunos, los más viejos decían, 'chupar y ver (para ti)'. Yo no dudaría en probando "no industrial" micro-controladores en cualquier lugar. Sólo siga las buenas prácticas de ingeniería, cuantificar el riesgo y actuar en consecuencia. Por cierto, los vehículos de motor funcionar en condiciones no muy diferentes a algunas condiciones industriales (húmedo, caliente, vibración), sino que tienen muchas de seguridad electrónica-sistemas críticos. Ahora intenta sugerir a un control de tipo industrial, ingeniero de sistemas que están a punto de ensayo de componentes de automoción en su planta! CANbus o DNET a nadie? Vaya usted a saber (:)

Answer 4

Yo no soy un ingeniero de cualquier tipo. Yo soy un técnico en electrónica, en una gran compañía aeroespacial y han de adaptar y/o actualización de control numérico de la maquinaria como esta todo el tiempo debido a los antiguos equipos que ya no podemos origen de las piezas. Mientras que el costo es un gran problema el que va a meter en un gran problema es la preocupación de la seguridad.

En la edición de 2012 de la NFPA 79 (El estándar eléctrico para Maquinaria Industrial) de la subparte 9.4.3.4.2 afirma:

"Los sistemas de Control de la incorporación de software y firmware de controladores basados en el desempeño de funciones relacionadas con la seguridad deberá ser auto monitoreo y cumplen todos los siguientes:

1. En el caso de cualquier fallo, el fallo deberá:
   una. no conducir a la pérdida de las funciones relacionadas con la seguridad
   b. Provocar el apagado del sistema en un estado seguro
   c. Evitar la posterior operación hasta que el fallo de un componente ha sido corregido
   d. Evitar imprevisto de inicio de los equipos en el momento de la corrección de la falla

2. Proporcionar una protección equivalente a la de los sistemas de control de la incorporación de cableado/componentes de hardware

3. Ser diseñado en conformidad con las normas aprobadas que proporciona los requisitos para este tipo de sistemas"

Si usted es capaz de garantizar el cumplimiento de las disposiciones 1 y 2 yo sé que usted no será capaz de cumplir con la disposición 3 (a menos que usted está acostumbrado a tratar con las autoridades reguladoras)

Sin EMBARGO,

Si utiliza el arduino solo a supervisar y asesorar a los que de una condición de seguridad se ha producido no el control de la real circuitos de seguridad en sí misma no debe estar en violación de este requisito legal.

es decir, Un paro de la cadena está en el lugar que desconecta la alimentación de todos los contactores del motor/unidades de principal E-contactor de stop cuando se rompe por cualquier e-interruptor de parada en el circuito. Usted no desea utilizar el arduino para controlar el circuito de parada de emergencia, pero usted estará bien usando un auxilary interruptor de contacto en el E-botones de paro de decirle al operador que 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 ningún poder real disponible debido a que una de las principales paro de contactor ha caído controlado por un duro energizado e-stop de la cadena - no tu microcontrolador.

Asegúrese de que usted está enterado de toda la normativa en la NFPA70E y NFPA 79 y cumplir con todos ellos. Confía en mí, usted no quiere encontrarse a sí mismo en un litigio configuración tratando de responder a las preguntas sin el pleno conocimiento de estas normas antes de diseñar algo.

es decir otras cosas a tener en cuenta son detener movimiento demasiado rápido, a veces las cosas tienen que permanecer energizado durante un período de tiempo antes de parar para evitar un peligro para la seguridad - es decir, una gran molienda de la rueda debe girar hacia abajo en una tarifa establecida de modo que no se explotan por detener abruptamente - en este caso, usted quiere una resistencia grande que iba a usar los motores de Contador EMF de forma segura lento que la velocidad de rotación. Usted quiere que el contactor que ha abandonado la unidad de motor para poner esta resistencia en línea con los devanados del motor - no el arduino

Estos escenarios también están cubiertos en la NFPA 79.

Asegúrese de que usted y su empleador se sienta cómodo reunión de estas normas y la aceptación de toda responsabilidad potencial.

definitivamente ruggeduino (vale la pena el 45.oo para la protección añadida) y aislamiento óptico para cualquier cosa conectada a los circuitos de más de 24 voltios. La mayoría de la arduino compatible con los controles de retransmisión en el mismo sitio se OMRON y se utiliza para muchas aplicaciones industriales. Tener a alguien con la experiencia y las calificaciones de la revisión de su diseño antes de la implementación recordar que ninguno de nosotros es tan inteligente como todos nosotros

La única manera de hacer la prueba de su aplicación para la durabilidad sería el diseño y ver cuánto tiempo funciona. Definitivamente tienen una idéntica repuesto listo para reemplazar en el estante si el costo/tiempo son grandes consideraciones.

Déjeme saber si usted tiene alguna pregunta.

Answer 5

El microcontrolador Atmel que ejecuta el Arduino también está disponible para automoción y sistemas de control industrial. Tan lejos, tan bueno!

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

Por desgracia, el resto de la placa Arduino probablemente no es tan robusto.

Hay un número de diseño de compromisos que pueden reducir la vida a un menor costo. Por ejemplo, los condensadores no puede ser clasificado de 10k horas a 105℃, pero en lugar for2k horas, a 80C, y hay una diferencia real en la vida hay! Del mismo modo, el regulador del Arduino es una forma barata de alta deserción escolar versión, en lugar de una más capaz de ultra bajo de deserción de la versión. (Alguna vez se preguntó por qué el Arduino necesidades 7V o más para generar 5V? Esta es la razón por la -- con un ULDO regulador, 5.3 V habría sido suficiente). Y su fuente de poder ir nunca a brown-out? ¿Cómo sabe usted todo el sistema está en un estado seguro si lo hace? No hay ni un fusible en el tablero!

Del mismo modo, no hay ninguna protección contra un ambiente hostil en la placa Arduino. Los contactos son baratos, los consumidores de grado contactos hembra clasificado para una docena de inserciones, no IP-65 contactos (por el costo.) Los terminales de e/S se basan en el built-in débil protección ESD de la Atmega MCU, sin protección externa.

Si yo fuera a construir una críticos para la seguridad del sistema, que puede muy bien utilizar un Atmega MCU, pero yo no usaría la placa Arduino como-es. El costo de hacer girar una nueva junta directiva con nuevos componentes diseñados para la situación sería pequeño en comparación. Y en ese consejo, me podría poner todos los controladores de hardware que necesito, y la interfaz de la protección y la utilización real, robustos conectores. No es que yo realmente estoy calificado para construir una críticos para la seguridad del sistema electrónico-soy un software de este tipo!

Para una toma en el Arduino con algunas protección eléctrica (pero aún no hay protección en los otros modos de falla,) retirar la Ruggeduino: http://ruggedcircuits.com/html/ruggeduino.html