산업용 Arduino 플랫폼의 신뢰성

저는 전기 기술자는 아니지만 (기계적으로는) 취미적인 경험을 업무에 적용하고 산업 (제조) 환경에서 다양한 자동화 시스템을 구현하고 싶습니다.

전통적으로 산업 환경의 자동화는 엔지니어링 시스템 또는 PLC로 구성됩니다. 엔지니어드 시스템은 너무 비싸고 PLC는 유연성이 부족합니다 (그리고 꽤 비쌀 수도 있습니다).

기존의 PLC를보다 유연하고 강력하며 저렴한 Arduino로 교체하고 싶지만 Arduino의 안정성이 걱정됩니다. PLC는 산업 환경에서 발전하여 매우 견고하고 안정적이지만 Arduino 플랫폼은 어떻게 비교됩니까?

Arduino를 기계적 및 전기적 손상으로부터 보호하기 위해 적절한 조치를 취한다고 가정하면 플랫폼은 얼마나 신뢰할 수 있습니까? 사람들이 작동중인 기계에 너무 가까이 가지 못하도록 기계의 안전 인터록 시스템을 제어하는 ​​기존의 PLC를 교체한다고 믿을 수 있습니까?

편집 : 비 안전 중요 시스템은 어떻습니까? 예를 들어, PLC가 할 수없는 고정물에 지능을 도입 하는가?

PLC 제조업체는 소프트웨어의 안정성과 철저한 테스트가 필요하다고 생각합니다. PLC의 핵심 OS 구성 요소는 일반적으로 상당히 잘 설계되고 테스트되었지만 외부 하드웨어 (모션 시스템 등)의 드라이버는 종종 응용 프로그램 엔지니어가 함께 해킹 한 후 회사를 통해 전달되는 라이브러리입니다. PLC의 하드웨어는 종종 구식입니다. 많은 하드웨어가 오래된 핫 지 오드 프로세서를 실행하고 있습니다.

Allen-Bradley, B & R, Siemens 또는 기타 대기업에서 PLC를 구입할 때는 문제가 발생했을 때 지원 비용을 지불해야합니다. 그들의 하드웨어는 Arduinos와 동일한 제조 공정으로 만들어졌으며, PLC에서 실행되는 실시간 운영 체제에 대해 버그가없는 마술은 없습니다. 그러나 지원 비용은 종종 지불 할 가치가 있다고 생각합니다. 매일 운영하지 않는 회사에 1 백만 달러의 비용이 드는 기계라면 문제가 발생했을 때 나와 Google뿐만 아니라 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수있는 전문가 팀이 있었음을 확신합니다. 라이트 커튼이나 기타 안전 연동 장치의 경우, 특정 목적을 위해 모든 상품성을 고지하려고하는 진술보다는 제조업체가 막대한 보험 정책을 가지고 있는지 확인하고 싶습니다.

그럼에도 불구하고 (예를 들어) 약간의 고정 장치를위한 약간의 공압 작동을 설계하고 기계가 고장 났을 때 기계를 고정 해야하는 지원 부담을 부담하려고합니다 (또는 자원을 할당 할 수없는 경우) PLC 비용을 지불하기 위해) 안전이 문제가되지 않았으므로 Arduino를 행복하게 사용합니다.

아마도 Arduino로 시스템을 프로토 타입 한 다음 코드가 작동하면 순수한 C로 코드를 다시 작성하여 코드가 마이크로 컨트롤러의 유일한 코드 일 것입니다.

Arduino 자체는 적절한 보호 및 차폐 기능이 없기 때문에 산업 응용 분야에 적합하지 않습니다. 그러나 산업용 AVR 기반 컨트롤러를 만들 수 있습니다.

차폐, 전력 필터링 / 조절 / 보호, 외부 사물 구동을위한 옵토 페어, 각 디지털 칩에 알맞은 디커플링 캡이 있어야합니다.

고부하를 켜고 끌 때 매우주의해서 테스트해야합니다. 오실로스코프로 정류하는 동안 접지 / 전원 / 데이터 라인에 글리치가 있는지 확인하는 것이 좋습니다 (1ns 범위까지).

크리스털 발진기가 실패한 경우 AVR은 RC 발진기로 폴백하지 않습니다. 따라서 클럭 정확도가 필요하지 않거나 크리스털 라우팅, 부하 커패시터, PCB 품질 (플럭스 리마인더, 수분 보호) 및 크리스털 주변의 차폐에 특별한주의를 기울이는 경우 내부 RC를 고수하는 것이 좋습니다.

이 RC 폴백 기능이있는 산업 응용 분야에는 더 나은 uC가 있습니다.

PLC 이전에는 릴레이 제어 (디지털 제어용) 및 아날로그 제어용 PID 컨트롤러 를 통해 산업 공정 제어를 수행했습니다 . 계전기는 악명 높은 것으로 악명 높았으며, 일부 경우 고장이 심각한 결과를 초래했습니다. 그럼에도 불구하고 이것은 소프트웨어를 실행 하는 컴퓨터 에서 더 잘 수행 할 수 있다는 제안릴레이 대신 반도체 출력을 사용하여 당시 대부분의 전기 기술자를 놀라게했습니다. 당시 PLC 채택에 대한 주장은이 포럼의 답변에서 일부 주장과 유사했습니다. 흥미로운 제안에 저항하고 당신은 좋은 회사에 있어야합니다. 경제성, 다운 타임 및 유지 보수 고려 사항으로 유선 제어에서 마이크로 컨트롤러 / 소프트웨어 제어로의 전환이 느려졌습니다. 나는 최근에 이더넷과 당시의 다양한 관련 프로토콜이 컨트롤 구축에 의해 환영 받았던 공포를 회상합니다. 이더넷은 이제 공정 제어의 사실상 표준이되고 있습니다.

오늘날 가장 정교한 제어 시스템에서 안전 핵심 프로세스는 항상 하드 와이어 / 공압 / 유압 / 기계식 백업 또는 적어도 페일 세이프 상태입니다. 제어 시스템에 대한 작업자 인터페이스는 제어 시스템의 필수 부분으로, 기계 제어 외부에서는 대부분의 경우 로컬 PC 상점의 데스크탑 컴퓨터이며, 버그 / 충돌이 발생하기 쉬운 운영 체제가있는 버그 / 충돌 프로세스 제어 응용 프로그램이 발생하기 쉽습니다. 이것은 과장이 아닙니다. 당사는 제어실에서도 먼지와 life이 생명의 일부인 화학 및 광업 산업에서 가장 까다로운 환경에 플랜트를 설계 및 구축했으며 표준 기성품 소비자 / 상업용 장비의 고장이 산업용 장비. 하드 드라이브는 고장이지만 밀봉되어 있습니다. 어쨌든 그들은 실패합니다. 우리는 정기적으로 HMI를 구동하는 PC 마더 보드의 산업 먼지 구름을 불어 넣습니다. 중요한 것은 모든 중요 / 핵심 시스템에서 이중 / 삼중 중복성을 갖는 것입니다. 아무것도 실패 할 수 있습니다. 그렇기 때문에 안전에 중요한 요소가 항상 하드웨어에 의해 백업되는 이유는 다음과 같은 입법 요건입니다.가장 국가와 다른 국가의 상식.

항공이 토론에 참여하기를 원한다면, 비 에어 버스 항공기 제조업체가 플라이 바이 제안을 충족시킨 공포를 기억하십시오. 항공 사고의 경우 엔지니어링 / 시스템 장애가 아닌 인적 오류 (주로 조종사이지만 유지 보수 직원)가 여전히 대부분의 사고를 설명합니다. PLC / 마이크로 컨트롤러 산업 / 상업 분야에서 나는 프로그래밍 터미널의 인간이 여전히 가장 중요한 요소라고 주장 할 것이다. 소프트웨어 DESIGN, STRUCTURE 및 MAINTAINABILITY는 하드웨어가 아닌 필수 요소입니다.

로크웰은 표준 매장 PC에서 실행되는 소프트웨어 PLC 인 SoftLogix 제품을 제공합니다. 생각 해봐 PC가 PLC / 컨트롤러보다 더 보호 된 전기 / 대기 환경에서 실행된다는 주장은 일부 경우에 해당하지만 대부분의 경우는 아니지만 우리가 서비스하는 시설에서는 매우 적습니다. 아이러니 한 점은 이더넷의 확산이 현장에서 이더넷 스위치를 필요로한다는 것입니다. 우리는 원칙적으로 산업용 스위치를 사용하지 않지만 표준 상용 제품을 사용하며 10 년 및 수백 번의 설치 후에도 스위치 오류가 발생하지 않았습니다. 이 스위치는 PLC I / O와 동일한 패널에 있습니다. 거의 실패하지 않는 것은 스위치와 함께 제공되는 저렴한 전원 공급 장치입니다. 이를 피하면 스위치가 설치에서 가장 신뢰할 수없는 구성 요소가되지 않습니다.

산업용 PLC 장비의 엄격한 테스트 / 품질 관리와 관련하여 최근 8 개 또는 10 개의 원격 I / O 아날로그 입력 카드 중 하나가 DOA 인 공장을 의뢰했습니다. 세계에서 가장 큰 브랜드 중 하나 인 공급 업체는 눈을 돌리지 않고 즉시 모든 것을 교체했습니다. 나는 그것이 나쁜 배치라고 생각하고 그들은 보고서 전에 문제를 알았을 것입니다. 교체품은 완벽하게 작동했지만 3 년이 지난 후에도 계속됩니다.

두려움은 요즘 우리를 위협하기 위해 사용됩니다. 이유를 사용하고 일부 오래된 타이머가 말했듯이 '빨리보고 (자신을 위해)'. '비 산업용'마이크로 컨트롤러를 어디에서나 시험 사용하는 데 주저함이 없습니다. 좋은 엔지니어링 관행을 따르고 위험을 정량화하고 적절하게 행동하십시오. 또한, 자동차는 일부 산업 조건 (습식, 고온, 진동)과 비슷하지 않은 환경에서 작동하지만 전자 안전에 중요한 시스템이 많이 있습니다. 이제 산업 제어 시스템 엔지니어에게 플랜트의 자동차 부품을 시험해 보겠다고 제안하십시오! CANbus 또는 DNET 누구? 그림을 이동 (:)

나는 어떤 유형의 엔지니어도 아닙니다. 저는 대우주 회사의 전자 기술자이며 더 이상 부품을 공급할 수없는 고대 장비로 인해 수치 제어 기계를 항상 개조 및 / 또는 업그레이드해야합니다. 비용은 큰 문제이지만 큰 어려움에 처하게되는 것은 안전 문제입니다.

NFPA 79 (산업 기계 용 전기 표준)의 2012 년판 하위 파트 9.4.3.4.2에는 다음과 같이 명시되어 있습니다.

"안전 관련 기능을 수행하는 소프트웨어 및 펌웨어 기반 컨트롤러를 통합 한 제어 시스템은 자체 모니터링이어야하며 다음을 모두 준수해야합니다.

1. 단일 실패의 경우 실패는 다음과 같아야
   합니다. 안전 관련 기능이 손실되지 않음
   b. 안전한 상태에서 시스템을 종료합니다
   . c. 구성 요소 장애가 정정 될 때까지 후속 조작 방지
   d. 고장 수정시 의도하지 않은 장비 시동 방지

2. 하드 와이어 / 하드웨어 컴포넌트를 통합 한 제어 시스템과 동등한 보호 기능 제공

3. 그러한 시스템에 대한 요구 사항을 제공하는 승인 된 표준에 따라 설계되어야합니다. "

규정 1 및 2를 충족시킬 수있는 경우 규정 3을 다루는 데 익숙하지 않은 한 규정 3을 충족 할 수 없음을 알고 있습니다.

하나,

안전 조건이 발생하여 실제 안전 회로 자체를 제어하지 않는다는 것을 모니터링하고 조언하기 위해 arduino를 사용하는 경우이 법적 요구 사항을 위반해서는 안됩니다.

즉, 회로의 비상 정지 스위치에 의해 고장이 발생하면 주 비상 정지 접촉기에서 모든 모터 접촉기 / 드라이브의 전원을 차단하는 비상 정지 체인이 있습니다. 당신은 원하지 않을 것입니다Arduino를 사용하여 비상 정지 회로를 제어하고 비상 정지 버튼의 보조 접점 스위치를 사용하여 작업자에게 디스플레이에서 어떤 비상 정지를 눌렀는지 알려주는 것이 좋습니다.

이런 식으로 arduino가 제어 신호를 사용하여 모터를 구동하려고하더라도 메인 E- 스톱 컨택 터가 마이크로 컨트롤러가 아닌 강하게 작동하는 e- 스톱 체인에 의해 제어되어 제거되므로 실제 전원이 공급 되지 않습니다 .

NFPA70E 및 NFPA79의 모든 규정을 숙지하고 모든 규정을 준수하십시오. 무언가를 디자인하기 전에 이러한 규정에 대한 완전한 지식 없이도 질문에 대답하려고하는 소송 환경에서 자신을 찾기를 원하지 않습니다.

예를 들어 고려해야 할 다른 것들은 동작을 너무 빨리 멈추는 것입니다. 때로는 안전 위험을 방지하기 위해 멈추기 전에 일정 시간 동안 에너지를 유지해야합니다. 갑자기 멈추는 경우-이 경우 모터 카운터 EMF를 사용하여 회전 속도를 안전하게 늦추는 큰 저항이 필요합니다. - 당신은 모터 권선에 맞춰이 저항을 넣어 모터 드라이브를 중퇴 접촉기 원하는 것이 아니라 아두 이노를

이러한 시나리오는 NFPA79에서도 다룹니다.

귀하와 귀하의 고용주가이 규정을 편안하게 준수하고 잠재적 인 부채를 수락하는지 확인하십시오.

확실히 ruggeduino (추가 보호를 위해 45.oo의 가치가 있음)와 24 볼트 이상의 회로에 부착 된 모든 것을위한 광학 절연을 사용하십시오. 같은 사이트에있는 대부분의 arduino 호환 릴레이 컨트롤은 OMRON이며 많은 산업 응용 분야에 사용됩니다. 경험과 자격을 갖춘 사람이 구현하기 전에 설계를 검토하도록하십시오. 우리 중 누구도 우리만큼 똑똑하지는 않습니다.

내구성을 위해 응용 프로그램을 테스트하는 유일한 방법은 디자인하고 작동 시간을 확인하는 것입니다. 비용 / 시간이 큰 고려 사항이라면 선반에서 교체 할 준비가 된 동일한 예비 부품을 반드시 갖추어야합니다.

궁금한 점이 있으면 알려주세요.

입력 및 출력 보호 기능이있는 Ruggeduino라는 산업 품질 Arduino 클론이라고 주장되는 웹 사이트 는 Arduino의 견고한 주제에 대한 흥미로운 독서를합니다.

그들은 자동차 용 MSP430을 회로와 함께 판매하고 있습니다.

산업 승인에 대해서는 아무것도 모르기 때문에 이러한 "Micro-PLC"가 안전 응용 프로그램에 어떤 종류의 승인을 받았는지 모르겠습니다.

그러나 안전 연동을 위해 간단한 스위치보다 복잡한 소프트웨어로는 아무것도 믿지 않습니다.

기본적으로 ... 나는 Arduino를 지원하지 않습니다. Arduino는 노출되어 있으며 케이스가 없으며 충족해야하는 일부 IEC 표준에 대해 보증하지 않습니다. 예를 들어 Arduino가 2 년 또는 3 년 동안 먼지가 쌓이는 방식.

장기적으로, 누군가 이미 말했듯이, 기계의 가격이 하루에 $ 1M이면 Arduino를 사용하지 않는 것이 더 저렴합니다. 주로 6 ~ 10 년 후에 죽을 것이기 때문에 오늘날 사용하는 Arduino는 더 이상 적절한 시간에 기계를 수리 할 수 ​​없습니다 (오픈 소스이기 때문에 생산할 수는 있지만).

당신은 당신이 보조 회로를 개발해야 PLC로 아두 이노를 사용하는 경우 OTOH ..., 후, 소프트웨어 및 말의 톤을 개발 t 당신은 당신이 알렌 브래들리, 지멘스 등 같은있을 것이라는 점을 볼 시간과 장비. 그러나 우수한 비용으로.

profibus 나 ASi와 같은 필드 버스 기술을 통합하려는 경우 제조 비용은 엄청날뿐만 아니라 몇 년 안에 수정해야합니다.

재생하는 것은 재미 있지만 해결책은 아닙니다.

대부분의 견고성은 전체 회로도와 PCB의 전기 설계를 뒷받침하는 EE에서 비롯됩니다. '인증 된'회사가 사용하는 칩에는 특별한 것이 없습니다. 수량이 저렴하고 자체 인증을 받았을 수도 있습니다. 그러나 Atmel과 Microchip이 이미 그와 일치한다고 가정합니다. 실제 강도는 많은 테스트, 다양한 백업 방법 (브라우 아웃 / 과전압 감지기, 감시 장치) 및 신중한 레이아웃에서 비롯됩니다. 내 인상은 PIC / Arduino가 더 비싸고 실제로 필요한 것 이상을 제공하기 때문에 대규모로 사용되지 않는다는 것입니다.

저는 전자 엔지니어이며 일부 교육용 응용 프로그램에 Arduino 메가 보드를 사용하고 있으며 DAQ-6009 / 6008 등과 같은 Labview DAQ Module의 사용자이기도합니다. 또한 allen-bradelly 등의 PLC 사용자이기도합니다. 그러나 Arduino의 적합성은 온도 변동, 먼지 및 습도 조건, 진동 및 EM 방사선과 같은 산업적인 열악한 환경 및 센서 또는 액추에이터에 대한 안정적인 연결 및 이전의 다른 데이터 처리 카드에 대한 안정적인 연결에서 테스트되어야 함을 알았습니다. 신호 i? p를 제공하고 밸브 등과 같은 최종 엔드 이펙터에 전달하기 전에 ...

이 웹 페이지와 토론을 통해 산업 응용 분야, 환경 유형 및 매개 변수 등을위한 Arduino 카드의 테스트 기능을 생성 할 것입니다.

Arduino를 실행하는 Atmel 마이크로 컨트롤러는 자동차 및 산업 제어 시스템에도 사용할 수 있습니다. 여태까지는 그런대로 잘됐다!

그들의 하드웨어는 Arduinos와 동일한 제조 공정으로 만들어진다 [/ quote]

불행히도, 나머지 Arduino 보드는 그다지 견고하지 않습니다.

수명을 단축하여 비용을 절감 할 수있는 여러 가지 디자인 타협이 있습니다. 예를 들어, 커패시터는 105C에서 10k- 시간 정격이 아니라 80C에서 2k- 시간 정격이 될 수 있으며 수명에 실제로 차이가 있습니다! 마찬가지로 Arduino의 레귤레이터는 성능이 뛰어난 초저 드롭 아웃 버전이 아니라 저렴한 하이 드롭 아웃 버전입니다. (아두 이노가 5V를 생성하기 위해 왜 7V 이상이 필요한지 궁금해 한 적이 있습니까? 이것이 ULDO 레귤레이터를 사용하면 5.3V로 충분했을 것입니다.) 그리고 전원 공급 장치가 완전히 사라질 것입니까? 시스템 전체가 안전하다면 어떻게 알 수 있습니까? 보드에 퓨즈가 없습니다!

마찬가지로 Arduino 보드의 열악한 환경에 대한 보호 기능도 없습니다. 이 접점은 IP-65 정격 접점 (비용)이 아닌 수십 개의 삽입에 대해 등급이 싼 저렴한 소비자 급 암 접점입니다. I / O 핀은 외부가없는 Atmega MCU의 내장 된 약한 ESD 보호에 의존합니다 보호.

안전에 중요한 시스템을 구축하려면 Atmega MCU를 사용하는 것이 좋지만 Arduino 보드를 그대로 사용하지는 않을 것입니다. 상황에 맞게 설계된 새로운 구성 요소로 새로운 보드를 회전시키는 비용은 비교하면 적습니다. 그리고 그 보드에는 필요한 모든 드라이버 하드웨어와 인터페이스 보호를 적용하고 견고한 견고한 커넥터를 사용할 수있었습니다. 실제로 안전에 중요한 전자 시스템을 구축 할 자격이있는 것은 아닙니다. 저는 소프트웨어 전문가입니다!

전기 보호 기능을 갖춘 Arduino를 사용하려면 (다른 오류 모드에서는 여전히 보호 기능이 없음) Ruggeduino를 확인하십시오. http://ruggedcircuits.com/html/ruggeduino.html

먼지, 습기, 진동 등의 문제를 쉽게 해결할 수 있다고 생각합니다. 저는 30 년 동안 자동차 충돌 수리 분야에서 일했으며 모든 방식의 컨트롤러에 서비스를 제공했습니다. 자동차에서 혹독한 환경을 해결하기 위해 사용되는 간단한 해결책은 제어 모듈을 비전 도성 수지로 감싸서 습기 나 먼지가 컨트롤러와 접촉하는 것을 방지하고 동시에 컨트롤러가 진동에 영향을받지 않도록하는 것입니다.

나는 또한 카약 선수이며 내 폭풍우에서 범람 선을 펌핑하려는 생명을 위협하는 문제를 해결하기 위해 보트를위한 전기 펌프 시스템을 구축했습니다. 수년 동안 카약의 전기 펌프 문제는 전자 장치를 사용할 수는 있지만 소금물로부터 보호하는 것이 었습니다. 아무도 일시적인 성공을 거두는 것 같지 않았습니다.

우레탄에 자석 스위치와 봉입 스위치 및 컨트롤러를 사용하여 3 년 동안 소금과 신선하고 물에 잠긴 시스템뿐만 아니라 파도와 자동차 운송에 영향을 줄 수있는 시스템이 있습니다. 보트.

나는 전자 제품 전문가가 아닙니다. 아마도 Arduinos에는 안전 시스템에 적합하지 않은 약점이 있지만 환경에 약간의 생각만으로는 보호 할 수없는 것은 없습니다.

다음과 같은 경우 산업 환경에서 Arduino를 사용할 수 있습니다.

1. PLC와 마찬가지로 입력 및 출력을 보호합니다
2. 애플리케이션에서 또는 외부 하드웨어의 도움으로 브라운 아웃 감지 및 워치 독을 구현합니다.
3. 응용 프로그램은 출력이 항상 알려진 안전 상태에 있도록주의합니다
4. 코드에서 직접 모든 인터록 및 안전을 구현
5. 코드를 테스트하고 작성하는 데 더 많은 시간을 소비
6. 맞춤 제작 기기에 대한 인증이 필요하지 않습니다.

아마도 MODBUS 또는 PROFIBUS 프로토콜 인터페이스 를 제공 하고 0..20mA, 4..20mA, 0..10V, TC, 모터, 인코더 인터페이스로 드라이버를 만들어야합니다 (또는 이러한 드라이버가 내장 된 MODBUS / PROFIBUS 슬레이브 카드 사용) ) ...

C / ASM / PAS / BAS 대신 래더 로직으로 장치를 프로그래밍하려는 경우 가능합니다. 이 소프트웨어가 제공합니다.