Tendències en els Sistemes de Control Oberts

De tota manera l'activitat del Departament de Control i TIC no se centra únicament en l'àrea del control avançat. Així, es treballa en el desenvolupament de serveis de gestió, monitorització o control en diferents àmbits, tant industrials com socials, combinant la integració multisensorial juntament amb serveis de comunicació i computació ubiqua.

Després de molts anys en què l'oferta tecnològica del departament s'ha centrat en aquestes àrees, i en concordança amb les noves línies estratègiques de Fatronik, el departament ha ampliat l'oferta endinsant-se al "món socio-assistencial", proporcionant la base tecnològica necessària en forma de dispositius i serveis assistencials, enfocats al col·lectiu dels discapacitats i gent gran. Finalment, la recerca en la línia de la robòtica assistiva, completa l'oferta tecnològica d'aquest departament en constant evolució, i adaptació a les demandes evidents de la societat actual i futura.

Aquest article descriu una de les activitats actuals del Departament de Control i TIC en temàtiques de control avançat, basada en el desenvolupament d'arquitectures obertes per als controladors industrials.

A la següent taula podem resumir les principals diferències entre un sistema de control obert i un sistema tradicional:

Sistema tradicional (Propietari)

• Gran esforç d'adaptació a la màquina
• Know-how específic del fabricant de la màquina difícilment integrat en el control
• No és possible desenvolupar programari independent
• Alta dependència del fabricant de la màquina respecte del subministrador del control

Sistema de control obert

• Topologia modular amb interfícies estàndard
• Mòduls de diferents subministradors interoperables
• Topologia i rendiments escalables
• Fàcil portabilitat a altres plataformes maquinari

Al mercat s'ofereixen cada vegada un major nombre de controls oberts, encara que cada un d'ells ofereix un nivell d'obertura diferent. Per això anem a introduir les diverses possibilitats existents:

Categories de controls oberts:

• Interface Home-Màquina obert amb accés als components del control centralitzat
  
• Nucli del control obert mitjançant tecnologia específica del fabricant
  
• Sistema de control obert independent del fabricant

És molt important distingir entre els diferents nivells d'obertura proporcionats per un control ja que això condiciona d'una manera determinant les possibilitats de particularització del control i la funcionalitat que és possible integrar en cada cas. Com veiem en la figura, la distinció fonamental es refereix a l'accés proporcionat al nucli del control o només a l'interface home-màquina.

Actualment la majoria dels controls oberts ofereixen interfícies específics per accedir a la informació del control, és a dir, se situen en el primer cas. Hi ha altres fabricants que a més faciliten eines de desenvolupament programari que permeten accedir i particularitzar el nucli del control. I no hi ha cap subministrador que ofereixi un control obert que es situï en el tercer cas. Convé introduir en aquest moment l'element temps real, en aquest sentit cal dir que en el primer cas l'accés ofert a la informació del control no permet garantir el temps d'accés i per tant la sincronització. Per això les dades proporcionades són útils si no estan subjectes a requeriments de temps estrictes (com els manejats en el nucli del control) o si es van a utilitzar per visualitzar-los en la interfície d'usuari.

En qualsevol cas, des que van sorgir les nocions d'interfícies oberts (arquitectura Osàcar [2]) la tendència dels subministradors de controls ha anat en la direcció d'oferir major obertura per a l'usuari, i se simplifica d'aquesta manera la integració de funcionalitat addicional i programari de tercers.

Cal dir que un sistema de control obert amb interfícies independents del fabricant permet integrar components proporcionats per altres subministradors especialitzats facilitant les sinergies entre ells. A més, simplifica la integració de funcionalitat addicional i programari de tercers; fent possible que els fabricants dels controls es concentrin en la millora del més important en el seu producte, els algorismes de control i aprofitin el programari existent per a proporcionar funcionalitat relacionada amb el sistema operatiu o amb els protocols de comunicació.

El fabricant de la màquina resulta beneficiat per les possibilitats que se li ofereixen per integrar el seu propi saber fer i per especialitzar determinats components del control. Com a exemples es poden citar la implementació de transformacions de coordenades imprescindibles en màquines de cinemàtica paral·lela o de components per a control del procés d'utilitat per adequar el comportament de la màquina en funció de l'estat del procés. A més, simplifica la modificació o substitució de la interfície d'usuari sense modificar la resta del control. Això permet uniformitzar la interfície d'usuari de totes les màquines eina utilitzades en una planta independentment del control utilitzat.

Per tant, la seva dependència respecte a la plataforma maquinari utilitzada és molt forta. En els últims anys els sistemes basats en microprocessadors han seguit una tendència de millora de la seva capacitat de càlcul d'una manera accelerada, fins i tot de podria parlar d'exponencial. Això ha contribuït a que el cicle de vida de les plataformes maquinari sobre les quals es desenvolupen els sistemes de control sigui cada vegada més curt. I els fabricants de controls cada vegada disposen de menys temps per recuperar la seva inversió en desenvolupament dels nous productes. La utilització de plataformes maquinari estàndard permet al fabricant utilitzar permanentment els microprocessadors més recents de la família corresponent, amb les últimes característiques quant a potència de càlcul, memòria, etc.

Per això s'ha produït una tendència cap a la unificació de les plataformes maquinari, plataformes que proporcionen microprocessadors àmpliament utilitzats pels quals existeix gran quantitat d'opcions pel que fa a sistemes operatius, entorns de desenvolupament, etc. Aquestes plataformes inclouen a més gran quantitat d'opcions per a l'aprofitament de gran quantitat de perifèrics estàndard, com sistemes d'emmagatzematge (discs durs, memòries flash), de comunicacions (línies sèrie, paral·lel, USB, Ethernet), d'interacció amb l'usuari (controladores de vídeo i monitors estàndard, teclat i ratolí). En definitiva, l'ús de plataformes maquinari estàndard permet a un fabricant aprofitar una gran quantitat de perifèrics que d'altra manera hauria de desenvolupar o integrar en la seva plataforma propietària.

Avui dia, la plataforma maquinari basada en la tecnologia PC és clarament l'opció dels principals fabricants de sistemes de control. Entre els seus avantatges es poden esmentar:

• Baix cost.
• Disponibilitat de gran nombre de proveïdors i curts terminis de lliurament.
• Gran activitat en innovació, qualsevol nou perifèric compta amb la seva versió per a aquesta plataforma.
• Disponibilitat d'estàndards i protocols per a suportar qualsevol tipus de perifèric.

Pel que fa als sistemes operatius, la tendència és a la utilització de sistemes estàndard de facto com la família de Microsoft Windows. Això permet disposar de suport immediat per a qualsevol dispositiu o perifèric desenvolupat per a la plataforma PC. I permet disposar de diversos entorns de desenvolupament i compiladors per diversos llenguatges de programació, d'eines de desenvolupament i simulació, així com de gran quantitat d'aplicacions per a gestió i tractament de la informació, disseny, comunicacions, etc. En definitiva, qualsevol aplicació software per a la família Windows pot ser utilitzada.

Finalment, la comunicació entre el control i els mòduls d'entrades i sortides remots, també tendeix fortament cap a la utilització de busos de camp estàndard. Hi ha una gran varietat, però entre els més usats podem citar CAN, Profibus, DeviceNet, Interbus. Com passava amb els sistemes de comunicació descrits en l'apartat anterior, en aquest cas també hi ha fabricants, que a més de suportar diversos estàndards, disposen dels seus propis productes propietari. Finalment, hem de subratllar que els principals fabricants de controls numèrics disposen de productes basats en plataformes PC i sistema operatiu Windows. És el cas dels controls numèrics Fagor 8070, Fídies, Siemens 840, Heidenhain iTNC530, Fanuc.

L'ús d'aquesta plataforma Windows comporta una sèrie d'avantatges de les que difícilment disposaríem si ens baséssim en sistemes operatius propietaris:

• Accés a tota la informació de la Màquina Eina disponible al CNC.
• Millora en l'explotació de les capacitats dels Controls Numèrics Oberts.
• Beneficis i avantatges inherents a la integració en un PC amb SO Windows:
• Accés a xarxa d'àrea local, per transferència de fitxers, execució remota de programes peça i accés als recursos en xarxa de l'empresa.
• Desenvolupament d'aplicacions que proporcionin nova funcionalitat mitjançant la utilització d'eines de desenvolupament de programari estàndard en l'entorn Windows.
• Seguretat proporcionada pel sistema operatiu.
• Beneficis derivats de la possible utilització d'altres aplicacions comercials desenvolupades per a Windows.

1. NACS J. "Comparison of three different open architecture controllers" Proc. of IFA MIM pàg. 134-138, Prague, Aug 2001 ( http://www.sztaki.hu/ ~ nacsa/mim01-nacsa.pdf )
2. Osácar Handbook Version 2.0 "Osácar Association, Stuttgart, 2001.