Technologia1 min czytania

Przetwarzanie w czasie rzeczywistym w automatyce: co to znaczy w praktyce

TSL Automation Solutions 16 lipca 2024 Zaktualizowano 18 maj 2026

Przetwarzanie w czasie rzeczywistym w sterowaniu przemysłowym, TSL Automation Solutions

Udostępnij

Spis treści

Co naprawdę oznacza czas rzeczywisty

W automatyce przemysłowej czas rzeczywisty nie oznacza „bardzo szybko", lecz deterministycznie. System czasu rzeczywistego gwarantuje, że zadanie zostanie wykonane w określonym oknie czasowym, za każdym razem, bez wyjątków. Pętla sterowania serwomechanizmem działająca z czasem cyklu 1 ms musi otrzymywać polecenie pozycji dokładnie co 1 ms ±10 mikrosekund, niezależnie od innej aktywności systemu.

Twardy czas rzeczywisty a miękki czas rzeczywisty

Twardy czas rzeczywisty: niedotrzymanie terminu oznacza awarię systemu z fizycznymi konsekwencjami (przekroczenie prędkości silnika, kolizja, stan niebezpieczny). Wymaga certyfikowanego systemu RTOS.
Miękki czas rzeczywisty: sporadyczne niedotrzymanie terminu powoduje obniżenie wydajności, ale nie zagraża bezpieczeństwu. Aktualizacje danych SCADA, odświeżanie HMI i rejestrowanie danych to zadania miękkiego czasu rzeczywistego.

Windows nie jest systemem czasu rzeczywistego

Standardowy system Windows (nawet Windows 10 IoT) nie jest systemem operacyjnym czasu rzeczywistego. Procesy działające w tle, takie jak skanowanie antywirusowe, aktualizacje systemu czy przerwania sterowników, mogą opóźniać wykonanie zadań o dziesiątki milisekund. W przypadku sterowania ruchem i aplikacji bezpiecznych PLC dla warstwy sterowania wymagany jest dedykowany system RTOS (VxWorks, QNX lub Linux z łatką PREEMPT_RT), a Windows obsługuje wyłącznie warstwę HMI i prezentacji danych.

EtherCAT i magistrala polowa czasu rzeczywistego

EtherCAT osiąga deterministyczne czasy cyklu wynoszące 31,25 mikrosekundy na standardowym sprzęcie Ethernet, umożliwiając komputerowym sterownikom ruchu typu soft osiągnięcie twardego sterowania serwomechanizmami w czasie rzeczywistym bez dedykowanego układu DSP. Oprogramowanie master EtherCAT (TwinCAT, CODESYS itd.) działa w partycji czasu rzeczywistego komputerowego systemu sterowania, natomiast Windows lub Linux zapewnia warstwę HMI dla operatora.

Często zadawane pytania

Przetwarzanie w czasie rzeczywistym w automatyce przemysłowej oznacza wykonywanie zadań sterujących z gwarantowanym, deterministycznym czasowaniem: zakończenie przetwarzania i aktualizacji wejść/wyjść w ustalonym oknie czasowym (typowo od 1 do 10 ms) bez przekraczania terminów. Sterowniki PLC oraz systemy oparte na RTOS zapewniają twardy czas rzeczywisty. Standardowe komputery z systemem Windows nie działają w czasie rzeczywistym: nadają się do zadań nadzorczych (SCADA, rejestrowanie danych), ale nie do bezpośredniego sterowania maszynami wymagającego deterministycznego czasowania.

Systemy twardego czasu rzeczywistego gwarantują dotrzymanie każdego terminu: niedotrzymany termin oznacza awarię systemu (stosowane w sterowaniu o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, napędach silnikowych i maszynach CNC). Systemy miękkiego czasu rzeczywistego dążą do dotrzymywania większości terminów: sporadyczne skoki opóźnień są akceptowalne (stosowane w akwizycji danych, aktualizacjach HMI i przetwarzaniu alarmów). Sterowniki PLC i dedykowane kontrolery ruchu to systemy twardego czasu rzeczywistego; systemy SCADA na Windows to systemy miękkiego czasu rzeczywistego.

Standardowy system Windows nie jest systemem czasu rzeczywistego: ma niedeterministyczną obsługę przerwań i opóźnienie planowania od 1 do 50 ms. Do sterowania w czasie rzeczywistym na sprzęcie z systemem Windows rozszerzenie czasu rzeczywistego (takie jak Acontis EtherCAT master, IntervalZero RTX lub TwinCAT) może zapewnić deterministyczne czasy cyklu wynoszące 1 ms lub mniej. Bez rozszerzenia czasu rzeczywistego komputery z systemem Windows powinny pełnić wyłącznie role nadzorcze, a nie bezpośrednio sterować maszynami.

Wydajność twardego czasu rzeczywistego w automatyce zapewniają sterowniki PLC (Siemens S7, Mitsubishi iQ-R, Delta AS), dedykowane kontrolery ruchu, komputery przemysłowe z rozszerzeniami systemu operacyjnego czasu rzeczywistego (RTX, TwinCAT, oprogramowanie master EtherCAT) oraz systemy wejścia/wyjścia oparte na FPGA. Komputer przemysłowy pełni funkcję wydajnego serwera SCADA lub hosta HMI, natomiast deterministyczne sterowanie maszyną obsługuje sterownik PLC lub kontroler czasu rzeczywistego.

TSL Automation Solutions dostarcza komputery przemysłowe Avalue do zastosowań SCADA, akwizycji danych oraz nadzorczej automatyzacji wymagających wydajności Windows w trybie soft real-time. Dostarczamy panele HMI Cermate do interfejsów operatorskich na poziomie maszyny, połączonych ze sterownikami PLC zapewniającymi sterowanie w trybie hard real-time. Zapraszamy do kontaktu z naszym zespołem w Mumbaju w celu omówienia Państwa konkretnych wymagań dotyczących pracy w czasie rzeczywistym.

Tagi: obliczenia czasu rzeczywistego przemysłowe deterministyczny system sterowania komputer przemysłowy czasu rzeczywistego sterowanie ruchem w czasie rzeczywistym real-time miękki a twardy PREEMPT RT Linux przemysłowy

Przydatne? Prosimy udostępnić

TSL Automation Solutions

Dyrektor marketingu, TSL Automation Solutions

Sanjana pisze o trendach w automatyce przemysłowej, premierach produktów i nowych technologiach dla TSL Automation Solutions, dystrybutora paneli HMI, paneli PC i systemów wbudowanych z siedzibą w Mumbaju, obsługującego producentów w Indiach i na całym świecie.