Category: Корпоративные новости 

DCS (распределённая система управления) является ключевым оборудованием в области промышленной автоматизации, предназначенным для централизованного мониторинга и распределённого управления производственными процессами. В этой системе I/O-процессор, являясь важнейшим модулем для сбора данных и выполнения команд, напрямую влияет на скорость реагирования и стабильность системы.

Карта аналогового выхода PDP601 от METSO (VALMET) относится к контроллерам DPU в составе карт DCS. Она разработана специально для промышленных условий и способна обрабатывать задачи вывода аналоговых сигналов, что делает её пригодной для управления электродвигателями, регулирования температуры и других сценариев, требующих непрерывного регулирования сигналов.
1. Техническое принципиальное устройство и основные компоненты:
Основной функцией PDP601 является преобразование цифровых команд, поступающих от системы DCS, в аналоговые сигналы (например, ток 4–20 мА или напряжение 0–10 В), которые управляют работой оборудования на месте (такого как клапаны, частотные преобразователи). Аппаратное обеспечение включает схему преобразования сигналов, интерфейсный модуль и системную память (ёмкость 200 МБ), поддерживает расширение интерфейса на 8 ячеек, позволяя одновременно подключать несколько датчиков или исполнительных механизмов. Входное напряжение составляет 110 В, совместимо со большинством промышленных стандартов питания. Система осуществляет двунаправленную передачу сигналов с помощью цифровых входно-выходных модулей, обеспечивая точное соответствие управляющих команд и данных обратной связи.
2. Сферы применения и область совместимости:
Данная платформа предназначена для управления приводом электродвигателя модели IFAL09KVK, охватывая диапазон регулировки от 1 до 9999. Она способна удовлетворить потребности как в небольших устройствах, так и в крупных производственных линиях. Типичные области применения включают регулировку расхода в химических процессах, управление напряжением в энергосистемах, а также контроль температуры в металлургической промышленности. Поскольку функция сигнализации или пользовательских скриптов не поддерживается, конструкция платформы ориентирована на стабильность базовых задач управления, что делает её подходящей для промышленных сценариев, где требуется высокая скорость реагирования, но нет необходимости в сложной программировании логики.
3. Технические параметры и ограничения использования:
PDP601 имеет фиксированную конфигурацию, не поддерживает слот для карт памяти и не может быть изготовлен по индивидуальному заказу. Минимальное количество упаковок — 1 штука. Интерфейс устройства соответствует стандартной спецификации 8 ячеек и требует совместного использования с совместимой системой DCS. Хотя объем памяти системы составляет всего 200 МБ, он достаточен для базовых вычислительных операций при обработке аналоговых выходных сигналов. Важно отметить, что данный модуль является импортным оборудованием, а код материала PDP601 служит ключевым идентификатором для распознавания и обслуживания. Пользователю необходимо выбирать подходящие модели двигателей и параметры напряжения в соответствии с фактическими условиями эксплуатации.
4. Преимущества по сравнению с традиционными решениями:
По сравнению с универсальными модулями ввода-вывода, специализированная конструкция PDP601 снижает функциональную избыточность и уменьшает сложность системы. Точность аналогового выходного сигнала достигает уровня 0,1%, а время отклика менее 10 мс, что обеспечивает более стабильную работу в условиях высокоточной непрерывной регулировки. Кроме того, фиксированная конфигурация параметров упрощает процесс настройки и подходит для быстрого развертывания промышленных проектов. Однако отсутствие функции оповещения об авариях и поддержки пользовательских скриптов ограничивает гибкость устройства в сложных автоматизированных системах.

Представление «преобразователь» является специализированным термином в области химической инженерии, обозначающим устройство, предназначенное для преобразования формы вещества или энергии. Оно включено во второе издание «Названий химической инженерии на обоих берегах пролива». Определение данного термина и его принадлежность к научной области уже определены [1].

В промышленных приложениях электронные системы мощности, основанные на преобразователях мощности, широко используются для управления и преобразования электроэнергии в промышленности и бытовых условиях. Транзисторы с изолированной затворной сеткой (IGBT) как ключевые компоненты доминируют на рынке преобразователей мощности, а их объем рынка в 2020 году достиг 6,6 млрд долларов США. В области теплового управления конструкции непосредственного охлаждения позволяют снизить тепловое сопротивление на 30% по сравнению с традиционными решениями [4]. Анализ отрасли охватывает такие аспекты, как баланс спроса и предложения, конкурентная структура и жизненный цикл, а методы исследования включают системный анализ, структурный анализ и различные методологии, в том числе кейс-стади [2–3].

Кремний — важный полупроводниковый материал, химический символ Si. В электронной промышленности используемый кремний должен обладать высокой чистотой, а также отличными электрическими и механическими свойствами.
Введение
В исследованиях и производстве кремниевый материал взаимно способствует развитию кремниевых приборов. Во время Второй мировой войны начали использовать кремний для изготовления высокочастотных кристаллических фильтров радиолокационных устройств. Используемый кремний имел низкую чистоту и был неоднородным. В 1950 году был изготовлен первый кремниевый транзистор, что повысило интерес к получению высококачественных кремниевых монокристаллов. В 1952 году успешно выращены кремниевые монокристаллы методом прямого вытягивания (CZ). В 1953 году была разработана методика областного плавления без кратера (FZ), позволяющая одновременно проводить физическую очистку и выращивать монокристаллы. В 1955 году началось использование метода восстановления четырёххлористого кремния с помощью цинка для получения чистого кремния, однако он ещё не мог удовлетворить требованиям производства транзисторов.

В 1956 году было успешно исследовано метод восстановления трихлористого кремния с помощью водорода. После некоторого времени изучения микроскопических примесей в кремнии этот метод стал основным. К 1960 году промышленное производство по этому методу уже достигло масштабов. Появление кремниевых выпрямителей и кремниевых вентилей способствовало тому, что кремниевый материал занял первое место среди полупроводниковых материалов. В 60-х годах появились технологии эпитаксического выращивания монокристаллов и плоской технологии кремния, которые не только сформировали зрелые технологии производства кремниевых транзисторов, но и способствовали быстрому развитию интегральных схем.

В начале 80-х годов мировая производительность поликремния достигла 2500 тонн. Кремний также остаётся одним из перспективных материалов для солнечных элементов. Технология производства солнечных элементов из поликремния уже сформировалась; исследования аморфных кремниевых пленок быстро продвинулись вперёд; аморфные кремниевые солнечные элементы начали выходить на рынок.

Химический состав

Кремний является элементным полупроводником. Электрические активные примеси — фосфор и бор — должны содержаться в качественном полупроводнике и поликремнии соответственно ниже 0,4 ppb и 0,1 ppb. При выращивании монокристаллов необходимо добавлять определённое количество электрических активных примесей, чтобы достичь требуемого типа проводимости и удельного сопротивления. Тяжёлые металлы, такие как медь, золото, железо, а также неметаллы, например углерод, являются крайне вредными примесями, их наличие ухудшает характеристики p-n перехода.

Содержание углерода в кремнии достаточно высокое. При этом содержание кислорода в кремнии может быть очень высоким. Содержание кислорода в монокристаллах кремния составляет от 5 до 40 ppb; в областно-плавленных кристаллах кислород может быть ниже 1 ppb.

Свойства кремния

Кремний обладает отличными полупроводниковыми электрическими свойствами. Ширина запрещённой зоны средней величины — 1,12 электронвольт. Коэффициент переноса носителей заряда высокий: коэффициент переноса электронов составляет 1350 см²/В·с, а коэффициент переноса дырок — 480 см²/В·с. Удельное сопротивление в нормальной температуре (300 K) достигает 2,3×10⁵ Ом·см, после легирования сопротивление можно контролировать в диапазоне от 10⁴ до 10⁻⁴ Ом·см, что позволяет удовлетворительно выполнять различные устройства.

Длительность жизни неуравновешенных носителей заряда в монокристаллах кремния относительно высока — от нескольких десятков микросекунд до 1 миллисекунды.

Теплопроводность высокая. Химическая стабильность высока, а также легко образуются стабильные термооксидные пленки. В плоскообразном производстве кремниевых приборов эти пленки используются для поверхностной пассивации и защиты p-n перехода, а также для формирования металло-оксидно-полупроводниковых структур, что позволяет создавать МОП-транзисторы и интегральные схемы.

Вышеупомянутые свойства обеспечивают хорошие характеристики p-n перехода, благодаря чему кремниевые приборы обладают высоким напряжением, малым обратным током, высокой эффективностью, длительным сроком службы, высокой надёжностью и хорошей теплопроводностью, а также могут работать при температуре до 200 °C.

Технические параметры

Основные технические параметры кремниевых монокристаллов включают тип проводимости, удельное сопротивление и равномерность, длительность жизни неуравновешенных носителей заряда, направление кристалла и отклонение от его ориентации, а также дефекты кристалла и т.д.

Тип проводимости

Тип проводимости определяется легирующими примесями — домашними или принимающими. P-тип монокристаллов чаще легируют бором, N-тип — фосфором. В качестве подложки для эпитаксического роста используется N-тип монокристаллов, легированных антимоном или арсеном.

Удельное сопротивление и равномерность

При выращивании монокристаллов добавляются определённые примеси, чтобы контролировать сопротивление кристалла. Из-за неравномерного распределения примесей сопротивление также неравномерно. Равномерность удельного сопротивления включает в себя равномерность по оси, по сечению и в микрообласти.

Он напрямую влияет на согласованность параметров устройства и выходную производительность.

Срок жизни неравновесных носителей заряда: дополнительные электроны и дырки, образующиеся при облучении или электрическом введении, мгновенно аннигилируют и исчезают. Среднее время их существования называется сроком жизни неравновесных носителей заряда. Срок жизни неравновесных носителей заряда связан с коэффициентом усиления устройства, обратным током и характеристиками переключения. Значение времени жизни косвенно отражает чистоту кремниевой монокристаллической пластины; наличие примесей тяжёлых металлов значительно снижает срок жизни.

Направление кристалла и отклонение от направления кристалла: наиболее часто используемые направления монокристаллов — (111) и (100) (см. рисунок). Угол отклонения оси кристалла от его направления называется углом отклонения от направления кристалла.

Кристаллические дефекты: помимо определённого ограничения по плотности дислокаций, кремниевые монокристаллы, используемые для производства электронных устройств, не должны содержать микродефектов, таких как малые углы границ кристаллов, структуры дислокаций, звёздообразные структуры и т.д. Монокристаллы без дислокаций, плотность которых ниже 200/см², называются монокристаллами без дислокаций, и они составляют большую часть выпускаемой продукции. В монокристаллах без дислокаций также присутствуют микро дефекты, такие как атомы примесей, атомные пустоты, группы свободных пробелов, осадки примесей кислорода, углерода и других элементов. Микро дефекты, объединяющиеся в круговые или спиральные структуры, называются вихревыми дефектами. В процессе термической обработки взаимодействие и изменение между микро дефектами кремниевого монокристалла напрямую влияют на успешность изготовления интегральных схем.

Инвертор — это преобразователь, который преобразует постоянный ток (батарея, аккумулятор) в переменный ток с фиксированной частотой и напряжением или с регулируемой частотой и напряжением (обычно синусоидальный сигнал 220 В, 50 Гц). Он состоит из инверторного моста, управляющей логики и фильтрующей цепи. Широко применяется в кондиционерах, домашних кинотеатрах, электрических шлифовальных кругах, электроинструментах, швейных машинах, DVD-плеерах, VCD-плеерах, компьютерах, телевизорах, стиральных машинах, вытяжках, холодильниках, видеомагнитофонах, массажных аппаратах, вентиляторах, осветительных приборах и других устройствах. Например, при поездке на работу или в путешествие можно использовать инвертор для подключения аккумулятора и питания различных электроприборов и инструментов. Автомобильные инверторы, выходящие через сигнальную лампу, имеют мощность от 20 Вт до 150 Вт. Более мощные модели необходимо подключать к аккумулятору с помощью провода. Подключив бытовые приборы к выходному кабелю преобразователя, можно пользоваться различными электроприборами внутри автомобиля. Используемые приборы включают: мобильные телефоны, ноутбуки, цифровые видеокамеры, фотоаппараты, светильники, электрические бритвы, CD-плееры, игровые приставки, планшеты, электроинструменты, автомобильные холодильники, а также различные туристические, кемпинговые и медицинские приборы первой необходимости.

Полупроводниковый диод — это электронный прибор, использующий свойства полупроводников. Наиболее распространёнными полупроводниковыми диодами являются PN-диоды и металло-полупроводниковые контактные диоды. Общая особенность этих диодов заключается в асимметричности их вольт-амперных характеристик: ток хорошо проводится в одном направлении, а в противоположном — проявляется высокое сопротивление. Они могут использоваться для выпрямления, детектирования, стабилизации напряжения, поддержания постоянного тока, переменной ёмкости, переключения, светодиодов и фотоэлектрической преобразования. С помощью эффекта туннельного перемещения носителей заряда в высокоимпрегнированном PN-связи можно создавать туннельные диоды для ультравысокочастотного усиления или сверхбыстрой переключения

Выпрямитель (на английском: rectifier) — это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный, которое может использоваться для питания электрических приборов и обнаружения радиосигналов. Выпрямители могут быть изготовлены из вакуумных ламп, зажигательных ламп, полупроводниковых диодов на основе кремния или ртутных дуг. Напротив, устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, называется инвертором (inverter).

В аварийном ИБП требуется только зарядка аккумулятора, без подачи напряжения на нагрузку, поэтому используется только зарядное устройство. В двухступенчатых ИБП этот пристрой обеспечивает как питание инвертора, так и зарядку аккумулятора, поэтому его называют выпрямителем/зарядным устройством.

Выпрямитель представляет собой выпрямительное устройство, которое, простыми словами, преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC). Оно выполняет две основные функции: во-первых, преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC), который после фильтрации поступает на нагрузку или инвертор; во-вторых, подача напряжения для зарядки аккумулятора. Таким образом, оно также действует как зарядное устройство.

Открытая система ЧПУ — это тип системы, характеризующийся модульностью и стандартизацией. Она обладает открытым интерфейсом, переносимостью, расширяемостью, взаимозаменяемостью и совместимостью, обеспечивая совместную работу программно-аппаратных модулей различных производителей через стандартизированные интерфейсы. IEEE подчеркивает необходимость в возможности межплатформенной интеграции приложений, реализуемой с помощью слоёв программного обеспечения (слой драйверов, ядро, прикладной уровень), функциональной модульности и конфигурации интерфейсов для пользовательского разработки. Ключевыми технологическими аспектами являются аппаратная платформа на основе ПК и расширяемая архитектура программного обеспечения [1] [5] [9].

С момента появления первой станки с ЧПУ в 1952 году технология ЧПУ прошла этапы: аппаратное управление (NC), компьютерное управление (CNC), микрокомпьютерное управление (MNC), прямое управление (DNC) и гибкие производственные системы (FMS). С глобализацией рынка производители сталкиваются с множеством вызовов, связанных с ценами, качеством, сроками поставки и индивидуальными потребностями. Традиционные замкнутые системы ЧПУ уже не способны адаптироваться к быстро меняющимся рыночным требованиям, что стимулирует переход к открытым системам управления. Эта концепция была предложена в 1980-х годах, в 1987 году США запустили программу NGC и создали Национальный центр научных исследований в области производства, способствуя процессу стандартизации. Последовательно начались международные проекты сотрудничества, такие как программа OSACA Евросоюза и программа OSEC Японии. В 2000 году Китай начал разработку новой платформы открытых систем ЧПУ, а в 2001 году завершил разработку технических спецификаций на основе программы OSACA [2–4].

Техническая реализация осуществляется по принципу «ПК + NC»: с использованием коммерческого оборудования и расширяемого программного обеспечения создаются модули функций ЧПУ. Типичные решения включают ПК + специальные платы для ЧПУ, ПК + программируемые контроллеры движения и т.д. [1] [7]. Германские системы TwinCAT 3 от Bühler и Huazhong 8 обеспечивают многодиапазонное синхронное управление и функции вторичного программирования благодаря открытой архитектуре [6] [8] [10].

Концепция
Открытая система числового программного управления (СЧПУ) еще не имеет единого определения. По определению IEEE, открытая система управления должна обеспечивать возможность реализации приложений, работающих на разных производителях и различных операционных платформах, на одной системе, а также способность координации работы с другими прикладными системами. Согласно этому определению, открытая СЧПУ должна обладать следующими основными характеристиками:

(1) Открытость: предоставлять базовую платформу стандартизированной среды, позволяя модулям программного и аппаратного обеспечения разного функционала и разработчиков участвовать в ней.

(2) Переносимость: с одной стороны, различные модули приложений могут работать на платформах, предоставляемых разными поставщиками; с другой стороны, платформа системы может работать на аппаратных платформах различного типа и производительности, при этом вся система демонстрирует разную производительность.

(3) Расширяемость: добавление или удаление функций системы сводится к загрузке или выгрузке отдельных функциональных модулей.

(4) Взаимозаменяемость: функциональные модули с разным уровнем производительности, надежности и возможностей могут взаимно заменяться друг друга без влияния на согласованное функционирование системы.

(5) Взаимодействие: предоставлять стандартизированные интерфейсы, модели связи и взаимодействия. Различные модули приложений работают на платформе системы через стандартизированные прикладные интерфейсы, между модулями сохраняется равноправное взаимодействие и координация работы.

Высокопроизводительный сервер — это специализированное вычислительное оборудование, предназначенное для научных вычислений, анализа больших данных и других сценариев. Оно оснащено многопроцессорными процессорами и высокоскоростными сетевыми интерфейсами, что обеспечивает параллельную обработку данных [3]. Его аппаратная конфигурация обычно включает двухъядерные 26-ядерные процессоры, оперативную память объемом более 512 ГБ и поддержку расширения с помощью нескольких видеокарт (GPU). Для повышения надежности системы используется RAID-массив и резервирование питания [1–2]. Согласно данным государственных тендеров за 2023 год, основная конфигурация включает не менее 8 слотов PCIe и возможность расширения оперативной памяти до 3 ТБ, а также жидкокристаллический экран для отображения состояния работы в реальном времени [1]. В рамках закупочных проектов вузов за 2022 год требовалось, чтобы серверы имели интегрированные графические видеокарты NVIDIA с ускорением и поддержкой удаленного управления через KVM over IP [2]. Обычно оборудование предоставляется с гарантией производителя сроком не менее 3 лет, а некоторые модели благодаря модульной конструкции позволяют расширять пропускную способность сети и объём хранилища по мере необходимости.
Конфигурация оборудования
Используется двухъядерный процессор Intel Core i7-6230R (2,1 ГГц) или i5-4216 (2,1 ГГц), каждый из которых обладает 26 ядрами и 52 потоками для выполнения операций, поддерживает технологию Hyper-Threading для повышения эффективности параллельной обработки. В комплекте входит 512 ГБ оперативной памяти RDIMM, которая может быть расширена до 3 ТБ с помощью 24 слотов DDR4, а также механизм исправления ошибок ECC для обеспечения целостности данных. Система хранения оснащена не менее чем двумя корпоративными жесткими дисками на 1,2 ТБ с частотой вращения 10 КД/с, поддерживающими гибридную подключение SAS/SATA.

Коммутатор (Switch) означает «переключатель» и представляет собой сетевое устройство, используемое для пересылки электрических (оптических) сигналов. Он обеспечивает исключительный канал передачи сигнала между любыми двумя узлами сети, подключенными к коммутатору. Наиболее распространённым типом коммутатора является Ethernet-коммутатор. Также существуют телефонные коммутаторы, оптоволоконные коммутаторы и другие. Определение
Переключение — это общее название технологии, при которой информация передается с одного конца связи на другой в соответствии с потребностями передачи данных, используя ручной или автоматический способ. В зависимости от места работы коммутаторы делятся на широкополосные и локальные. Широкополосный коммутатор представляет собой устройство, выполняющее функцию обмена информацией в системе связи, применяемое на уровне канала передачи данных. У коммутатора есть несколько портов, каждый из которых обладает функцией моста и может соединять локальную сеть, высокопроизводительный сервер или рабочую станцию. На практике коммутаторы иногда называют многопортовыми сетевыми мостами.

Сетевой коммутатор — это устройство, расширяющее сеть, которое предоставляет дополнительные порты подключения для подсетей, позволяя соединить больше компьютеров. С развитием телекоммуникационной индустрии и продвижением информатизации национальной экономики рынок сетевых коммутаторов демонстрирует стабильный рост. Они отличаются высокой стоимостью за качество, большой гибкостью, относительной простотой и легкостью реализации. Технология Ethernet стала сегодня одной из важнейших технологий формирования локальных сетей, а сетевые коммутаторы стали наиболее распространёнными коммутаторами. [1]

Switch — это английское название коммутатора. Данный продукт является модернизацией прежних хабов и внешне практически не отличается от них. Поскольку передача информации между двумя концами связи требует доставки данных к соответствующему маршрутизатору, соответствующему стандартам, такая технология называется коммутационной. В широком смысле, устройство, выполняющее функцию обмена информацией в системе связи, называется коммутатором.

Датчик натяжения — это промышленный прибор, предназначенный для измерения натяжения путем обнаружения деформации или перемещения материала. Основные технологии датчиков делятся на два типа: с помощью резисторов переменопротивления (strain gauge) и микрометрических датчиков [2]. Конструктивно они бывают различных типов: консольные, стойковые, проходные по оси, изготавливаются из металлических материалов и выдают аналоговый сигнал, что позволяет использовать их в системах управления натяжением оборудования, такого как ткацкие станки с пряжками, машины для производства медной фольги и т.д. Данные устройства применяются в более чем 20 отраслях промышленности, включая текстильную, электронную и целлюлозно-бумажную промышленность, а типичные области применения — контроль натяжения пряжи, предотвращение складок при печати на пленке, обеспечение однородности диаметра кабелей и проводов. На рынке преобладают немецкие системы измерений Schmidt (трёхколёсные) и продукция компании Honeyman, развитие технологий демонстрирует тенденцию к интеллектуализации и миниатюризации.