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Arten von Steuerrechnern

Ein Steuerrechner ist ein eingebettetes System, das Maschinen, Prozesse oder Geräte steuert. Es erhält Informationen über Geschwindigkeit, Temperatur, Druck oder Füllstände, um die richtigen Entscheidungen zu treffen. Diese Computer sind für die Bearbeitung spezifischer Aufgaben ausgelegt, die je nach Branche variieren. Die industriellen Anwendungen für Steuerrechner sind zahlreich, aber sie bestehen in der Regel aus folgenden Komponenten: Eingabe- oder Sensor-Schnittstellen, ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller, ein Echtzeit-Betriebssystem, ein Ausgabeaktuator sowie Programmier- und Hardwareschnittstellen. Steuerrechner gibt es in verschiedenen Arten, darunter SPS, intelligente Controller, PCs und eingebettete Controller.

• Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)

  Sie wurden ursprünglich als Relaisersatz für die logische Steuerung in industriellen Anwendungen entwickelt. Im Laufe der Zeit wurden sie zur Standardlösung für die Steuerungssystem-Entwicklung in verschiedenen Branchen und Maschinen. SPS verfügen über eine Firmware, die es ermöglicht, sie mit speziellen Sprachen zu programmieren, die es ihnen ermöglichen, Aufgaben wie logische Operationen und Zeitfunktionen auszuführen.

• Intelligente Controller

  Sie überwachen und steuern Systeme dynamisch, indem sie fortschrittliche Sensoren und Aktuatoren für optimale Leistung integrieren. Diese Controller arbeiten in einer vordefinierten Reihenfolge und bestehen aus einem Mikrocontroller und Eingabe-/Ausgabegeräten für die Mensch-Maschine-Interaktion. Der Mikrocontroller eines intelligenten Controllers führt ein Programm aus, das Daten sammelt, Entscheidungen trifft und Geräte steuert.

• Industrielle PCs

  Sie sind für vielseitige Rechenaufgaben gedacht und werden in verschiedenen Formen angeboten, von Embedded-Boards bis hin zu Box-PCs. Im Gegensatz zu Standard-PCs sind sie für den Betrieb unter rauen industriellen Bedingungen ausgelegt. Sie können lüfterlose Designs und eine große Temperaturtoleranz aufweisen. Ausgestattet mit Standard-PC-Schnittstellen wie Ethernet- und USB-Ports eignen sie sich für die industrielle Automatisierung.

• Eingebettete Controller

  Diese minimal computerisierten Steuergeräte sind fester Bestandteil von elektronischen Geräten, Geräten und Maschinen. Ihre Mikroprozessoren sind mit Software programmiert, die es ihnen ermöglicht, das System an vorgegebene Bedingungen anzupassen. Aufgrund ihrer geringen Leistungsaufnahme sind sie hervorragend für die Verwaltung spezifischer Funktionen in Geräten geeignet.

Funktionen und Merkmale des Steuerrechners

Die Merkmale eines Steuerrechners unterscheiden sich von Anwendung zu Anwendung. Einige Standardmerkmale sind jedoch:

• Mikroprozessor: Dies ist das Gehirn des Controllers, das für die Verarbeitung von Daten und die Ausführung von Steueralgorithmen zuständig ist.
• Speicher: Der Speicher speichert Firmware, wie z. B. Software, die für die Steuerung von Computern in einem Echtzeit-Betriebssystem verwendet wird. Außerdem werden Daten wie Systemkonfiguration und Steuerungsparameter gespeichert, und der benötigte Speicher variiert je nach Komplexität der Anwendung.
• Eingabe-/Ausgabeschnittstellen verbinden Sensoren, Aktuatoren und Bedieneroberflächen. Sie ermöglichen es einem Steuerungssystem, Signale von den Sensoren zu empfangen und Steuersignale an die Aktuatoren zu senden. Sie ermöglichen es den Bedienern außerdem, Systemvariablen zu überwachen und das System zu steuern.
• Kommunikation: Dies ist sehr wichtig, wenn der Controller in andere Systeme integriert werden soll. Die Kommunikationsfähigkeiten eines Controllers ermöglichen Datenaustausch, Fernüberwachung und Systemintegration.
• Analogsignalverarbeitung: Einige Controller sind in der Lage, analoge Signale von Sensoren wie Temperatur-, Druck- oder Durchflussmessgeräten zu lesen. Diese Signale werden in digitale Werte umgewandelt, sodass der Mikroprozessor mit ihnen arbeiten kann.
• Digitalsignalverarbeitung: Die Digitalsignalverarbeitung steuert viele Funktionen in einem Computer, wie z. B. Audio und Video. Sie kann Controllern helfen, Signale zu verbessern, was für genaue Messungen und Steuerung wichtig ist.
• Steueralgorithmen: Diese implementieren Steuerstrategien, wie z. B. PID-Steuerung, um gewünschte Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Steueralgorithmen sind für die Leistung des Steuerrechners von grundlegender Bedeutung.
• Echtzeit-Betriebssystem: Dieses verwaltet Aufgaben und sorgt für eine zeitnahe Ausführung. Controller benötigen häufig ein RTOS, um Multitasking zu betreiben und schnell auf Ereignisse zu reagieren. Ein RTOS ist sehr wichtig für Systeme mit einer begrenzten Ressourcenumgebung.
• Eingebettete Software: Dazu gehören eine Firmware-Steuerung, die für die Steuerung von Computern verwendet wird, Software für die Benutzeroberfläche und Kommunikationssoftware. Die eingebettete Software koordiniert alle Controller-Funktionen und bestimmt die erwartete Leistung.
• Datenerfassung: Hierbei werden Sensoren verwendet, um Systemdaten wie Temperatur, Druck und Durchfluss zu erfassen, die für eine ordnungsgemäße Steuerung erforderlich sind. Datenerfassungs- und Messfunktionen ermöglichen es dem Controller, zu überwachen.
• Diagnose: Dies ermöglicht die Überwachung von Systemen auf Basis eines Steuerrechners, um Probleme schnell zu erkennen und zu beheben und sicherzustellen, dass ein Computersteuersystem über die richtigen Werkzeuge verfügt, um die Produktivität aufrechtzuerhalten.

Anwendungen des Steuerrechners

Die Idee hinter einem Steuerrechner ist es, schnell auf die Absicht des Benutzers zu reagieren. Dies ermöglicht es Benutzern, Befehle über Controller wie Maus, Tastatur oder Gamepad einzugeben, und sie erhalten Feedback, das weitere Aktionen nach dem Befehl anregt. Dies gilt für Controller wie:

• Industrielle Controller: Diese kleinen Computer mit hoher Rechenleistung werden in industriellen Umgebungen eingesetzt. Sie steuern und überwachen Maschinen, Prozesse und Systeme. Aufgrund ihrer Flexibilität und Robustheit können IndustriepCs an verschiedene industrielle Aufgaben angepasst werden, von der Systemüberwachung bis hin zur Datenerfassung und industriellen Automatisierungssteuerung.
• Gaming-Controller: Viele Steuerrechner werden für Spiele verwendet, sodass Benutzer mit Spielen und anderen Anwendungen interagieren können. Sie verfügen über leistungsstarke Prozessoren und Grafikfunktionen, um ein flüssiges Spielerlebnis zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht das Vorhandensein von Peripheriegeräten wie Tastaturen und Mäusen Spielern, sich aktiver am Spielgeschehen zu beteiligen, insbesondere bei strategischen und taktischen Spielen, bei denen präzise Bewegungen für den Sieg entscheidend sind.
• Media Center-Controller: Media Center-PCs werden in der Regel verwendet, um Heimkinoanlagen zu steuern. Sie können Audio und Video streamen, Spiele spielen und im Internet von einem zentralen Hub aus surfen. Der Controller erleichtert den Übergang von herkömmlichen Rechenaufgaben zu Unterhaltungsaufgaben, alles innerhalb der gleichen Benutzeroberfläche.

Die Anwendungen des Steuerrechners gehen weit über Unterhaltungs- und Spielerlebnisse hinaus. Er erstreckt sich auf professionelle und kommerzielle Aufgaben wie industrielle Automatisierung und Heimkinoeinrichtung. Das Komplimentäre daran ist, dass seine Vielseitigkeit ihn in verschiedenen Sektoren weit verbreitet macht und Möglichkeiten schafft, verschiedene Rechenaufgaben auf einer einzigen gesteuerten Plattform zu konsolidieren.

So wählen Sie einen Steuerrechner aus

Geschäftskäufer sollten bei der Auswahl des am besten geeigneten PC-basierten Controllers für ihre Bedürfnisse einige Dinge berücksichtigen. Diese helfen ihnen sicherzustellen, dass sie einen Controller erhalten, der effizient neben anderen Systemen arbeitet und gleichzeitig die spezifischen Anforderungen innerhalb eines Unternehmens erfüllt.

Zunächst einmal ist es wichtig zu bestimmen, für welche spezifischen Aufgaben oder Anwendungen der Steuerrechner verwendet werden soll. Dies hilft, die Auswahl auf die Optionen einzugrenzen, die am besten zu den jeweiligen Bedürfnissen und der Umgebung passen, in der sie eingesetzt werden sollen, wobei Faktoren wie Hardwareschnittstellen, E/A-Anforderungen usw. berücksichtigt werden. Die Portabilität kann auch berücksichtigt werden, wenn Mobilität innerhalb des Arbeitsbereichs oder bei Feldeinsätzen erforderlich ist.

Der nächste Aspekt beinhaltet die Bewertung der erforderlichen Leistung basierend auf den Workload-Eigenschaften. Dazu gehören Rechenanforderungen, Durchsatzmessungen, Latenz-Ziele usw., abhängig von den jeweiligen Steuerungszielen sowie dem Komplexitätsgrad. Die Skalierung sollte auch ins Spiel kommen, wenn es darum geht, zukünftige Wachstumspotenziale zu berücksichtigen, angesichts der steigenden Nachfrage, die durch die Expansion von Systemen ausgelöst wird, gepaart mit der Integration verschiedener Funktionen im Laufe der Zeit.

Die angebotenen Verbindungsmöglichkeiten sind erwähnenswert, da sie die Integrationsbemühungen zwischen verschiedenen Geräten/Komponenten innerhalb einer Ökosystem-Einrichtung bestimmen, zusammen mit Datenaustausch-Interaktionen zwischen diesen. Zu diesem Zweck müssen dedizierte Ports wie Ethernet, serielle Schnittstellen, USB usw. verfügbar sein, einschließlich Unterstützung für drahtlose Protokolle, falls erforderlich, aus Netzwerksicht, um die Interoperabilitätsfunktionen zusammen mit den Inter-Kommunikationsfunktionen zu verbessern.

Nachdem dies erledigt ist, finden Sie heraus, welche Art von Softwaresupport jede Option bietet, einschließlich der Kompatibilitätsüberlegungen in Bezug auf vorhandene Apps/Plattformen/Ressourcen, die bereits innerhalb der Infrastrukturarchitektur(en)/Ökosystemumgebung(en) eingesetzt werden. Ist Middleware erforderlich? Sind Integrationsbemühungen umfangreich? Sind zusätzliche Kosten anfallen? Dies sind nur einige Fragen, die während des Bewertungsprozesses genauer untersucht werden sollten.

Fragen und Antworten

F: Was ist der Zweck eines Computersteuerelements?

A: Ein Computersteuerelement sorgt für einen reibungslosen Betrieb, indem es Systeme, Prozesse oder Geräte regelt und überwacht. Zu seinen Funktionen gehören Echtzeit-Datenüberwachung, Rückkopplungssteuerung und Systemoptimierung.

F: Was ist ein Controller in einem Computer?

A: Indem er Signale vom Benutzer verarbeitet und Befehle an das gesteuerte Gerät sendet, unterstützt ein Computer-basierter Controller das Computer-basierte System mit Steuerungsfunktionen.

F: Was sind die Vorteile eines computergestützten Controllers?

A: Zu den Vorteilen gehören zentralisierte Steuerung, Echtzeit-Überwachung und Steuerung, Datenerfassung und -analyse, Automatisierung und Optimierung sowie Flexibilität und Skalierbarkeit.

F: Wie funktioniert ein computergestützter Controller?

A: Er funktioniert, indem er Daten über Sensoren von dem System aufnimmt, das er steuern soll. Dann zeigen diese Daten den aktuellen Systemstatus an. Anschließend trifft der Controller auf Basis des von ihm berechneten Status Entscheidungen unter Verwendung von Algorithmen und Steuerstrategien. Schließlich führt der Controller Steueraktionen aus, um das System zu regulieren.