Aktuální trendy průmyslové automatizace

Odvětví průmyslové automatizace se bouřlivě rozvíjí. Samostatnou kapitolou jsou SW PLC - jde o aplikaci, která běží na platformě PC a vykonává řídící program dané technologie.

Řešení projektů automatizace

Samostatnou kapitolou moderních trendů v automatizaci jsou SW PLC. Jde o aplikaci, která běží na platformě PC a vykonává řídící program dané technologie. Pro toto řešení využíváme SIEMENS produkt SoftPLC. Aplikace běží na platformě standardních PC (provozně je však lepší využívat průmyslová provedení IPC z důvodů větší robustnosti).

Obecné nejsou operační systémy na PC vhodné pro řízení (nejsou schopné zajistit garantovaně přidělený výkon pro danou aplikaci ani příslušnou prioritu, aby bylo dosaženo determismu z pohledu vyhodnocení a obsluhy aktuálního stavu I/O či procesu). Pro dosažení real-time požadavků je nad jádrem operačního systému MS Windows nainstalována real-time nadstavba, která aplikaci SofPLC zajistí prioritu a přistup ke zdrojům PC tak, aby chování odpovídalo standardnímu PLC.

Vývoj programů pro SoftPCL je prováděn pomocí stejných prostředků jako bylo uváděno výše pro produkty S7-300/400. Distribuce I/O je možná jak na Profibus (zde je nutná speciální karta do PC), tak přes Profinet (lze využít i standardní Ethernet kartu v PC). Instrukční sada SoftPLC je totožná s normálními PLC a tak je zajištěna plná přenositelnost řídicích programů mezi platformami S7-300/400 a SoftPLC. Pro bezpečnostní úlohy pak platí totéž, co bylo již uvedeno pro systémy S7-300/400.

Firma COMPAS využívá v projektech především velmi sofistikované řídicí systémy a regulované pohony firmy SIEMENS. Navíc s technikou SIEMENS získáváme novou kvalitu díky filozofii "Totally Integrated Automation". Ta reprezentuje možnost plné propojitelnosti mezi systémy SIEMENS (čidla, pohony, PLC, HMI), ale zároveň zahrnuje i možnost jednoduchého propojení s jinými systémy na základě otevřených komunikačních standardů (TCP/IP, UDP). Vývojové systémy pak integrují i možnosti projektování a programování pro řešení bezpečnosti Fail Safe.

Příkladem trendů pro menší aplikace technologického je zajímavá nová řada PLC Simatic S7-1200, která již jako standardní rozhraní na svých CPU nabízí Ethernet s možnostmi OPEN TCP/IP komunikace. Přes tento systémový port lze tedy nejenom programovat, ale i komunikovat s jinými aplikacemi pomocí uváděných otevřených protokolů.

Vedle uváděného Ethernet portu je možné doplnit systém i o komunikaci přes sériové linky (RS232, RS485) či distribuovat periferie pomocí procesních sběrnic (Profibus, Profinet). Programování tohoto systému se provádí v prostředí TIA portal. Jde o integrované vývojové prostředí, které zahrnuje jak programování PLC tak parametrizaci HMI aplikací.

Pro aplikace středního rozsahu využíváme systém PLC Simatic řady S7-300, který je schopen zahrnout komunikace přes PROFIBUS, MPI, RS232/485/422, ETHERNET. Zde je k dispozici řada protokolů včetně Open TCP/IP a UDP. Integrace se světem IT je tedy snadno dosažitelná.

Z pohledu vývojáře aplikace pak je možné používat jak tradiční prostředí STEP7, tak nové prostředí TIA portal, které má být universálním programovacím prostředkem pro všechny typy PLC firmy SIEMENS. Stávající programy z prostředí STEP7 lze importovat do prostředí TIA portal a tím zajistit i ochranu dřívějších investic.

S výhodou lze využít i možnosti procesních sběrnic Profibus či Profinet s implementovaným profilem PROFISAFE. Ten umožní jednak certifikované řešení bezpečnostních úloh pro distribuované IO ale rovněž je nyní možné zaintegrovat do bezpečnostních úloh i regulované pohony SIEMENS. Tato řešení na SW bázi mohou vést k významným úsporám v nákladech na HW.

Projekty s velkým počtem signálů jsou většinou řešeny na bázi řídicího systému PLC Simatic řady S7-400, který může obsahovat komunikační moduly pro sběrnice Profibus, MPI, RS232/485/422, Ethernet. Pro tento systém je rovněž použitelná komunikace Open TCP/IP a UDP.

Vývoj aplikace je možný ve stejných prostředích jako pro S7-300, viz. výše. Rovněž na této platformě jsou řešitelné bezpečnostní úlohy ve stejném rozsahu, jak bylo zmíněno výše pro platformu S7-300.

Aktuální trendy v průmyslové automatizaci zahrnují následující oblasti:

otevřená komunikace a propojování s kancelářskými aplikacemi s úrovní MES systémů
využívání standardů ve vývoji SW
možnost dálkové správy aplikací
využívání inteligentních pohonů
komplexní řešení bezpečnosti

Otevřená komunikace a propojování s kancelářskými aplikacemi a úrovní MES systémů

Zatímco v minulosti byla komunikace pouze proprietární či na úrovni polních sběrnic jako např. Profibus, pak je dnes v automatizaci běžně požadována komunikace Ethernet (či její průmyslové klony), která byla dříve využívána výhradně ve světě IT (využití protokolů TPC/UDP).

Propojování je doplněno na požadavky zpracování dat a propojení na výrobní IT (MES). Toto prolínání dvou dříve oddělených "světů" vede k nárůstu požadavků na znalosti pracovníků v oblasti průmyslové automatizace. Pro zákazníka naopak přináší jednodušší možnosti integrace řídicích systému do systémů řízení výroby či kancelářských aplikací.

Využívání standardů ve vývoji SW

Zatímco v minulosti byl vývoj SW v PLC a vizualizacích často záležitostí konkrétního programátora, jeho úrovně vzdělání a cítění, jsou dnes moderní inženýrské firmy nuceni vyvíjet svoje standardy, aby mohly zákazníkovi garantovat cenově efektivní řešení a zastupitelnost svého personálu. Další přínosy pro uživatele jsou standardizace ovládání řídicích systémů, snížení nákladů na vývoj aplikací, zvýšení jakosti projektů díky otestovaných "stavebním" kamenům SW a jednodušší údržbě.

Např. knihovna Faceplace, kterou vyvinula firma COMPAS automatizace (dále jen COMPAS), je určena pro v Evropě nejpoužívanější řídicí systémy SIEMENS (PLC Simatic S7, HMI WinCC nebo WinCC flexible) a obsahuje standardní SW objekty pro zpracování signálů a jejich vizualizaci, řízení a ovládání pohonů, motorů, ventilů aj. a SW regulátory. Knihovnu nabízí firma COMPAS i pro využití dalšími uživateli.

Vzdálená správa aplikací

Vzdálená správa automatizace je velkým přínosem jak pro zákazníka, tak pro dodavatelskou firmu. Redukuje prostoje výroby, náklady na servisní zásah, ale i čas potřebný pro zásah na straně dodavatele. Umožňuje nejenom monitorovat a diagnostikovat aktuální stav automatizace pomocí řídicího systému vzdáleného zákazníka, ale umožňuje i provedení změn v řídicím programu či souborové přesuny. Vzdálená správa se dnes posunula od původních komunikací využívajících telefonní linky a modemy do oblasti využití internetu, případně i datových služeb v GSM sítích.

Přístup k automatizaci přes internet řešíme přes podnikový kanál do internetu či vybudováním samostatného připojení aplikace na internet. V obou případech lze využít tzv. VPN přistup, který vede k vytvoření bezpečného komunikačního kanálu (zabezpečeném uživatelským jménem a heslem a minimalizuje riziko pro případné ohrožení vlastního řízení či sítě uživatele).

Pokud aplikace neobsahuje možnost přímého napojení přes Ethernet, pak je k dispozici řada komponent, které umožní přechod z Ethernet na jinou sběrnici (u SIEMENS např. MPI či Profibus) a tím umožnuje dálkovou správu i pro aplikace, kde není přímo dostupná síť Ethernet.

Využívání inteligentních pohonů

Potřeba využívání pohonů v průmyslu neustále roste, stejně jako jejich funkčnost a "inteligence". Některé pohony je možné z hlediska jejich funkce parametrizovat díky vestavěné elektronice buď z lokálních panelů, nebo pomocí datového připojení. Kromě běžných střídavých či stejnosměrných pohonů nabízejí někteří výrobci jako např. SIEMENS pro náročné pohonové úlohy také samostatné řídicí systémy, které nahrazují PLC. Příkladem je systém Simotion, který umožňuje kompletní víceosé řízení i velmi rychlých technologických procesů.

COMPAS automatizace nasazuje Simotion pro úlohy řídicí mnoho pohonů současně nebo pro náročné a rychlé polohové či rychlostní řízení strojů nebo výrobních linek automobilového průmyslu.

Komplexní řešení bezpečnosti

Bezpečnost a ochrana zdraví je velké téma současného etapy vývoje lidské společnosti. Nová pravidla a zákony se promítají do opatření pro bezpečnou práci lidí v průmyslu, se kterou souvisí bezpečné řízení strojů a technologií. V technických řešeních se projevuje trend přechodu od klasického řešení pomocí hardwarových modulů do oblasti sofistikovaných řešení na bázi tzv. bezpečnostních PLC, tzv. Fail Safe systémů.