Aktuální vydání

celé číslo

10

2017

Systémy pro řízení výroby, PLM, SCADA

celé číslo

HARTING MICA: průmysl 4.0 v praxi

Platforma HARTING MICA oslavila na veletrhu Hannover Messe 2017 první narozeniny. Firma Harting ale také výrazně rozšířila její sortiment o nové modely, které byly vyvinuty na základě zkušeností z praxe a podnětů zákazníků. Speciálně nová platforma MICA Wireless s integrovanými rozhraními pro bezdrátovou komunikaci GSM, WLAN, Bluetooth a GPS poskytuje základ pro nové možnosti uplatnění v souladu s konceptem průmyslu 4.0 a umožňuje realizovat mnoho nových logistických projektů. 

Nová platforma MICA Wireless (obr. 1) dovoluje přenášet data v lokálních bezdrátových sítích (WLAN, Bluetooth) i globálně prostřednictvím mobilních sítí. Integrovaný modul eSIM od firmy Emnify umožňuje provoz a volbu operátora ve více než 120 zemích.

Protože novou funkci bezdrátové komunikace je možné kombinovat se všemi funkčními moduly MICA (realizovanými jako rozšiřující desky), vzniká vysoce flexibilní řešení k zaznamenávání dat a datové komunikaci bez nutnosti použít kabeláž. Například pomocí funkčního modulu Modbus/S0 lze třeba číst, komprimovat a do systémů MES a ERP dále přenášet data z elektroměrů a proudových transformátorů. Díky integraci databáze časových řad InfluxDB typu open source a softwaru pro návrh grafických obrazovek Grafana je možné data vyhodnocovat a vizualizovat přímo v zařízení MICA. Je-li tento funkční modul integrován do jednotky MICA Wireless, lze data přenášet sítí GSM do libovolného nadřazeného systému – např. do cloudových databází v prostředí IBM Bluemix nebo Microsoft Azure. 

Přenášejí se jen relevantní data

Za běžného provozu je zbytečné – a je to i plýtváním časem a zdroji – ukládat všechna provozní data do úložiště. Díky možnosti zpracování dat přímo v MICA lze ušetřit více než 95 % nákladů na připojení tím, že jsou přenášena jen skutečně relevantní provozní a obchodní data. I velké objemy dat tak zůstávají přehledné – MICA „odděluje zrno od plev“.

Jestliže je v zařízení udržována provozní teplota 38 °C, nemusí tuto hodnotu dvacet snímačů každé dvě minuty odesílat do databáze MES. Ale každá odchylka, třeba jen lokální, která překročí stanovenou mez, musí aktivovat alarm a musí být zaznamenána. Několikanásobně větší výpočetní výkon a paměť ve srovnání s běžnou komunikační bránou pro IoT pomáhají jednotkám MICA při výbavě starších zařízení a strojů novými rozhraními a při jejich digitalizaci. Množství dat přenášených sítí však musí být co nejmenší. Jen tak je možná nákladově efektivní integrace stávajících zařízení do systémů IoT nebo průmyslu 4.0. 

MICA na vstřikovacích lisech

Jako jeden z předních světových výrobců průmyslových konektorů má společnost Harting velký strojový park vstřikovacích lisů nejrůznějšího stáří, které však všechny dosud vyrábějí stoprocentně kvalitně. K tomu, aby byly připraveny na průmysl 4.0 a jednotnou integraci do systémů ERP a MES, vyvinula společnost Harting vysoce flexibilní stavebnice pro shromažďování a transkripci dat, které pod dohledem jednotky MICA realizují nové komunikační funkce pro starší vstřikovací lisy (2000 až 2014), umístěné v hlavním sídle společnosti Harting.

Navíc je např. původní protokol Euromap 15, určený ke komunikaci vstřikovacích lisů se základní jednotkou, nahrazen univerzálním zápisem JSON (JavaScript Object Notation), přenášeným prostřednictví protokolu MQTT (Message Queuing Telemetry Transport).

Tak je možné:

  • číst provozní parametry,
  • nahrávat do stroje výrobní plány,
  • průběžně shromažďovat a ukládat všechna data a poté je poskytovat pro nejrůznější použití, např. jako základ pro prediktivní údržbu, k optimalizaci výrobního procesu (např. spotřeby energie) nebo k optimalizaci výrobních parametrů strojů na základě kvalitativních parametrů produktů (obr. 2).

Pomocí jednotek MICA Wireless lze data přenášet bezdrátově, bez kabeláže a bez vytváření spojení prostřednictvím síťových tunelů, a to na libovolné vzdálenosti. Parametry stroje je tak možné nastavovat přímo z kanceláře, namísto dosavadního manuálního přenosu pomocí USB flash disku. Přitom lze zajistit, aby nastavení do stroje mohli nahrávat jen autorizovaní pracovníci. To šetří čas, omezuje možnost vzniku chyb, splňuje požadavky auditu a eliminuje spoustu papírování k výrobní dokumentaci.

V jednotce MICA je navíc k dispozici aplikace, jež překládá mezi protokolem Euromap 15 ve stroji a protokolem OPC UA. Díky ní je možné přistupovat ke všem proměnným. To umožňuje obousměrnou komunikaci mezi strojem a např. systémem energetického managementu, ERP apod.

Euromap 15 je jednoduchý protokol, který specifikuje výměnu informací mezi strojem a řídicím počítačem. Jsou v něm definovány různé telegramy (např. dotazování na stav výroby, přenos parametrů atd.), které jsou přenášeny jako bajtové sekvence. MICA implementuje kompletní protokol a kóduje a dekóduje telegramy. Vstupní telegramy stroje ve formě bajtových sekvencí jsou transformovány na objekty JSON, které jsou jednak v podobě člověku srozumitelné, jednak dostupné pro moderní komunikační protokoly, jako jsou MQTT nebo OPC UA. V opačném směru MICA obstarává transformaci zpět do bajtové sekvence a se strojem komunikuje v protokolu Euromap 15.

Transkripce Euromap 15 na JSON je v jádru program node.js (serverový javascript). K vlastnímu programu vytvořila společnost Harting uzly Node-RED, které umožňují informační toky interaktivně modelovat prostřednictvím GUI (obr. 3). Node-RED je projekt společnosti IBM, který umožňuje komfortní spojení datových zdrojů v provozní úrovni řízení, jako senzorů nebo PLC s datovými objekty na úrovni informačního systému, jako jsou databáze, systémy ERP či MES nebo datová úložiště v cloudu, a transformaci, filtrování a zhušťování dat ještě cestou od zdroje do úložiště.

Díky modulární softwarové architektuře MICA lze jednotlivé součásti aplikace jako čtení dat, transkripci a předávání do samostatných kontejnerů LXC (Linux Containers) izolovat a podle potřeby je vyměnit, podobně jako kostky stavebnice. Proto např. změna z protokolu Euromap 15 na Euromap 63 nebo z MQTT na OPC UA vyžaduje jen výměnu příslušného kontejneru. Díky tomu, že instalace nových kontejnerů netrvá víc než několik minut, je možné nové protokoly přidávat i za provozu.

Další možnost využití: decentralizovaná zařízení pro výrobu elektřiny

Stejný koncept lze využít např. při digitalizaci decentralizovaných zařízení pro výrobu elektřiny. Jako příklad byla k monitorování malé kogenerační jednotky nainstalována jednotka MICA s rozhraním Modbus RTU a integrována do současné sítě LAN. Provozní parametry zařízení tak lze kompletně zaznamenávat a vizualizovat na obrazovce v místě provozu. Komunikace prostřednictvím externí sítě se spouští jen při překročení limitních hodnot a aktivaci alarmu.

Datový model doplněný integrací dalších senzorů umožňuje monitorovat periferní součásti a dopomáhá k hlubšímu pochopení funkce systému. Například z monitorování rozdílů tlaků na sekundární straně a změn tepelného výkonu je možné získávat informace o stavu připojeného deskového výměníku tepla. Data jsou analyzována adaptivními algoritmy, vypočítávají se charakteristické veličiny jako gradien­ty teploty nebo tepelný tok a zjišťují se trendy a odchylky od požadované hodnoty. Tak lze ze shromážděných dat získávat nové poznatky a následně je transformovat do vědomostí o regulovaném procesu.

Lars Hohmuth, Productmanager Industrial Computing, HARTING Technologiegruppe

Obr. 1. MICA Wireless umožňuje bezdrátový přenos dat

Obr. 2. Jednotka MICA nainstalovaná v rozváděči řídicího systému vstřikovacího lisu umožňuje zaznamenávat data z výroby a přiřazovat je k jednotlivým formám, identifikovaným prostřednictvím RFID; tak lze usuzovat na opotřebení formy a včas zajistit její opravu

Obr. 3. Node-RED umožňuje propojení datových zdrojů v provozu s databázemi informačního systému; data přitom lze filtrovat a komprimovat a tak zmenšovat objem přenášených dat