Aktuální vydání

celé číslo

12

2018

Automatizační technika v energetice a teplárenství

celé číslo

Plně integrovaná automatizace v praxi

číslo 8/2006

Plně integrovaná automatizace v praxi

Pojem plně integrovaná automatizace (Totally Integrated Automation – TIA), zavedený společností Siemens, je často zmiňován v nejrůznějších materiálech souvisejících s jejími produkty a systémy. V tomto textu se budeme podrobněji zabývat významem tohoto pojmu a některými souvislostmi, na nichž je založena jedinečnost a výhody řešení využívající produkty značky Siemens.

Integrace a sdílení dat se systémy počítačové podpory

CAx budeme nazývat jakýkoliv nástroj pro počítačem podporované aktivity související se samotnou inženýrskou činností a prací na projektu. Typickými a nejznámějšími představiteli v současnosti jsou:

  • systémy CAD (Computer-Aided Design) – systémy pro grafický návrh, konstruování, výkresovou a technickou dokumentaci,

  • systémy CAE (Computer-Aided Engineering) – systémy umožňující vykonávat např. zátěžové analýzy konstrukcí a širokou škálu různých testů na základě počítačových modelů a simulací,

  • systémy CAM (Computer-Aided Manufacturing) – nástroje určené např. ke generování kódů pro numericky řízené stroje (CNC apod.); mohou být též součástí nebo přídavným modulem známějších a zavedenějších systémů CAD.

Obr. 1.

Obr. 1. Integrace systému CAx, programovacího softwaru Step 7 a konfigurátoru v katalogu CA01

Užší spoluprací s ostatními výrobci, kteří jsou aktivní na poli systémů CAx, sleduje Siemens především dosažení vyšší efektivity při práci na projektu, usnadnění práce projektantům a konstruktérům a jejich přímé propojení i rychlou interakci s programátory a integrátory.

Většina uživatelů si rychle zvykla na výhody, které poskytuje zobrazování proměnných v symbolické podobě. Pokračováním tohoto trendu je dnes např. možnost vytvoření symboliky a komentářů již při tvorbě projektové dokumentace, např. konstruktérem. Takto vytvořená symbolika, konkrétně při návrhu a rozkreslování jednotky binárních v/v a rozložení jednotky v rozváděči, zůstává zachována a lze ji importovat spolu s navrženou jednotkou přímo do konfigurátoru hardwaru ve Step 7. Takový postup – import vytvořené symboliky, absolutních adres a komentářů mezi systémem ELCAD doplněným o rozšiřující modul HCL (Hardware Configuration Link) a nástrojem Simatic Manager – byl demonstrován na červnovém semináři s názvem TIA na dosah (podrobnější informace jsou na adrese www.siemens.cz/tia.nadosah). Možný je i obrácený postup a export jednotky v XML z programu Simatic Manager pro další zpracování libovolným systémem CAx.

Popsané plně automatické a synchronizované datové toky (obr. 1, obr. 2) lze dále doplnit o možnost automatické konfigurace pomocí konfiguračních nástrojů v elektronickém katalogu CA01. Konfiguraci sestavy PLC je možné pomocí souboru *.cfg rovněž importovat přímo do návrhu sestavy hardwaru ve Step 7. Takto byl při praktické ukázce demonstrován nejprve import jednotky Profibus-DP slave ET200S FC, včetně navržené symboliky, absolutních adres a komentářů z ELCAD. K ní byl prostřednictvím souboru *.cfg, generovaného nástrojem Simatic selection asistant (CA01), importován příslušný DP master (PLC), automaticky navržený a zkonfigurovaný podle základních obecných kritérií a požadavků na počet a typ v/v.

Obr. 2.

Obr. 2. Integrace a sdílení dat se systémy CAx

Právě tyto vlastnosti jsou charakteristickými rysy nové verze Step 7 V5.4: podpora otevřených rozhraní a možnosti oboustranné výměny dat mezi Step 7 a systémy CAx ostatních výrobců. Dalším charakteristickým rysem nové verze Step 7 je usnadnění přípravy projektů pro validaci podle předpisů americké agentury FDA. Prostřednictvím nástroje Logon, známého již uživatelům WinCC či PCS 7, lze definovat různé typy uživatelů a přiřazovat jim různé typy činností a zodpovědností, obdobně jako např. administrátor operačního systému přiděluje různá práva různým uživatelům. Určené operace potom může vykonávat pouze pověřená osoba, např. skupina „uživatelé“ může instalovaný software pouze spouštět, ale skupina „administrátoři“ jej navíc může aktualizovat (popř. se vracet zpět ke starší verzi). Všechny operace s daným projektem a pracovní stanicí jsou zaznamenávány a lze je zpětně zobrazovat.

Kromě dalších drobných úprav, jejichž úplný výčet je k dispozici na stránkách technické podpory, jsou další nové funkce verze Step 7 V5.4 spojeny zejména s parametrizací komunikace Profinet IO.

Integrace světa vizualizace a pohonů

K dříve odděleným světům vizualizace a pohonů lze nyní přistupovat snadno a s využitím jednotných nástrojů. Stanici HMI lze integrovat do projektu Step 7 několika způsoby, a potom není již nic jednoduššího než „rozkliknutím“ příslušné nabídky při definici proměnné v HMI připojit proměnnou přímo z PLC (datový blok či konkrétní bitovou proměnnou); tím lze minimalizovat chyby při vytváření vazeb proměnných v PLC na vizualizační proměnné. Komunikační spojení se rovněž definují snáze na straně WinCC flexible a změny korespondují i v softwaru Netpro. Při důsledném používání symboliky se navíc provedená změna parametru nebo hodnoty automatickou synchronizací projeví nejen ve všech programových částech Step 7, ale také na straně vizualizace, tedy WinCC flexible. Tato zdánlivá drobnost může znamenat značnou úsporu rutinních činností, odvádějících pozornost od skutečné podstaty řešené problematiky, a být velmi užitečná zejména ve fázích ladění programů či oživování technologie. Vše probíhá plně automat cky díky sdílení databází a udržování datové konzistence (o kterou se stará Simatic Manager), a to jak na straně Step 7, tak na straně WinCC flexible.

Obr. 3.

Obr. 3. Integrace HMI s pohony

Obdobně je možné díky nástroji Drive ES integrovat do programu Simatic Manager pohony. I k nim lze potom přistupovat takto jednotným způsobem, na který je již zkušený uživatel vývojového prostředí Step 7 zvyklý a z něhož se pak pohony konfigurují běžným způsobem, tzn. voláním příslušného parametrizačního nástroje pohonu (např. Starter), kde se pomocí postupných kroků a průvodců pohon patřičným způsobem nastaví. Integrací však uživatel získá možnost sledování nejen samotného pohonu, ale i celé komunikační sítě nebo komunikační sběrnice, např. v on-line módu hardwarového konfigurátoru, což mu umožní vidět celou technologii v souvislostech a usnadní správnou interpretaci diagnostických informací (obr. 3). Takto lze navíc přistupovat k pohonu z jiných sítí (routing) nebo z nadřazené úrovně či využít vzdálenou správu pomocí nástroje Teleservice a vykonávat servis či diagnostiku na dálku, třeba i ze zahraničí.

Integrovaná diagnostika

Typickým příkladem a praktickým důsledkem integrované automatizace od společnosti Siemens je právě propracovaná diagnostika. Rozdělme si diagnostiku na systémovou a provozní. Oba typy vyžadují vlastní přístup a pro oba má Siemens odpovídající řešení.

Systémová diagnostika

Systémová diagnostika, lze rovněž říci vnitřní diagnostika, sleduje chyby a závady v automatizačním systému. Typicky jsou to chyby programu, paměti, selhání modulu, chyba kanálu atd. Při výskytu takového druhu chyby se zpravidla přeruší zpracování uživatelského programu a zavolá se obsluha chyby v podobě obslužných bloků (např. OB 8x v případě chyby modulu). Diagnostické informace jsou k dispozici přehledně uspořádané např. v diagnostickém bufferu při sledování jednotlivých prvků v režimu on-line na servisním programovacím přístroji Simatic PG. Aby byla závada odstraněna, je třeba zavolat servisního technika či jiného kvalifikovaného pracovníka s patřičným vybavením. Proto je snaha nejprve základní informace zpřístupnit obsluze, která je schopna většinou reagovat nejdříve. Na základě těchto informací lze problém popsat a postoupit technikovi k vyhodnocení, zda je nutný zásah kvalifikovaného servisního pracovníka, či zda stačí např. kontrola napájení modulu či výměna jedné karty systémem plug-and-play. Diagnostické informace se zobrazují na jednotce HMI (např. operátorském panelu). Díky integrované diagnostice není třeba k aktivaci takového typu zobrazení poruch žádné programování, stačí několik kroků konfiguračního programu a na operátorském panelu se zobrazují v podstatě stejné informace jako v diagnostickém bufferu, což postačí k rychlé lokalizaci a identifikaci chyby obsluhou.

Obr. 4.

Obr. 4. Doplňkový diagnostický software S7-PDiag

Podrobnější informace a vzorový projekt je k dispozici pod kódy ID 22319131, ID 5416665 na internetových stránkách technické podpory nebo na adresách: http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/22319131 a http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/5416665.

V praxi stačí jediné: mít systém složen z prvků značky Siemens, které takovouto systémovou diagnostikou standardně a automaticky disponují.

Provozní diagnostika

Provozní diagnostika, lze rovněž říci vnější diagnostika, zahrnuje chyby v samotném výrobním provozu, tj. chyby typu nesplnění blokovací podmínky, pozdní reakce akčního prvku, zapůsobení ochrany motoru, závady na koncovém spínači atd. Tyto chyby jsou dány konkrétním uspořádáním výrobního provozu a uživatelským programem, tudíž nejsou již tak snadno algoritmizovatelné a jejich řešení se nedá jednoduše předdefinovat a zajistit operačním systémem. Diagnostiku zpravidla vykonává obsluhující personál. Důležitá je rychlá analýza problému a nalezení zdroje chyby či nesprávné funkce. K těmto účelům lze využít doplňkové pakety S7-PDiag na straně PLC (obr. 4) a ProAgent na straně HMI (obr. 5). Velmi stručně řečeno, prostřednictvím S7-PDiag definujeme důležitou proměnnou. Tuto proměnnou a jí příslušné části programu systém automaticky monitoruje a prostřednictvím předem definovaných masek (ProAgent) zobrazuje obsluze přímo na panelu v různých podobách částí programových sekvencí. Obsluha je schopna reagovat nejdříve, a má tak šanci analyzovat problém a identifikovat, popř. i odstranit chyby, aniž by potřebovala programovací zařízení Simatic PG a tedy bez přímého připojení do systému. Nevzniká tak riziko poškození systému.

Obr. 5.

Obr. 5. Doplňkový diagnostický software ProAgent

Závěrem

Český inženýr či specialista-integrátor je často člověk hravý a vynalézavý, schopný svépomocí obstarat a zajistit většinu projektových prací, vše naprogramovat třeba od začátku do konce a poté celý výrobní provoz oživit a vyladit. Nicméně jak postupuje evropská integrace a my se snažíme srovnávat se s vyspělými evropskými ekonomikami, hraje stále významnější roli efektivita práce. Přichází doba, kdy již bude nutné zvažovat stále se zvyšující ceny inženýrských prací a potřebné projekty uvést do provozu rychle a efektivně.

Efektivita znamená především omezení rutinních, stále se opakujících činností, jako je např. stejná práce s proměnnými ze strany PLC, HMI a systémů CAx. Právě zde se projeví výhody jednotné databáze udržující konzistenci projektových dat a minimalizace chyb vznikajících při jejich duplicitním zadávání. K vyšší efektivitě dále přispívá využívání definovaných standardů, např. hotových programových sad či předem připravených funkcí, napomáhající k lepší přenositelnosti programů a zachování know-how nezávisle na jednotlivci, možnost týmové spolupráce (využití multiprojektů) a zpřístupnění problematiky širšímu okruhu uživatelů (parametrizace místo programování). Důležité jsou i obecně uživatelsky příjemné vývojové a parametrizační nástroje (např. využití průvodců nastavením), které uživatele samy vedou. Uživatel tímto nenásilným způsobem získává zkušenosti a stává se odborníkem. To vše zákazníkům dokážou nabídnout právě produkty a systémy od společnosti Siemens.

Ing. Rostislav Kosek,
Siemens, s. r. o.