Aktuální vydání

celé číslo

12

2018

Automatizační technika v energetice a teplárenství

celé číslo

Použití běžné počítačové sítě pro „malou“ automatizaci

číslo 5/2002

Použití běžné počítačové sítě pro „malou“ automatizaci

Ethernet – nejrozšířenější počítačová síť ve světě

Obr. 1.

Ethernet je nejpoužívanějším typem počítačové sítě. Spojuje nejvíce hardwarových a softwarových možností. Ethernet, síťová technologie s největším množstvím specialistů a s největším know-how ve světovém měřítku, se začíná prosazovat i v průmyslové automatizaci. Firma Festo nabízí zcela nové možnosti levného, jednoduchého a velmi výkonného spojení výroby s běžnou počítačovou sítí.

Ethernet je standardizován
Způsob použití sítě Ethernet je standardizován v IEE802.3. Je tedy pevně stanoven způsob, jak „dostat data do kabelu“. Komunikace na ethernetové síti je řízena v režimu multi-master, což znamená, že každá stanice je schopna přistupovat k síti a samostatně vysílat a přijímat údaje tak, jak je zapotřebí. V tomto režimu je však nutné řešit problém kolize – jinými slovy to, co se stane, jestliže dvě stanice začnou vysílat současně. Ethernet se s tímto problémem vypořádává tak, že stanice dříve, než začne vysílat, zjistí, zda nevysílá někdo jiný. Je-li na síti volno, začne vysílat, ale trvale zpětně kontroluje, zda je na síti to, co vysílá. Zahájí-li dvě stanice vysílání současně, dojde k narušení signálu. Tuto skutečnost stanice okamžitě rozpoznají a přestanou vysílat. Přerušení je na náhodně zvolenou dobu. Potom se stanice pokusí znovu o vysílání. Tento postup je znám jako CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, mnohonásobný přístup s odposlechem nosného kmitočtu a s detekcí kolize).

Obr. 2.

Hlavním přínosem je možnost velmi rychlého odesílání dat, neboť stanice je může odeslat okamžitě, jakmile je síť volná. Nevýhodou je to, že je teoreticky možné síť zcela zahltit, jestliže se bude velké množství stanic pokoušet přenášet velké množství údajů.

Ethernet má standardizované kabely a konektory
První ethernetový kabel byl standardizován v roce 1980. 10Base-2 – „tlustý“ koaxiální kabel byl standardizován v roce 1985 a od roku 1990 je též standardizován 10Base-T – kroucená dvoulinka, kabel, který je v současné době asi nejpoužívanějším prostředkem fyzického propojení stanic v síti Ethernet.

Obr. 3.

10Base-T je založen na hvězdicové topologii s rychlostí přenosu 10 Mb/s. Hvězdicová topologie znamená, že každá stanice je propojena kabelem s modulem, který se nazývá rozbočovač (hub). Velmi důležitou výhodou této topologie je skutečnost, že každou chybu v síti lze snadno vyhledat a odstranit (každý kabel lze samostatně odpojit a vyzkoušet bez ochromení komunikace mezi ostatními stanicemi).

V současné době je již několik let standardizováno propojení optickými kabely, které se vyznačuje především vysokými přenosovými rychlostmi.

Pro průmyslovém prostředí a pro automatizaci výrobních procesů je rychlost přenosu 10 Mb/s velmi velká. Výhodou Ethernetu je přizpůsobivost délky kabelů. Je-li třeba připojit stanice s rychlostí přenosu 10 Mb/s do sítě s rychlostí přenosu 100 Mb/s, je možné použít tzv. inteligentní rozbočovač, který je schopen přizpůsobit rychlost přenosu připojené stanici a podle potřeby kombinovat obě přenosové rychlosti.

Obr. 4.
1. svorky binárních vstupů
2. napájení vstupních čidel
3. svorky binárních výstupů
4. napájecí svorka
5. přepínač RUN/STOP
6. sériové porty – COM/EXT
7. Ethernet (volitelně)
8. nastavitelný odpor (trimr)

Rozbočovače existují v nejrůznějších verzích, s možností připojit 8 až 128 kabelů, s napájením 110 až 230 V AC a 24 V DC. Mohou být propojovány do systémů se stovkami stanic.

S Ethernetem z provozu do kanceláře
Propojení výroby s kancelářemi je s Ethernetem vlastně velmi jednoduché. Jestliže tomu tak je, dostane uživatel do kontaktu informace z kanceláří (např. výrobní plány) se skutečnými údaji pocházejícími přímo z výroby. V případě převažujícího využívání sítě pro komunikaci mezi počítači bývá vhodné oddělit průmyslovou síť od kanceláře a propojení zajistit pomocí směrovače (router) nebo přepínače (switch). Směrovač musí být nastaven tak, aby propouštěl pouze data, která směřují z provozu do kanceláří a naopak. Tak lze odlehčit zatížení sítě pro komunikaci mezi stroji a naopak nezatěžovat komunikaci mezi kancelářskými počítači výrobními údaji.

TCP/IP
Malé automaty firmy Festo využívají běžný komunikační protokol TCP/IP, který dovoluje jak pasivní, tak aktivní přístup automatů do sítě. Z libovolného místa na síti lze automaty programovat, nastavovat či jinak ovlivňovat. K programování se používá snadno ovladatelný a přehledný software, např. FST-STL (statement-list).

Stačí přivést ke stroji kabel komunikační sítě a použít automat s připojením na Ethernet. Toto připojení znamená nepodstatné zvýšení ceny automatu o přibližně jeden tisíc korun. K automatu se lze připojit např. prostřednictvím telnetu (program pro připojení ke vzdálenému internetovému serveru; je součástí Windows i jiných OS) a sledovat nebo měnit hodnoty či stavy všech veličin, které jsou v automatu k dispozici (např. technologických dob, počtu kusů ve výrobní dávce, teplot, tlaků atd.).

Obr. 5.
1. svorky binárních vstupů
2. svorka analogových vstupů a výstupů
3. svorka binárních výstupů
4. napájecí svorka
5. přepínač RUN/STOP
6. dvě sériové linky, Ethernet (volitelně)

Automat může v pravidelných intervalech (např. každé tři sekundy) generovat svoji internetovou stránku, jejíž strukturu si může uživatel sám vytvořit. Znamená to např., že vedoucí pracovník firmy klikne na ikonku v počítači na svém stole a internetový prohlížeč mu zobrazí hodnoty, které jsou generovány automatem, se zpožděním daným jen periodou aktualizace stránky a přenosovou rychlostí.

Po instalaci a spuštění softwaru IPC/data-server (velmi malý program, který je k automatům dodáván zdarma) se informace ze všech automatů na síti dostávají do tzv. DDE (Dynamic Data Exchange – dynamická výměna dat, metoda používaná např. OS Windows). V praxi to znamená, že stačí např. v tabulce Microsoft Excelu napsat pouze správný vzoreček a rázem je vidět aktuální hodnota veličiny, která uživatele zajímá. Po kliknutí na ikonku lze s veškerým komfortem, který nabízí tabulkový procesor, zobrazit např. grafy, jež okamžitě reagují na stav ve výrobě, nebo tuto výrobu ovlivňovat. Nejčastějším požadavkem je odesílání tzv. receptů (souborů údajů) z kanceláře do provozu.

Automat je schopen aktivně komunikovat s ostatními automaty a počítači na síti. Jedním příkazem je možné přenášet dohodnuté oblasti dat z paměti automatu nebo do ní, např. v podobě textů. Je tedy možné shromažďovat údaje z výroby v databázi na serveru nebo jiném počítači. Možností je velmi mnoho, záleží na potřebě a možnostech uživatele.

Jednou z nejzajímavějších vlastností zmiňovaných automatů je schopnost odesílat či přijímat elektronickou poštu (tzv. e-maily), popř. zprávy SMS. Je-li server sítě nastaven tak, aby umožňoval používat tyto služby (a to je téměř vždy), je zprovoznění této funkce velmi snadné. Tak lze zajistit účinný servis na nepřetržitě běžícím zařízení i v době, kdy je omezena přítomnost pracovníků údržby (dny volna).

Další možnosti komunikace s jakoukoliv aplikací Windows jsou možné s využitím DDE, ActiveX nebo OPC.

Výběr ze současné generace malých automatů firmy Festo
Přehled malých automatů Festo je v tab. 1. Obrázky dvou zástupců jsou na obr. 2 a obr. 3.

Tab. 1. Přehled malých automatů Festo

Typ Popis
IPC FEC Compact
FEC FC34-FST 12 vstupů, 2 reléové a 6 tranzistorových výstupů, 24 V DC, COM TTL, Ethernet
Příslušenství k automatům IPC FEC Compact
PS1 SM14 adaptér RS-232C pro programování FEC FC34-FST z PC, komplet s utilitou LapLink pro sériový přenos dat
PS1 SM34 adaptér RS-485 pro FEC FC34-FST s připevněním na lištu DIN
FEC KBG6 kabel pro propojení FEC FC34-FST s displejem UNIOP
IPC FEC Standard
FEC FC440-FST 16 binárních vstupů, 8 binárních výstupů, Ethernet
FEC FC560-FST 16 binárních vstupů, 8 binárních výstupů, 3 analogové vstupy, 1 analogový výstup, Ethernet
FEC FC640-FST 32 binárních vstupů, 16 binárních výstupů, Ethernet
FEC FC660-FST 32 binárních vstupů, 16 binárních výstupů, 3 analogové vstupy, 1 analogový výstup, Ethernet
Konektory pro automaty IPC FEC Standard
PS1 SAC10 jednořadý, pružinový, bez indikace
PS1 SAC11 jednořadý, pružinový, s indikací pomocí LED
PS1 SAC30 třířadý, pružinový, bez indikace
PS1 SAC31 třířadý, pružinový, s indikací pomocí LED
Příslušenství k automatům IPC FEC Standard
PS1 SM14 převodník na RS-232 pro programování z PC, komplet s kabelem a utilitou LapLink
PS1 SM15 převodník na RS-232 s upevněním na lištu DIN, bez kabelu a utility LapLink
PS1 SM34 převodník na RS-485 s upevněním na lištu DIN
FEC KBG6 kabel pro propojení s displejem UNIOP

Programovatelný automat typu FEC Standard se dodává bez svorkovnic. Konečný vzhled a funkci mu zajišťují teprve použité konektory. Pro tento typ automatů je doporučován konektor typu PS1 SAC31, který umožňuje snadné, rychlé a hlavně přehledné připojení vstupních a výstupních signálů bez použití mnohdy nutných rozbočovacích svorek. Velká úspora vzniká především u třívodičového zapojení čidel. Na obr. 4 je schematicky znázorněno zapojení konektoru. Doporučené kombinace konektorů jsou v tab. 2.

Tab. 2. Vhodné kombinace konektorů

Typ automatu Konektory
počet typ funkce
FEC FC4xx 3 PS1 SAC31 binární vstupy a výstupy
1 PS1 SAC10 napájení
FEC FC5xx 3 PS1 SAC31 binární vstupy a výstupy
2 PS1 SAC10 napájení, analogové vstupy a výstupy
FEC FC600/640 6 PS1 SAC31 binární vstupy a výstupy
1 PS1 SAC10 napájení, analogové vstupy a výstupy
FEC FC620/660 6 PS1 SAC31 binární vstupy a výstupy
2 PS1 SAC10 napájení, analogové vstupy a výstupy

Shrnutí

Použití sítě Ethernet zásadním způsobem a s minimálními náklady rozšiřuje možnosti sledování výroby.

Jde zejména o:

  • přístup k jednotlivým provozním hodnotám přes telnet,
  • přístup k jednotlivým provozním hodnotám pomocí internetového prohlížeče Internet Explorer,
  • sledování průběhu výroby, jejích výsledků a též její ovlivňování, např. pomocí tabulkového procesoru Excel (aplikace IPC Data Server načítá aktuální data do počítače a zpřístupní je všem aplikacím pomocí DDE),
  • odesílání informací o stavu výroby pomocí elektronické pošty (e-mail) – touto formou lze např. poruchy nahlásit krátkou textovou zprávou do mobilního telefonu,
  • aktivní odesílání údajů a dat z automatu jiným automatům, popř. počítačům (mají-li program, který je umí zpracovat a využít).

Obr. 6.

Všechny uvedené možnosti jsou zajímavé tím, že je lze použít i na nejmenších automatech, jejichž cena je srovnatelná s cenou směrovače. Tyto automaty se pak často používají nejen jako prostředek pro řízení technologie, ale i jako „inteligentní převodník“ na síti, který převádí, filtruje, ukládá či doplňuje informace z výroby, tiskne protokoly nebo předává informace dál, např. do centrální databáze. Uváží-li se velmi nízká cena a snadná dostupnost této technologie a jednoduchost její obsluhy, lze v průmyslovém použití sítě Ethernet vidět velmi progresivní možnost, jak spojit výrobní část firmy s jejím managementem a poskytnout všem zúčastněným v reálném čase a v požadované struktuře informace, které potřebují.

(Festo)

Festo spol. s r. o.
Pod Belárií 784
143 00 Praha 4 – Modřany
tel.: 02/61 09 96 11
fax: 02/41 77 33 84
e-mail: info_cz@festo.com

Automatizační centrum
Třída T. Bati 164
760 00 Zlín-Prštné
tel.: 067/743 49 79
fax: 067/743 47 65
e-mail: zlin@festo.com

Automatizační centrum
Londýnská 51/2
460 01 Liberec 1
tel.: 048/510 03 28
fax: 048/510 48 78
e-mail: liberec@festo.com

Inzerce zpět