Aktuální vydání

celé číslo

04

2019

Plnicí a balicí stroje, výrobní logistika a správa skladových zásob

Průmyslové počítače, PLC

celé číslo

Použití internetu v průmyslové praxi

Automa 6/2001

Ing. Otto Havle, CSc.

Použití internetu v průmyslové praxi

V úvodu autor seznamuje čtenáře s rolí, kterou hraje internet a intranet v moderních podnicích. Věnuje se čtyřem typickým příkladům: využití internetu jako průmyslové sběrnice, využití internetu pro přenos dat z výrobního procesu do oblasti podnikového managementu, využití internetu pro přenos dat mezi zařízeními a využití interentu jako nástroje k veřejnému přístupu k zařízení. V dalších kapitolách popisuje potřebná zařízení a jejich softwarovou podporu.

V dalších částech, jež budou uvedeny v příštích číslech, se bude autor zabývat interetovými protokoly, komunikačními prostředky internetu a jejich použitím v průmyslové praxi.

1. Aplikace internetu v průmyslových řídicích systémech

Role, kterou internet a intranet hrají v komunikačním systému podniku, závisí na orientaci podniku (výrobní podnik, podnik služeb), na jeho technických možnostech a v neposlední řadě na schopnosti managementu podniku tyto technologie uplatnit. Typické schéma komunikačního systému, viděné z hlediska technických prostředků, ukazuje obr. 1. Internet je obvykle považován za prostředek pro komunikaci vně podniku, intranet je určen pro vnitřní komunikaci mezi jednotkami podniku. Často bývá použit pro informační systém podniku a závisí na navrženém charakteru informačního systému, slouží-li k propojení spíše horizontálnímu, nebo vertikálnímu.

Na využití internetových technologií je možné pohlížet ze dvou hledisek:

  • Hledisko využití hardwarových prostředků sítě – soukromých či veřejných. V podstatě jde o rozhodnutí, zda budou technologická zařízení zapojena pouze do intranetu nebo i do internetu.
  • Hledisko využití softwarových prostředků internetu. Jde o rozhodnutí, jakou část z internetových softwarových prostředků (protokoly, aplikace) bude uživatel využívat.

Obr. 1.

Uveďme nyní čtyři příklady charakterizující použití internetových technologií v podniku tak, abychom navržené rozdělení ozřejmili. Jako primární je zde užito dělení z hlediska využití soukromých či veřejných hardwarových prostředků.

1.1 Aplikace v intranetu

1.1.1 Využití intranetu ve funkci průmyslové sběrnice (fieldbusu)
Rozvoj internetových sítí podnítil úvahy o jejich využití při budování distribuovaného řídicího systému i na úrovni provozu, dílny, výrobní linky nebo stroje. Jde zde vlastně o náhradu některé průmyslové sběrnice. Trh sice nabízí několik propracovaných hierarchicky členěných distribuovaných řídicích systémů, založených na standardních průmyslových sběrnicích, jako jsou např. Profibus nebo Modbus, ale takové řešení znamená orientovat se většinou na jednoho výrobce a často i na jednoho systémového integrátora a podřídit své představy jeho koncepci řešení, technické nabídce a nakonec i cenovému diktátu. Představa, že by bylo možné využít levného hardwaru sítí Ethernet a standardního softwaru, který již funguje v miliónech aplikací, je lákavá. Tuto skutečnost si již uvědomili i někteří výrobci, kteří se věnují vývoji průmyslových sběrnic. Nabízejí zařízení pro tzv. Industrial Ethernet, průmyslový Ethernet.

Požadavek může přijít i z opačné strany. Podnik má rozvinutou intranetovou síť, která je určena potřebám informačního systému. Dříve či později se objeví požadavek využít tuto síť i pro přenos technologických dat. Typickým příkladem mohou být distribuční společnosti z oblasti energií, plynu nebo vody. V dispečincích jsou instalovány servery technologických sítí sběru dat. Vzhledem k omezeným komunikačním možnostem jsou zde před přenosem do centrálního dispečinku tato data filtrována. Po připojení dispečinku na podnikový intranet se nabízí možnost vytvořit jednotnou technologickou síť, na které jsou dostupná veškerá data.

Obr. 2.

1.1.2 Využití intranetu pro přenos dat z technologického procesu do systému správy podniku
Tento požadavek je často vyvolán managementem podniku, který si přeje mít možnost přístupu do technologických zařízení prostřednictvím intranetové sítě nebo informačního systému podniku. Pak je třeba technologická zařízení vybavit příslušným komunikačním rozhraním, včetně příslušných protokolů a internetových aplikací. Na kterémkoliv počítači ve firmě si poté uživatel může prohlédnou např. průběhy spotřeby energií, do informační databáze podniku jsou neustále předávány čerstvé údaje o výrobě na lince apod.

1.2 Aplikace v internetu

1.2.1 Využití internetu pro výměnu dat mezi částmi technologického celku
Je to vlastně rozšíření využití intranetu ve funkci průmyslové sběrnice. Zjednodušeně lze na tento případ pohlížet tak, že z technologické sítě LAN se přechází na technologickou síť WAN. Technologická zařízení si již nevyměňují data pouze v prostředí soukromé intranetové sítě, ale využívají veřejnou internetovou síť.

1.2.2 Využití internetu pro veřejný přístup k danému zařízení
Zde jde o plné využití internetových technologií v prostředí sítě Internet. Aplikace zmíněného typu využívají možnost celosvětové internetové sítě snadno zveřejňovat data. Dalším krokem je postup od pasivního „stahování“ dat k aktivnímu působení na zařízení.

Obr. 3.

Určitou modifikací tohoto využití internetu jsou i internetové obchody. Ještě výraznější rysy této technologie vykazuje internetové bankovnictví. Zde již klient soukromě pracuje s veřejně přístupnou technologií bankovních operací a spravuje svůj úsek – soukromý bankovní účet.

Stejnou technologií pracuje i komunikace s tzv. inteligentním domem. Podobné systémy se začínají objevovat i v průmyslu. Jde např. o dálkovou správu řídicího systému. Předpokládá se, že prostřednictvím podobného systému budou dodávat individuální informace i firmy distribuující energie, plyn, vodu.

2. Hardwarové řešení

Při realizaci některé z průmyslových aplikací popsaných v předchozím odstavci se obvykle lze setkat s jedním ze tří úkolů:

  • vybudovat nový distribuovaný řídicí systém, který bude ke komunikaci využívat internetové technologie;
  • rozšířit nebo upravit stávající řídicí systém tak, aby byl schopen komunikovat prostřednictvím intranetu nebo internetu;
  • vyvinout vlastní specializované zařízení připojitelné do intranetu či internetu.

2.1 Vybudování nového distribuovaného řídicího systému

Většina velkých výrobců řídicích systémů v současné době již nabízí technické prostředky, jako jsou programovatelné automaty nebo jednotky vzdálených vstupů a výstupů, které je možné přímo zapojovat do intranetových sítí. Taková síť se v terminologii výrobců většinou nazývá průmyslový Ethernet (ndustrial Ethernet) a zpravidla využívá protokol TCP/IP a jeho nadstavby. Příkladem může být komunikační jednotka CP 443-1 IT pro Simatic S7 (obr. 2) nebo modulární jednotka vzdálených vstupů a výstupů EDAS společnosti Intelligent Instrumentation.

Ve snaze o unifikaci a snížení vývojových nákladů založili výrobci i aplikační firmy několik asociací, ve kterých by chtěli koordinovat vývojové práce v oblasti průmyslového Ethernetu. Největší z těchto asociací je IAONA, další je např. Industrial Ethernet Association.

2.2 Převodníky rozhraní

Pro tento případ se nejčastěji používají převodníky sériových rozhraní na Ethernet, nazývané někdy také ethernetová gateway (komunikační brána), ethernetový komunikační modul nebo ethernetový modem. Příkladem může být převodník RS-485/Ethernet typu ADAM-4570 od firmy Advantech (obr. 3), nebo univerzální PKV-40 firmy Hilscher.

Obr. 4.

2.3 Vývoj vlastního zařízení

O vývoji zařízení pro internetové aplikace jsme již v časopise Automa psali. Vzhledem k tomu, že jde o velmi důležitou kapitolu, hlavní zásady na tomto místě stručně zopakujeme. Podrobnější informace o problematice mohou zájemci najít v čísle 3/2001 na straně 62.

Vlastní zařízení je nutné vyvíjet, je-li třeba připojit nestandardní rozhraní nebo realizovat softwarové funkce, které komerčně vyráběná zařízení nemají. Obecně lze říci, že všechna tato zařízení musí mít řídicí jednotku a rozhraní Ethernet (obr. 4).

Pro jednoúčelová zařízení vyráběná ve velkých sériích je běžným řešením zařízení na bázi některého z jednočipových mikropočítačů. Vývoj programu je však nákladná záležitost, která se vyplatí pouze při skutečně hromadné výrobě.

Určitým usnadněním této cesty je použití univerzálního nebo modulárního mikropočítače. Tak se lze vyhnout návrhu a ověření hardwaru. Vývoj softwaru může usnadnit dodavatel poskytnutím knihoven.

Třetí cestou, která se v posledních letech otevírá, je využití techniky PC. Miniaturní průmyslový počítač, jehož základem je jednodeskové PC, je již běžně vybaven rozhraním Ethernet. V souvislosti s programovým vybavením takového zařízení je zajímavá otázka volby vhodného operačního systému. V úvahu připadají tyto možnosti:

  • MS-DOS – výhodou je nízká cena, jednoduchost a relativní přehlednost. MS-DOS však není operačním systémem určeným pro paralelní běh několika aplikací, programování vyžaduje podrobné znalosti nejen operačního systému, ale i funkce řadiče Ethernet. Lze jej doporučit pouze pro menší aplikace pracující v prostředí intranetu;

  • MS Windows CE, MS Windows NT Embedded – je nutné počítat se zvýšením ceny konečného produktu, která musí kromě příslušných licencí zahrnovat i instalaci operačního systému firmy Microsoft na konkrétní sestavu počítače. Výhodou je, že lze použít v podstatě všechny programové prostředky, které Windows nabízejí (tuto skutečnost uživatel ocení při vývoji složitějšího softwaru, který musí, mimo řídicí aplikace, zajistit i obsluhu vyšších protokolů – http, e-mail);

  • některá distribuce Linuxu – systém Linux, již ze své podstaty víceúlohový, má zabudovánu podporou TCP/IP přímo v jádře, což usnadňuje programování komunikačních řešení. I proto je v internetových aplikacích (směrovače, komunikační brány, firewally) značně rozšířen. Pro popisované účely se jeví jako dosti vhodná distribuce Debian. Snad ani ne proto, že je zcela volně k dispozici, spíše pro to, že je ve světě Linuxu charakterizována jako „konzervativní a vysoce stabilní“;

  • jiný operační systém reálného času (EPOC, PalmOS).

(pokračování)