Aktuální vydání

celé číslo

10

2017

Systémy pro řízení výroby, PLM, SCADA

celé číslo

Příprava strojů pro připojení do průmyslového internetu věcí

Moderní stroje a linky si nelze představit bez řídicích systémů založených na průmyslových počítačích, které již v praxi osvědčily svou dlouhodobou spolehlivost. Poté, co se takto v průmyslové automatizaci etablovala první generace výpočetní techniky, následuje další krok: spojení jednotlivých inteligentních komponent navzájem a jejich připojení k internetu věcí: IoT. 

Pro uplatnění principů Industrie 4.0 – čtvrté průmyslové revoluce – je třeba, aby stroje, zařízení, snímače a lidé dokázali navzájem bez omezení komunikovat. Tím lze snížit výrobní náklady a dosáhnout výrazné výhody v globální konkurenci. Jednotlivé výrobní stroje a zařízení, a dokonce celé výrobní závody je možné navzájem propojit cloudovými službami. V oblasti automatizační techniky bývá často výhodné navrhnout řídicí systémy jako modulární a decentralizované, nebo dokonce distribuované, protože tím se snižují náklady na vývoj, zjednodušuje se modernizace a zlevňuje údržba. K tomu je třeba zajistit, aby spolu dokázaly komunikovat i tak jednoduché přístroje, jako jsou regulované pohony, ochrany, spínače a tlačítka. Ty se potom mohou na základě informací ze svého okolí samostatně rozhodovat a tak se z nich stávají inteligentní zařízení – „smart devices“. Při konstrukci strojů „Industry 4.0 ready“ by takové komponenty měly být první volbou namísto toho, aby se až v následujících fázích uvažovalo o jejich dovybavení komunikačním rozhraním. 

Od inteligentních zařízení ke kyberfyzickým výrobním systémům

Jestliže je prvek výrobního systému, např. pohon, spojen s příslušnými snímači a vybaven funkcemi pro zpracování dat a komunikaci, tvoří jako subsystém prvek kyber-fyzického systému (CPS). Je-li stroj vybaven několika takovými pohony, které navzájem komunikují, vytvářejí kyber-fyzický výrobní systém (CPPS). Mezi CPPS a řídicím systémem „chytrého“ závodu se prostřednictvím průmyslových protokolů, např. OPC UA, vyměňují jen data výrobních příkazů (např. o změně konfigurace výrobku) nebo data s informacemi o stavu zařízení v CPPS a požadavcích na externí zásahy (např. na údržbu). Decentralizací zpracování dat se zmenšuje objem dat, která je třeba přenášet do cloudu. 

Ochrana motoru s přidanými funkcemi

Příkladem, jak se tímto způsobem stávají zařízení inteligentními, je např. spouštěč motorů PKE s elektrickou ochranou proti přetížení nebo kombinovaný startér a měnič DE1 od firmy Eaton. Spojením těchto a dalších inteligentních zařízení, např. snímačů a pozicio­nérů, propojovacím systémem Smartwire-DT vzniká subsystém CPS. Prostřednictvím odpovídající elektronické jednotky mohou být data z PKE nebo DE1, např. s informací o aktuálním proudu motoru, po doplnění dalšími stavovými informacemi sdílena s ostatními zařízeními. To však samo o sobě nestačí, aby bylo možné mluvit o plnohodnotném inteligentním zařízení. Modul rozhraní musí být vybaven ještě modulem se zákaznickým integrovaným obvodem (ASIC), který data ze zařízení nejen analyzuje, ale také má dostatečnou kapacitu paměti a výpočetní výkon, aby mohl analyzovaná data interpretovat a zhodnotit a na základě toho přijímat vlastní rozhodnutí.

Příkladem může být pohon dopravníkového systému, který je schopen samostatně komunikovat s ostatními prvky CPS. Tak se stává součástí konzistentního, modulárního a decentralizovaného systému. Všechny odchylky od požadovaného proudu motoru jsou okamžitě rozpoznány, aniž by bylo třeba instalovat jakoukoliv dodatečnou měřicí techniku. Příčinou nárůstu proudu může být opotřebení, a je tedy na čase naplánovat údržbu motoru. U čerpadla může pokles proudu znamenat, že čerpadlo běží nasucho. Jestliže hrozí přetížení, je možné učinit na stroji nebo lince potřebná protiopatření, aby nedošlo k vybavení ochrany motoru a tím k odstavení stroje.

Jiným příkladem je možnost zohlednit provoz jednotlivých motorů při různých teplotách okolí. Tak je možné např. pásový dopravník naložit tak, aby v daných podmínkách poskytoval maximální možný výkon, ale bez nebezpečí přetížení jednotlivých dílů. V tomto případě inteligentní přístroje zajišťují maximální spolehlivost provozu a současně optimální zatížení. 

Vytvoření CPS z komponent v rozváděči nebo v provozu

Využití inteligentního propojovacího a komunikačního systému není omezeno jen na rozváděč. Lze jej použít také u I/O modulů s krytím IP67, které mohou být instalovány na periferních zařízeních v provozu. Inteligentní propojovací systém přináší jasné výhody: na jeden kabel o délce až 600 m lze rychle a jednoduše připojit až 99 přístrojů. Spouštěče motorů, softstartéry, regulované pohony, výkonové spínače, ochrany motorů stejně jako tlačítka, vše ve vlastním krytu s potřebným krytím, lze použít přímo v provozu, kde tvoří spolu s motory subsystémy CPS. Skutečná síla tohoto řešení se ukazuje u strojů s decentralizovanou strukturou (zvláště u těch, které jsou „Industrie 4.0 ready“), je-li třeba je rozšířit a doplnit. Je přitom lhostejné, zda jde o doplnění během uvádění do provozu nebo již za provozu. Problémy s tím, že v rozváděči není na doplnění dostatek místa, jsou minulostí. Všechny důležité převodníky a akční členy jsou instalovány v provozním prostředí. Není třeba zasahovat do centrálního PLC a instalovat k němu dodatečné I/O moduly. 

Závěr

Jedním ze základních principů je důsledné dodržování „distribuovaných modelů“. Podniky v různých odvětvích, nevyjímaje strojírenství, se nacházejí teprve v počáteční fázi využití těchto trendů, protože dosud neměly k dispozici potřebnou techniku. U konvenčních, centrálně řízených strojů je možné najít množství způsobů, jak je připojit ke světu Industry 4.0. Protože ale takové spojení není bezešvé, zůstává jen provizoriem, které ne­umožňuje plně využívat všechny výhody internetu věcí. Podniky, které právě začínají s využitím decentralizovaného modelu CPS, mohou jeho možnosti využívat již v krátké době.

Vice informací: www.eaton.eu/cz/iw/iot. 

(Eaton)

Obr. 1. Výrobní zdroje globálně působící „smart factory“ jsou horizontálně integrovány do sítě logistických firem a entit poptávajících produkty

Obr. 2. Několik autonomních kyber-fyzických subsystémů je vertikálně integrováno do kyber-fyzického výrobního systému, který je připojen ke cloudu „smart factory“

Obr. 3. Systemy CPS řidi procesy autonomn