Aktuální vydání

celé číslo

04

2019

Plnicí a balicí stroje, výrobní logistika a správa skladových zásob

Průmyslové počítače, PLC

celé číslo

Profinet a ProfiSafe v automobilovém průmyslu

Již před pěti lety přesvědčila kombinace PROFINET a PROFIsafe výrobce v automobilovém průmyslu. Například Audi používá v různých výrobních linkách 680 řídicích modulů Profinet, 20 000 zařízení Profinet a 50 km kabeláže Profinet. Nyní je čas bilancovat.
 
Transparentnost a standardizace – to byly hlavní důvody, proč společnost Audi před pěti lety zavedla ve svých výrobních linkách komunikační systém Profinet a protokol ProfiSafe. Výchozí situace byla pro oblast automatizace výroby naprosto typická: pro přenos vstupně-výstupních signálů, diagnostiku a nastavování parametrů se používaly provozní sběrnice, centrálním systémům dodával data zabezpečený Ethernet a o správnou funkci tlačítek nouzového zastavení, spínačů bezpečnostních dveří, krytů atd. se starala bezpečnostní relé. V prvním kroku šlo o to, zredukovat kabeláž a počet sběrnic. Tím se měl snížit počet typů rozhraní, které je třeba nastavovat a udržovat, a také počet náhradních dílů na skladě. Druhý důležitý aspekt byla transparentnost inženýrských prací. Cílem bylo snížit počet potřebných inženýrských nástrojů, omezit počet dublovaných úloh a sjednotit správu dat. „V neposlední řadě jsme také chtěli zjednodušit inženýrink v celém závodě,“ říká Arjen Kreis, zodpovědný za automatizaci při výrobě karoserií Audi v Neckarsulmu (Německo) a v Číně, když hovoří o tehdejší situaci. Vedlejšími efekty projektu byly jednotná instalační technika a zkrácení doby potřebné na školení pracovníků.
 

Zůstat otevřený pro budoucnost

 
Požadavky na nové přenosové médium byly velké. Nejprve bylo třeba zajistit, aby jeden kabel přenášel bezpečnostní i běžná
vstupně-výstupní data a současně i větší objemy dat pro konfiguraci zařízení a diagnostiku. Pro praxi bylo důležité zaručit koexistenci různých protokolů (TCP/IP apod.) a přitom umožnit komunikaci v reálném čase. Možnosti diagnostiky musely přinejmenším zůstat stejné jako u provozních sběrnic, to samé platilo pro koncepci instalace. Povinností bylo využívat otevřené standardy komunikace. A nakonec bylo požadováno, aby systém umožňoval i budoucí vývoj.
 
Zásadní rozhodnutí bylo zvolit řešení, které bude v souladu s doporučením AIDA. Sdružení výrobců automobilů AIDA e. V. vzniklo v roce 2003, přičemž jeho cílem bylo sjednotit a standardizovat automatizační techniku s ohledem na technické parametry a rozhraní použitých komponent, aby byl zjednodušen jejich výběr a zredukován počet variant. Již od začátku se sdružení soustředilo na průmyslový Ethernet. V roce 2004 se sdružení AIDA rozhodlo jako společný komunikační standard ve strojích a zařízeních v německém automobilovém průmyslu doporučit Profinet.
 
„Společnost Audi se rozhodla pro Profinet a ProfiSafe. ProfiSafe proto, že s konvenční bezpečnostní technikou byly neustále potíže,“ vzpomíná Kreis. ProfiSafe redukuje kabeláž a omezuje rozmanitost použitých zařízení, protože bezpečnostní i běžná data mohou být přenášena po stejném kabelu a zpracovávána stejnou jednotkou. Bezpečnostní funkce zařízení mohou být přizpůsobeny během uvádění zařízení do provozu. Zařízení lze modifikovat za mnohem kratší dobu.
 
Před tím, než byl do automatizačních systémů v Audi zaveden Profinet, bylo třeba zodpovědět několik otázek. Týkaly se zvláště rozhraní mezi provozními řídicími systémy a již používanými podnikovými informačními systémy: např. kdo bude zodpovědný za výběr IP adres, kolik adresového prostoru potřebuje PLC a kdo bude na celou síť dohlížet. „Najít odpovědi na tyto otázky nebylo jednoduché a vyžadovalo to hodně času,“ říká Kreis.
 
V roce 2006 byly všechny otázky vyřešeny: u projektů A4 a R8 byly poprvé společně použity komunikační systém Profinet a bezpečnostní protokol ProfiSafe. „U R8 to bylo sice jen několik PLC, ale s mnoha připojenými zařízeními,“ vzpomíná na specifika projektu Kreis. Naproti tomu projekt A4 se vyznačoval velkým počtem řídicích modulů sítě Profinet, ale menším počtem řízených přístrojů a integrací dosavadních provozních sběrnic. Ideální situace k tomu vyzkoušet si všechny eventuality. V dalších letech byla kombinace Profinet/ProfiSafe použita ve výrobě řad Audi A1 až A8, v současné době se očekává její zavedení u A3 (obr. 1). Zde budou přenášeny i bezpečnostní signály robotů, stejně jako měničů frekvence.
 

Snížení nákladů

 
„Výhody jsou patrné na první pohled, už když se člověk podívá do rozváděče,“ říká Kreis. Přednostmi jsou nižší cena hardwaru (menší počet kabelů, menší potřeba místa v rozváděči) a nižší náklady na inženýrink a instalaci (použití běžných rozváděčů, omezení počtu typů provozních sběrnic). Ačkoliv cena použitých komponent není nižší, náklady snižuje standardizace rozváděčů, omezení počtu sběrnic a koncentrace různých funkcí v jediném rozhraní. Profinet a ProfiSafe se vyplatí také při inženýrinku. Díky standardizaci hardwarových rozhraní je možné navrhovat rozváděče stejného typu a provedení. Logické bezpečnostní funkce jsou realizovány softwarově. Zřetelné jsou zvláště úspory při uvádění do provozu a modifikacích zařízení. „Stále jsme tlačeni k tomu, abychom byli schopni výrobní zařízení modifikovat v co nejkratší době, a inovované výrobky tak mohly být uvedeny na trh co nejrychleji,“ vysvětluje požadavky trhu Kreis. „Technika ProfiSafe je z tohoto pohledu zvláště výhodná.“ Bezpečnostní funkce se nastavují během uvádění do provozu, není k tomu třeba žádné „předrátování“ komponent. Proto je pro změnu funkce zapotřebí mnohem kratší doba. Dalšími výhodami jsou standardizovaná diagnostika, dohled na dálku a v současné době i správa spotřeby energie. Mezitím byl koncept implementován i ve výrobních závodech Audi v Číně. „Když jsme používali běžnou bezpečnostní techniku, zabrala tolik místa, že s jedním řídicím PLC mohly být spojeny jen dvě pracovní stanice,“ popisuje počáteční stav Kreis a dodává, že nyní, s využitím komunikačního systému Profinet a protokolu ProfiSafe, je možné jedním PLC řídit až dvacet zařízení (obr. 2).
 

Rychlejší uvádění do provozu

 
Je žádoucí, aby bylo možné již v průběhu uvádění zařízení do provozu využít technickou podporu na dálku. To má ovšem háček: v té době často ještě nebývá zcela vytvořena komunikační síť závodu. Vytvořit vyhrazené komunikační spojení v rámci firemní komunikační sítě bývá administrativně náročné. Na běžnou komunikační síť závodu se spoléhat nelze a instalovat pro dálkový přístup k zařízení speciální směrovače (routery) je drahé. Zcela jiné je to u flexibilního dálkového přístupu. Není nutné instalovat žádné přídavné moduly na zařízení ani vytvářet vyhrazený komunikační kanál. „Díky využití komunikačního systému Profinet je možné k diagnostice využívat standardní mechanismy informačních systémů,“ říká Kreis. „Profinet tak pomáhá šetřit čas i cestovní náklady, protože např. cesta technika do čínského závodu Audi by trvala minimálně 48 hodin.“
 

Pohled do budoucna

 
Transparentní a standardizovaná automatizace se v moderním průmyslu stala nezbytností k tomu, aby bylo možné efektivně řídit výrobu, dohlížet na ni a udržovat ji. Kromě toho musí být automatizace schopna také dalšího vývoje. Nejde jen o inovované řady výrobků, ale také o koncepčně zcela novou techniku. V Audi např. plánují zavést koncepci ProfiEnergy, která umožní vyrábět z hlediska spotřeby energie tak efektivně, jak je to jen možné.
 
Další téma do budoucna je rozšíření decentralizace a integrace bezpečnostní techniky, např. začlenění bezpečnostních systémů robotů do systému ProfiSafe. „Výrobní zařízení se skládá ze standardizovaných zařízení, individualizace funkcí je zabezpečena výhradně softwarově,“ přibližuje tuto myšlenku Kreis.
 
Další inovace čeká oblast dokumentace komunikačních systémů. Objemné plány zapojení v papírové podobě se stanou minulostí a potřebná schémata se budou zobrazovat na průmyslových tabletech. „U komunikačních systémů Profinet se uživatelé v budoucnu zcela obejdou bez papírové dokumentace,“ míní Kreis.
(PNO)
 
Obr. 1. Také při výrobě automobilu Audi S3 Sportback se uplatní komunikační systém Profinet a ProfiSafe
Obr. 2. Zajištění bezpečnosti v roce 2000 (nahoře) a v roce 2011 (dole)