Aktuální vydání

celé číslo

08

2018

MSV 2018 v Brně

celé číslo

Prvky řídicích systémů v podání ifm electronic

Tradičním tržním artiklem společnosti ifm electronic jsou snímače polohy a snímače růz­ných veličin v procesní výrobě. Vedle nich je však v jejím sortimentu také mnoho spe­cialit. Tento příspěvek si klade za cíl zmapovat produkty, koncepce a náměty na řešení v oblasti řídicí techniky, pro niž ifm electronic nabízí v nejširší paletě prvky sběrnice AS-Interface, a dále celou produktovou skupinu ecomat mobile, tedy kompletní a ověřený řídicí systém pro mobilní techniku.

 

Stručný přehled sortimentu

Podrobnější informace o sortimentu pro­duktů společnosti ifm electronic byla otiš­těna v časopise Automa, roč. 2013, č. 8-9, str. 67–69, proto je zde připomenut jen struč­nou tabulkovou formou (tab. 1). Tento článek se podrobněji věnuje tučně uvedeným částem nabídky v závěru tabulky. K ostatním oborům je třeba poznamenat, že nezřídka se zrovna prvky měřicí techniky, ať jsou to snímače po­lohy nebo snímače procesních veličin, s vý­hodou používají i právě v souvislosti s řídicí technikou. Například v případě bezpečnost­ně relevantní úlohy s AS-Interface (dále AS-i) či s ecomat mobile lze použít bezpečnostní snímače polohy. Jedna část nabídky snímačů RFID je určena právě pro AS-i a inkremen­tální a absolutní snímače otáček se často po­užívají v mobilních zařízeních.
 

Kompletní nabídka pro AS-i

V rámci průmyslové komunikace se ifm electronic soustřeďuje především na sběrnici AS-i (obr. 1). Ne však výhradně: např. celý sortiment ecomat mobile je založen na použití sběrnice CAN, komunikační brány (gateway) AS-i zprostředkovávají komunikaci se sběr­nicemi Profibus, Profinet či Ethernet TCP/IP a mnohé snímače a především složitější pří­stroje ifm electronic mají rozhraní pro Ether­net TCP/IP, popř. jiné průmyslové sběrnice.
 
Sběrnice AS-i možná není na výsluní nej­modernější automatizační techniky, ale je to trvale solidní základ pro cenově zajímavá ře­šení komunikace především s důrazem na di­gitální signály. Již dlouhou dobu je však rozší­řena i o mechanismus pro přenos analogových signálů, parametrizačních telegramů a digita­lizovaných informací prostřednictvím moder­ního rozhraní IO-Link. Zásadní přínos a skvě­lý poměr ceny k výkonu přináší AS-i za pou­žití bezpečnostního monitoru (Safety Monitor, obr. 2), pomocí nějž je možné realizovat cer­tifikované bezpečné přenosy po sběrnici AS-i (v oblasti bezpečnosti strojů a zařízení podle EN ISO 13849-1 odpovídá úrovni vlastnos­tí PL e a v oblasti funkční bezpečnosti podle IEC 61508 úrovni bezpečnosti SIL 3). Využijí se tak mechanismy bezpečnostní komunikace označované jako Safety at Work a není nutné použít nadřazené nákladné bezpečnostní PLC, které je z principu redundantní.
 

Sdružení AS-International

Společnost ifm electronic je jedním z čel­ných představitelů sdružení AS-International, propagujícího AS-i a certifikujícího výrobky pro AS-i, a významně se podílí na rozvoji této komunikační sběrnice. Také v České repub­lice místní pobočka ifm electronic vždy stá­la a stojí v čele sdružení AS-Interface Česká republika, kde kromě publikační a osvětové činnosti výrazně podporuje studentské sou­těže a další aktivity směřující k obecné po­pularizaci automatizace jako oboru a k posí­lení zájmu žáků a absolventů středních škol o vysokoškolské vzdělání technických směrů.
 
Co se týče užití AS-Interface v průmyslu, jde v České republice většinou o stroje zahra­ničních výrobců používané v českých podni­cích. Proto je také důraz kladen na školení techniků a pracovníků údržby. Kromě toho však má sdružení AS-Interface Česká republika zájem o spolupráci s projektanty, integrá­tory systémů a tuzemskými výrobci strojů.
 

Součásti sběrnice AS-i

Součástmi sběrnice AS-i jsou:
  • Řídicí modul (master) v podobě komunikač­ního procesoru pro PLC či komunikační brá­ny (komunikační brána, gateway, je kromě funkce master v síti AS-i určena i pro pře­chod mezi různými sběrnicemi). K dispozi­ci jsou varianty řídicích jednotek s jedním či se dvěma moduly master (dva segmenty AS-i umožní realizovat rozsáhlejší síť).
  • Řízené moduly (slave) lze v zásadě rozdě­lit na moduly určené do rozváděče (krytí IP20, méně časté použití) a moduly urče­né do provozních podmínek (krytí IP67). V obou variantách jsou k dispozici různá mechanická provedení. Dodávány jsou mo­duly pro připojení digitálních I/O, moduly pro připojení analogových I/O, moduly pro připojení bezpečnostních vstupů, snímače a akční členy s integrovaným čipem AS-i slave, kombinované moduly: např. s ven­tilovými terminály pro pneumatiku apod.
  • Napájecí zdroje pro sběrnici AS-i, umož­ňující modulovat datovou složku na napě­ťové úrovni 30 V.
  • Kabely pro AS-i, konektory, rozbočovače a další příslušenství.

Specifika nabídky ifm electronic pro AS-i

Protože společnost ifm electronic nenabí­zí žádný „velký“ řídicí systém, není v nabídce modulů master žádný komunikační procesor k PLC. Komunikační brány s jedním či dvě­ma moduly master jsou však doplněny řídicí jednotkou (obr. 3, obr. 4), která kromě propo­jení nadřazené sítě s AS-i umožní vykonávat řídicí program naprogramovaný ve vývojovém prostředí Codesys (www.codesys.com), a do­konce lze s volitelným softwarovým modulem Codesys HMI vytvořit vizualizaci na klasic­kém (panelovém) či vestavném (embedded) PC nebo pomocí webové klientské aplikace. Na jednoduché a cenově zajímavé řídicí jed­notce vybavené přehledným displejem se sys­témovým i uživatelským menu tedy lze pro­vozovat i rozsáhlejší aplika­ce. Vývoj ve společnosti ifm electronic směřuje k dalšímu vylepšení uživatelského kom­fortu, takže i zde lze očekávat další rozšíření možností.
 
V rámci modulů slave na­bízí ifm electronic především mechanicky zajímavá řeše­ní, která usnadňují instalaci i údržbu zařízení se sběrnicí AS-i. Moduly řady slave IP67 Classic Line (obr. 5) dovolu­jí montovat modul v různých polohách vzhledem ke kabe­lu AS-i. Kromě stanic slave s krytím IP20 a IP67 nabízí společnost ifm electronic i tzv. deskové modu­ly (obr. 6), původně vyvinuté pro konkrétního velkého zákazníka a později vzhledem k jejich popularitě převedené do běžné nabídky.
 

IO-Link

Po sběrnici AS-i lze přenášet i komunikač­ní telegramy. Umožňuje to rozhraní IO-Link. Společnost ifm electronic i další výrobci roz­šiřují svou nabídku snímačů vybavených tím­to komunikačním rozhraním. Takto vybavené snímače lze připojit přímo na některou z vyš­ších komunikačních sběrnic (Profibus, Profinet apod.) nebo lze využít i připojení prostřednic­tvím AS-i s využitím modulu slave IO-Link.
 
Pomocí propojení sítí AS-i, Profibus a Ethernet (obr. 7) se dostane kompletní in­formace z rozhraní IO-Link až do nejvyšší vrstvy řízení, což významně zjednodušuje postupy při tvorbě systémů řízení technolo­gických procesů. U všech takto vybavených snímačů lze nastavovat parametry podle ta­bulek parametrů uložených např. v receptu­rách či v operátorské stanici řídicího systému.
 

Řídicí systém ecomat mobile

Klasické řídicí systémy pro průmysl ze své podstaty nejsou vhodné pro mobilní za­řízení napájená z baterií. Důvody jsou: velký rozptyl napájecího napětí, velký rozsah pro­vozních teplot, vliv vibra­cí, prašnost, vlhkost apod. Těmto vlivům běžné PLC určené k montáži do rozvá­děče nemusí odolávat. Kaž­dý, kdo se však někdy podí­val na řídicí jednotku v au­tomobilu, má představu, jak typická řídicí jednotka pro mobilní stroj vypadá.
 
Komponenty řady eco­mat mobile z těchto poža­davků vycházejí a za léta vývoje se ustáli­ly v podstatě ve dvou základních provede­ních (obr. 8):
  • komponenty v celokovovém krytu – řídicí jednotka, I/O moduly, speciální snímače, vysoce odolné příslušenství,
  • komponenty v plastovém krytu – s menší odolností, ale stále vhodné pro venkovní použití.
Odolnost proti vibracím se zvyšuje zali­tím součástek pryskyřicí.
 
Decentralizované I/O moduly a částečně i I/O moduly určené do rozváděče jsou kon­figurovatelné pro různé funkce. K dispozici jsou vstupy 0 až 20 mA, 0 až 10 V DC, 0 až 32 V DC, poměrové, odporové a frekvenč­ní vstupy, tranzistorové binární vstupy PNP//NPN a různé druhy výstupů: standardní tran­zistorové (PNP/NPN) i reléové digitální vý­stupy, analogové výstupy se standardními sig­nály výstupy pro běžnou i proudově řízenou pulzně šířkovou modulaci (PWM) a můstek H pro obousměrné řízení DC motorů. U těch­to komponent již není třeba žádného přizbů­sobení bez potřebného krytí.
 
Příslušenství a komunikace prostřednictvím CAN
K těmto základním stavebním prvkům ří­dicího systému jsou k dispozici doplňky a pří­slušenství (obr. 9):
  • dialogové přístroje, operátorské panely,
  • kamery,
  • komunikační moduly GSM/3G/GPS,
  • převodníky signálů a speciální snímače pro mobilní zařízení.
Všechny přístroje mezi sebou komunikují tak, jak je v mobilní technice zvykem, tedy pomocí sběrnice CAN. Pro univerzálnost ko­munikace a použitelnost výrobků třetích stran je možné využít přímo linkovou vrstvu (raw CAN podle EN 11898). Mezi řídicími jed­notkami a operátorskými panely je možné v aplikační vrstvě s výhodou používat pro­tokol CANopen (DS 301). Pro komunikaci mobilní nástavby s podvozkem je určen pro­tokol SAE J1939.
 
Kromě všech uvedených vlastností týkají­cích se odolnosti prvků systému ecomat mo­bile je tento systém vybaven certifikáty, a to především německým certifikátem e1 pro mobilní stroje (analogicky pro ostatní země) a evropským označením CE. Dvaatřicetibito­vá bezpečnostní řídicí jednotka splňuje pod­mínky norem EN 62061 (funkční bezpečnost) a EN 13849 (bezpečnost strojů a zařízení).
 
Stejně jako řídicí jednotky pro AS-i, tak také řídicí jednotky ecomat mobile se progra­mují v prostředí Codesys (podle IEC 61131) za použití příslušných nástrojů (targets) pro kompilaci programu do strojového kódu kon­krétní řídicí jednotky. V prostředí Codesys se programují řídicí aplikace i vizualizace. To omezuje zdroj možných chyb při dvojí de­finici objektů.
 
Společnost ifm electronic nabízí k vyzkou­šení a pro seznámení s ecomat mobile sady s oběma základními provedeními řídicích jed­notek, poskytuje základní školení o hardwaru i programování systémů v prostředí Codesys.
 
Dokladem úspěšnosti ecomat mobile jsou stovky projektů po celém světě. Jsou mezi nimi např. systém pro ovládání plošiny pro vozíčkáře (španělský výrobce autobusů), ří­dicí systém podvozku bouracího robotu pro práci v nebezpečném prostředí (švédský vý­robce stavební techniky) nebo řídicí systém víceúčelového vozidla (sněhová fréza, posy­pový stroj, sekačka apod.) irského výrobce. Další příklady použití jsou z oblasti jeřábů, přístavní techniky a techniky pro manipulaci s kontejnery, letištní techniky, techniky pro těžbu dřeva, zemědělské techniky, stavební techniky, důlní a těžební techniky atd.
 

Závěr

Doplňkem sortimentu snímačů je u spo­lečnosti ifm electronic specifická nabídka pro řídicí techniku. Komunikační sběrnice AS-i není sice na strojích či výrobních linkách výjimečná, ale s jednotkou master od ifm electronic, ať již v podobě komunikační brá­ny, nebo plnohodnotné řídicí jednotky, lze po­řídit „za málo peněz hodně muziky“. K tomu přispívá také výhodná realizace bezpečnost­ních okruhů, připojení prvků RFID a propo­jení na nadřazené úrovně řízení prostřednic­tvím softwarových modulů Codesys.
 
Společnost ifm electronic má mnoho zkušeností a referencí v oboru řízení mobil­ní techniky. Současně významně investuje do dalšího vývoje řídicího systému ecomat mobile, a to jak ve variantě pro mobilní stro­je, tak i v provedení pro jednoduchá zařízení ve venkovním prostředí. Rovněž v tomto obo­ru lze dosáhnout podobně výhodného poměru ceny a výkonu. Podrobnosti jsou uvedeny na www.ifm.com/cz.
Ing. Petr Boček,
ifm electronic, spol. s r. o.
 
 
Obr. 1. Sortiment produktů pro AS-Interface
Obr. 2. Safety Monitor pro AS-i
Obr. 3. Starší osvědčená řada řídicích jedno­tek/komunikačních bran s monochromatic­kým displejem a rozsáhlými diagnostickými funkcemi AS-i
Obr. 4. Moderní řídicí jednotka/komunikační brána s barevným displejem a oddělitelným datovým rozbočovačem
Obr. 5. Moduly řady slave IP67 Classic Line
Obr. 6. Deskové moduly slave pro AS-i
Obr. 7. Využití rozhraní IO-Link v komplexní architektuře průmyslové komunikační sítě
Obr. 8. Komponenty ecomat mobile v celokovovém (vlevo) a plastovém (vpravo) krytu
Obr. 9. Příslušenství systému ecomat mobile
 
Tab. 1. Sortiment produktů společnosti ifm electronic