Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Samozřejmě, opět komunikace!

Jedním z nejčastěji používaných slov je v současné době slovo komunikace. Potřebujete dosahovat lepších výsledků, zdokonalit spolupráci, optimalizovat procesy ve firmě? – Posilte komunikaci! Článek je nicméně zaměřen na komunikaci ve smyslu přenosu dat v průmyslové výrobě, a to zejména v její základní a nejnižší vrstvě – na úrovni jednotlivých komponent umístěných na strojích a zařízeních.

 

Od provozních sběrnic k průmyslovému Ethernetu

Již před více než dvaceti lety začal být v průmyslu hromadně využíván přenos údajů prostřednictvím digitálních tzv. provozních komunikačních sběrnic a posléze sítí. První generace komunikačních protokolů pro tyto sběrnice a sítě postupně vykrystalizovala v prostředek umožňující spolehlivě předávat především jednotlivé binární číslice (bity), které reprezentují vstupy a výstupy programovatelných automatů. Z toho také plynou základní vlastnosti provozních sběrnic a sítí první generace – poměrně malý objem přenášených dat, přesná časová determinace, přenosová rychlost a dosah závislé na počtu připojených zařízení. Přínos takové techniky spočívá především v úspoře kabeláže – jak co do spotřeby materiálu, tak co do pracnosti. Logicky se tudíž začala prosazovat zejména na rozsáhlejších zařízeních.
 
Spolu se zdražováním materiálu a lidské práce na straně jedné a zlevňováním elektroniky na straně druhé se provozní komunikační sítě začaly plošně šířit – i menší zařízení nyní může být doslova vyplněno elektronickými komponentami. Úspory se projevují i takříkajíc druhotně – v menším počtu spojů (a tedy i případných chyb při montáži), v rychlejším uvedení nového zařízení do chodu, ve snazší diagnostice a lepší přehlednosti rozvodu elektrických signálů.
 
Průnik digitální komunikace na úroveň snímačů a akčních členů motivoval výrobce automatizační techniky k dalšímu kroku a naplnění dávného snu, tj. k využití techniky, která je známa z běžného života a která člověka všude obklopuje – sítě Ethernet. Na překážku prostému přenesení této techniky do prostředí průmyslové výroby však byla její inherentní absence časové determinace – začnou-li se např. při přenosu fotografie e-mailem na obrazovce počítače příjemce zprávy „přesýpat hodiny“, nic zvláštního se neděje. Síť je prostě víc zatížená než jindy, a přenos proto trvá déle. Kdyby se ale do řídicího systému nedostala včas informace např. o sepnutí kontaktu v senzoru, stroj by rozhodně nepracoval správně. Vývoj proto pokračoval a v současnosti je běžně nabízen tzv. průmyslový Ethernet (Industrial Ethernet), který část dat přenáší takřka v reálném čase. Taková oblast dat má vždy v přenosech prioritu před jinými daty. Prioritní je např. zpráva, že se zastavil motor, zatímco např. přenos informace o příčině zastavení motoru (třeba překročení teploty vinutí) může trvat poněkud déle, stejně tak jako přenos mnoha jiných, zejména diagnostických údajů.
 
Výsledkem je možnost přenášet rozsáhlé balíky dat a nepřijít přitom o rychlé předávání technologických informací.
 

Komunikace u výrobků značky Festo

Firma Festo vždy nabízí mnoho výrobků, které jsou schopny komunikovat prostřednictvím aktuálních komunikačních protokolů (sítí). V současnosti jde zejména o protokoly (v abecedním pořadí) CANopen, CC-Link, DeviceNet, EtherCAT, EtherNet/IP, Interbus, Modbus TCP, Powerlink, Profibus-DP, Profinet, Sercos a další.
 
Nejrozsáhlejší skupinou výrobků značky Festo schopných komunikovat jsou ventilové, popř. instalační terminály. Podívejme se v krátkosti např. na možnosti, které v tomto směru nabízí univerzální terminálová stavebnice se širokým uplatněním CPX/MPA (obr. 1).
 

Interní komunikace v terminálu

Terminály CPX/MPA se vyznačují ve světě ojedinělým prvkem – interní komunikační sběrnicí v rámci pneumatické i elektrické části –, z čehož plynou jejich mnohé přednosti.
 
V pneumatické části jsou k dispozici téměř všechny typy ventilů, které si lze představit, navíc libovolně na přeskáčku seřazené dvě různé velikosti, s omezením na nejvíce 128 ventilů v jediné řadě. Řadu lze libovolně přerušit a vytvořit tlakové zóny s odlišnými napájecími tlaky. Do pneumatické části se přesouvají i mnohé elektrické prvky; spolu se snímačem tlaku v podobě modulu vloženého kdekoliv mezi ventily jsou to např. proporcionální ventily pro řízení tlaku buď vně terminálu, nebo v přilehlé tlakové zóně. Jak snímače, tak proporcionální ventily značně zjednodušují práci a šetří čas při montáži – díky interní komunikaci vše běží bez jakýchkoliv dalších kabelů, hadic, konektorů, držáků, analogových karet atd. Hodnoty veličin mezi daným prvkem a řídicím modulem jsou přenášeny digitálně.
 
V případě potřeby může uživatel také kdekoliv v řadě přerušit silové elektrické napájení a dále pokračovat novým potenciálem – v praxi to znamená, že část ventilů lze vypnout nezávisle na ostatních (což je výhodné např. při řešení otázek bezpečnosti) a současně mít navíc k dispozici indikaci stavu „vypnuto“ jak interně chybovým hlášením, tak navenek pro obsluhu červeně svítícími LED, neboť interní komunikační sběrnice stále pracuje. Za zmínku stojí i možnost přidat do sestavy funkci ručního nastavení tlaku redukčními ventily, a to zařazením vložky mezi jednotlivý ventil a připojovací desku (obr. 2) – zcela bez šroubení, hadic, odboček, držáků apod. Výměna ventilu je otázkou dvou šroubů; podobně jednoduchá je i změna délky celého bloku s ventily.
 
Elektrická část nabízí všechny běžné vstupní i výstupní signály vyskytující se v praxi. Jde jak o moduly digitálních I/O, tak o moduly analogových I/O, zahrnující nejen proudové i napěťové varianty, ale též možnost připojit termočlánky a odporové senzory teploty i pneumatické signály (čtyři snímače tlaku v jednom modulu). Z tzv. technologických modulů si zaslouží pozornost moduly pro řízení mnoha typů elektrických motorů (tedy kombinace pneumatických i elektrických pohonů na stroji), pneumatických servopohonů, odměřování polohy atd. Změny jsou snadné, neboť funkční modul vsazený do napájecího bloku je překryt krytem s připojovacími prvky – výběr či změna způsobu připojení jsou tak otázkou sekund, o úsporách při výměně ani nemluvě (kabely není třeba z krytu ani odpojovat – obr. 3).
 

Komunikace mezi terminálem a podřízenými stanicemi

Topologii stroje nebo technologického zařízení jako celku lze také snadno optimalizovat – opět s využitím komunikačních sběrnic. Ke komunikaci centrálního terminálu s podřízenými stanicemi na odloučených částech zařízení na menší vzdálenost se používají různé protokoly, např. CANopen, CPI, IO-Link a I-Port. Optimálního rozmístění podřízených stanic – snímačů, terminálů, modulů I/O či mnohdy i rozsáhlých zařízení – v okolí centrálního terminálu lze dosáhnout s libovolným z nich. Zmenšují se tak délky hadic a kabelů, aniž by se komplikovalo propojení, neboť vždy jde o hotové, kompletně smontované propojovací komponenty (obr. 4).
 
Vzhledem k tomu, že pneumatická část stavebnice může být tvořena nejen ventily typu MPA, ale i dalšími řadami ventilů (VTSA, MPA-L), jde o téměř neomezenou kombinaci výbavy umožňující splnit požadavky takřka libovolné úlohy.
 

Závěr

Z uvedeného je patrný význam, jaký má technika digitální komunikace na vlastnosti terminálu z pohledu jeho využití v praxi. Spolu s komunikací navenek (tedy použití řídicích modulů jako stanice slave, podřízených nadřazeným systémům) jde také o komunikaci interní (uvnitř terminálu) a do okolí (rozšíření terminálu).
 
Popis všech možností a výhod, které nabízí moderní komunikační technika třeba jen v oboru ventilových a instalačních terminálů, značně přesahuje možný rozsah článku v časopise. Při úvahách o stavbě nového stroje či zařízení a jeho uspořádání je vhodné vycházet z uvedených skutečností, nejlépe ještě doplněných konzultací s techniky a specialisty z firmy Festo s mnohaletými zkušenostmi v oboru. A pamatujte, komunikace se vyplatí!
Obr. 1. Příklad sestavy terminálu CPX/MPA
Obr. 2. Úsporná a snadná redukce tlaku do válce
Obr. 3. Stavebnice elektrické části terminálu rozvodu s mnoha typy konektorů
Obr. 4. Systém CPI jako příklad propojení centrálního terminálu s podřízenými stanicemi (optimalizace uspořádání na stroji)