Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Použití koncepce kyberfyzických systémů, v Německu podporované programem Industrie 4.0, radikálně mění tvář celé průmyslové výroby. Realitou se však může stát pouze tehdy, jestliže se kybernetický a fyzický svět dokonale propojí.
Doposud platilo, že průmyslová zařízení strojní výroby jsou zpravidla řízena prostřednictvím centrální řídicí jednotky. To je vše – nic víc pro tento, bezpochyby mimořádně účinný, přehledný a jednoduchý způsob řízení není zapotřebí. Komunikační síť zde slouží víceméně jako prostá spojovací linka mezi centrálním řídicím systémem a řízenými komponentami. Z pohledu automatizace je to naprosto pochopitelné a dostačující. Koncept Industrie 4.0 nicméně s sebou nese vyšší požadavky na síťovou komunikační infrastrukturu, protože řídicí funkce jsou i u strojů a strojních linek přemisťovány z centrální řídicí jednotky do celého výrobního systému. Ze striktně hierarchického systému se stává decentralizovaný systém řízení. Stroje jsou konstruovány jako modulární a řídicí úlohy jsou rozprostřeny v celém systému. Komunikační síť se proto stává klíčovou komponentou.
Co znamená Industrie 4.0 pro provozní úroveň řízení?
Ačkoliv vše zní jednoduše a logicky, implementace je závislá na mnoha podmínkách. Mezi nimi stojí v popředí integrace informační stránky s fyzickou stránkou výroby do jednotného kyberfyzického systému (CPS).
Pro Industrie 4.0 je tedy charakteristická integrace fyzických zařízení a informačních systémů podniku. Tato integrace by měla být co možná nejpružnější.
První implementace odhalily, že nejdůležitější jsou rozhraní mezi jednotlivými autonomními moduly systému. Tyto moduly mohou mít běžnou strukturu řízení, tzn. s centrální řídicí jednotkou a decentralizovanými vstupy/výstupy. Moduly ale mohou být také samy konstruovány jako decentralizované kyberfyzické systémy. V každém případě je důležité, že tyto moduly jsou zcela soběstačné a autonomně vykonávají zadané úkoly s reálnými předměty ve výrobním procesu. To, že tyto moduly samy mohou mít klasickou strukturu vnitřního řízení, nijak neovlivňuje výhody kyberfyzických systémů, do nichž jsou začleněny.
Moduly ve výrobním zařízení musí být schopny především rychlé a snadné integrace do výrobního procesu bez ohledu na své umístění. Navíc musí být možné na jedno místo připojit rozdílné moduly. To s sebou nese zcela nové požadavky na kabelové rozvody. Umístění modulů může být libovolné. Pro danou výrobní zakázku moduly samy posoudí své schopnosti a kapacitu a nabídnou, zda se mohou do výroby zapojit. Kabeláž už není jen propojením dvou účastníků komunikace, ale tvoří základ komunikační infrastruktury.
Jak bude vypadat komunikační infrastruktura pro kyberfyzické systémy
Infrastruktura pro CPS je v současné době ve fázi stanovování základních požadavků. Předpokládá se, že jak pro informační, tak pro řídicí systémy bude základem komunikace Ethernet. V kancelářských budovách bude instalována aplikačně neutrální kabeláž v souladu s ISO/IEC 11801 Information technology Generic cabling for customer premises; norma obsahuje specifikace pro nastavení pasivní síťové infrastruktury.
Jestliže bude použita tato koncepce kabelových rozvodů, bude možné do sítě na libovolné místo nainstalovat libovolné moduly. Jenže kromě informační sítě je třeba počítat také se všemi druhy analogových a digitálních signálů, s napájením, rozvodem stlačeného vzduchu atd. Z toho plyne, že požadavků na připojení je nespočet. Jednoduché uvedení do provozu (plug-and-produce) bude možné jenom tehdy, jestliže všechna propojení budou integrována do jednoho rozhraní, neboli do jednoho jediného konektoru. Pro tuto úlohu jsou vhodné konektory Han-Modular® od firmy Harting (obr. 1).
Rozhodujícím krokem k CPS je standardizace rozhraní pro modulární systémy. Je to krok sice rozhodující, ale jen první. Kromě přenosu informací pro řízení v reálném čase a napájení musí rozhraní přenášet také bezpečnostní signály, diagnostické informace, informace o identifikaci modulu, informace o spotřebě energie nebo zajišťovat přepěťovou ochranu (v sítích do 400 V). Tyto funkce mohou být zajištěny využíváním aktivních síťových prvků.
Společnost Harting se intenzivně zapojuje do vývoje komponent infrastruktury podle koncepce Industrie 4.0. Jako příklady lze uvést Harting Smart Power Network Unit, jednotku spojující funkce správy komunikace a napájení. Tato jednotka je vhodná pro průmyslové sítě s kruhovou i liniovou topologií. Díky tomu je velmi flexibilní. Pro záznam spotřeby energie jednotlivých komponent, vizualizaci a dokumentaci je třeba do sítě kromě jednotky Smart Power Network Unit nainstalovat ještě vizualizační nástroj Smart Power Network Viewer a pro dokumentaci a analýzu spotřeby služby Smart Power Network Services. Celý systém dokáže zefektivnit provoz závodu a usnadní certifikaci podle ISO 50001.
Andreas Huhmann,
HARTING Deutschland GmbH & Co. KG
Obr. 1. Konektory Han-Modular jsou těmi pravými konektory pro modulární kyberfyzické výrobní systémy