Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Ethernet, internetové technologie a systémy B&R

číslo 5/2002

Ethernet, internetové technologie a systémy B&R

Témata jako Ethernet a internet zní v oboru automatizace v poslední době velmi často. Skoro to připomíná nadšení kdysi spojované s příchodem softPLC. A pro samé nadšení z nástroje samotného se vytrácí otázka: K čemu a za jakých okolností je to dobré? Zastánci nových technologií budou skicovat vize, že vezmete Internet Explorer, napíšete pár maker ve Visual Basicu a budete řídit technologii na dálku, a nejlépe ještě z mobilního telefonu. Jde to, ale asi tak stejně dobře jako řídit auto ze zadního sedadla pomocí smetáku. Násada smetáku umožní ovládat blinkry, zapínat světla a stěrače, ale rozjet, brzdit a udržet auto bezpečně na silnici, tedy opravdu řídit, to nepůjde.

Firma Bernecker & Rainer (B&R) vždy kladla důraz na praktickou stránku automatizačních produktů, otázky jako determinismus časových odezev, řízení v reálném čase, multitasking, spolehlivost apod. Podívejme se tedy na diskutované moderní technologie ze strany požadavků současné praxe a na možnosti řešení těchto požadavků pomocí produktů a nástrojů firmy B&R.

Obr. 1.

Přenos velkých objemů dat
Máme-li na mysli přenos velkých objemů dat mezi jednotlivými řídicími systémy a mezi řídicími systémy a nadřízenou úrovní, popř. operátorskými panely, jsou-li přípustné časové odezvy v řádu desítek milisekund a na časovém determinismu sítě také příliš nezáleží, je standardní Ethernet s protokoly TCP/IP a svojí šířkou přenosového pásma pro tuto úlohu velice vhodný. Z tohoto důvodu je rozhraní Ethernet 10 nebo 100 Mb/s buď přímo integrováno, nebo ho lze jako rozšíření použít na všech řídicích systémech B&R s výjimkou dvou low-cost CPU systému B&R 2003. Za zmínku stojí nová generace operátorských panelů B&R Power Panel 100, která má jako první ve své kategorii Ethernet ve standardní výbavě. Už méně vhodný je Ethernet a TCP/IP u jednodušších a levnějších zařízení, kde buď podstatně odčerpává výpočetní výkon nebo tato zařízení neúměrně prodražuje. Ani po technické stránce není výhodné přenášet informaci o deseti digitálních vstupech protokolem TCP/IP, protože režie protokolu pro data tohoto charakteru je vysoká. Protokol TCP/IP je součástí komunikační platformy B&R Automation Net™, která dovoluje velmi jednoduchou a transparentní výměnu procesních dat, programování a diagnostiku mezi zařízeními B&R. Směrování (routing) podporované na úrovni operačních systémů jednotlivých zařízení umožňuje bez složitého programování komunikaci se všemi zařízeními v síti Automation Net, složené ze segmentů různých typů (Ethernet, CAN apod.).

Rychlá deterministická výměna dat mezi PLC, pohony a vizualizací
Pro tuto oblast nabízí B&R jiný nástroj. Protokol Ethernet Powerlink, který je přesně „šitý na míru“ těmto požadavkům – protokol s velkou průchodností dat, časovým determinismem, rozptylem (jitter) v časování sběrnice menším než 1 µs a možností připojení až 253 účastníků – byl obšírně popsán v článcích v Automě č. 7/2001 a 11/2001. Byly zde uvedeny důvody, které znemožňují použít např. pro synchronizaci pohonů v cyklu 400 µs protokol TCP/IP. Zopakujme jen základní princip: protokol Ethernet Powerlink je cyklický, s nastavitelnou dobou cyklu, stanice na síti mohou vysílat parametrovatelně dlouhé rámce dat, v každém cyklu sběrnice je místo i pro asynchronní datový rámec B&R Automation Net (a tedy i TCP/IP) a všichni účastníci v síti mohou být s cyklem sítě synchronizováni (nejen pohony, ale i vzdálené v/v, operátorské panely a řídicí systémy samotné). Komunikaci Ethernet Powerlink lze použít jak s řídicími systémy B&R 2003 a 2005, servozesilovači ACOPOS, průmyslovými PC, tak s operátorskými panely B&R Power Panel.

Velkou výhodou protokolu Ethernet Powerlink je možnost nastavovat parametry komunikace a tím síť přizpůsobit přesně požadavkům aplikace. Jako důkaz výkonu sběrnice může sloužit příklad, kde v cyklu 2,4 ms navzájem komunikuje padesát v/v stanic a padesát servozesilovačů Acopos, to vše s rozptylem menším než 1 µs. Podobně zajímavý příklad je synchronizace devatenácti os v cyklu 800 µs.

Důkazem kvalit sběrnice Ethernet Powerlink je i to, že organizace IAONA, zastřešující v Evropě aplikace Ethernetu v průmyslové praxi, jej jako jediný protokol zařadila do nejvyšší, čtvrté třídy sítí, tedy sítí bezezbytku splňujících požadavky na komunikaci v reálném čase.

Diagnostika a servis zařízení po intranetu nebo internetu
Minimalizovat výjezdy servisních techniků a diagnostikovat a opravovat stroje a technologické celky na dálku je v poslední době také velmi častý a naprosto oprávněný požadavek. Použití intranetu a internetu se pro tyto účely přímo nabízí. Pro řídicí systém to v nejjednodušším případě znamená nutnost umět obsloužit spojení prostřednictvím modemu, v lepším případě zvládat internetové technologie. Dalším požadavkem je, aby řídicí systém byl otevřený a aby diagnostika všech inteligentních součástí na stroji či zařízení mohla být integrována přes jeden přípojný bod.

Předešleme, že všechna zařízení B&R podporují dálkovou diagnostiku a programování prostřednictvím modemu. V tomto případě je využití internetu spíše komplikací, nejjednodušší je vzdálené připojení přes dvojici modemů a telefonní síť bod-bod. Pomocí již zmíněného směrování je možné komunikovat z připojeného CPU se všemi dalšími zařízeními v síti.

Obr. 2.

Přímou podporu internetových technologií lze nalézt na všech novějších CPU řídicích systémů B&R postavených na platformě Intel. Operační systémy řídicích systémů B&R 2005 i panelů Power Panel a průmyslových PC se softPLC (B&R Automation Runtime) mohou obsahovat webový server podporující i funkce protokolu ftp. To umožňuje v případě potřeby přímý přístup z prostředí internetu k servisním a procesním datům. Mnohem používanější variantou, než je přímé připojení řídicího systému k internetu, je využití nadřazeného, obvykle vizualizačního PC jako přípojného bodu do internetu. Platforma PC má přece jen blíže k internetovým a kancelářským technologiím. Aby propojení těchto dvou světů bylo co možná nejsnadnější, nabízí B&R datový server pro prostředí Windows s označením PVI (Process Visualisation Interface), který směrem k řídicím systémům „umí“ B&R Automation Net, tedy komunikovat se systémy B&R prostřednictvím různých sítí. Do světa Windows a internetu zmíněný server poskytuje procesní data přes standardní rozhraní Windows, tedy DDE, OPC, přímé volání funkcí z knihoven DLL, pomocí objektů Active X a také přes webový server. Samotné PVI může být za pomoci protokolu TCP/IP rozděleno na více počítačů a umožňuje tak i dálkový přístup. Uživatel tedy má na výběr ze široké palety nástrojů a může konfiguraci přizpůsobit přesně nárokům aplikace. PVI však lze použít nejen pro diagnostiku, servis a programování na dálku, ale také pro připojení vizualizačních systémů, které podporují alespoň jedno z již zmíněných rozhraní (to v současnosti asi bez výjimky umí všechny balíky SCADA).

Komunikace mezi různými platformami
Jak již bylo na příkladu protokolů Ethernet Powerlink a Ethernet TCP/IP naznačeno, ne pro všechny typy dat je vhodný jeden typ sítě. I tak je ale kvůli snadnosti programování aplikace, diagnostice a možnosti programovat zařízení na dálku výhodná systémově transparentní komunikace přes všechny segmenty sítí a přes různé platformy automatizačních prostředků. Tuto úlohu v případě produktů B&R plní B&R Automation Net. Na tom, že je možné se na CPU „dovolat“ přímo připojením po sériové lince, přes modem nebo po síti TCP/IP, popř. na jiné CPU a z něj prostřednictvím sběrnice CAN na žádané CPU, z hlediska systému opravdu nezáleží, ale z hlediska uživatele je to nesmírná výhoda.

Opusťme však systematicky uspořádaný svět B&R a podívejme se na případ, kdy je třeba připojit zařízení třetích stran. Tady lze s výhodou využít velkou otevřenost systémů a nástrojů B&R, možnost volně programovat všechna komunikační rozhraní na zařízeních B&R (RS-232, RS-485, CAN, Ethernet, Profibus atd.) a taktéž velmi svobodně přizpůsobovat PVI požadavkům aplikace.

Z předcházejícího textu vyplývá, že různorodost požadavků z praxe nenahrává orientaci pouze na jednu jedinou platformu, jako je např. TCP/IP. Nutností je otevřenost a modularita spolu s podporou standardních a moderních technologií, a právě to dělá ze systémů B&R velice silný a výkonný nástroj pro řešení široké palety úloh.

Karel Bílek, B&R automatizace, s. r. o.

B&R automatizace, s. r. o.
Kalvodova 23
602 00 Brno
tel.: 05/43 23 60 46
fax: 05/43 23 60 47
e-mail: office@br-automation.cz
http://www.br-automation.cz

Inzerce zpět