Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Historie, současnost a budoucnost programovatelných automatů Modicon

Prvním programovatelným automatem na světě byl Modicon 084 (1969), prvním všeobecně uznávaným průmyslovým komunikačním protokolem se stal Modbus (1979), jako první programovatelný automat řady ePAC vstupuje na scénu Modicon M580 (2014). To jsou jen tři milníky z dlouhé a slavné historie programovatelných automatů na cestě společnosti Schneider Electric. Pojďme si klíčové momenty jejich vývoje přiblížit podrobněji.

 

Vznik prvního programovatelného automatu Modicon 084

V roce 1968 začal výrobce automobilů General Motors (GM) řešit zvýšení spolehlivosti řízení výroby. Cílem bylo vyvinout zařízení, které nejenže bude spolehlivější než ručně propojované reléové řídicí systémy, ale jehož vlastnosti bude možné měnit podle požadavků z výroby. V zadání vývojového úkolu dále stálo:
  • modularita a možnost snadného rozšíření,
  • odolnost proti vlhku, prachu a vibracím,
  • programování analogického návrhu reléových (kontaktních) schémat.
Jedním z oslovených subjektů byla inženýrská firma Bedford Associates z Bedfordu ve státě Massachusetts v USA. Důmyslně kombinovali tehdy novou techniku, např. integrované obvody s pevnou logikou, s kontaktními schématy neboli schématy zapojení reléových obvodů ovládajících technologická zařízení. Výsledkem jejich vývoje byl programovatelný automat, který tenkrát označili zkratkou PC (Programmable Controller). Tento programovatelný automat bylo možné ve srovnání s reléovými jednotkami snadno a rychle nainstalovat a uvést do provozu. Ještě větší výhoda však spočívala v jeho jednoduchém grafickém programování, které dokonale nahradilo manuální propojování relé a výrazně zkrátilo dobu potřebnou k vypracování návrhu a programování řídicího systému a následným úpravám.
 
Nový systém, aby se odlišil od rozvíjejících se počítačů typu PC, byl později označen jako Programmable Logic Controller, ve zkratce PLC, česky programovatelný automat. Vynálezci, jejichž tým vedl Richard Morley, prvnímu programovatelnému automatu na světě říkali jednoduše 084 (obr. 1) – to proto, že byl 84. projektem, jímž se jejich firma zabývala. Aby se mohli svému „dítku“ plně věnovat, založili v roce 1969 samostatnou společnost zabývající se výhradně vývojem, výrobou a prodejem programovatelných automatů. Pojmenovali ji Modicon – jako zkratku slov Modular Digital Control. V březnu roku 1969 byl Modicon 084 poprvé úspěšně implementován v provozu.
 
První programovatelný automat Modicon 084 byl vybaven feritovou pamětí o kapacitě 32 kB, kde byl uložen jak operační systém, tak aplikační program. Takovou pamětí byl vybaven i tehdy rozšířený sálový počítač IBM 360, model 30. Modicon 084 zvládl obsloužit 256 I/O. Samostatný programovací panel (P101) o velikosti kufříku umožňoval nastavit základní funkce automatu.
 

Modicon 084 udivuje a píše dějiny

Modicon 084 byl nejen velkým technickým úspěchem oněch dnů, ale též pozoruhodně odolným a spolehlivým zařízením. Jen tak měl, jako představitel zcela nové techniky, šanci na úspěch.
 
Během manipulace při svém prvním předvádění jednomu z prvních velkých klientů Modicon 084 spadl na zem, provázen náležitým zvukovým efektem. Připomeňme si, že 084 dosahoval velikosti menší chladničky a byl v důsledku použité techniky velmi těžký. Technici beze slova 084 postavili, zapojili a uvedli do chodu – bez nutnosti jakékoliv opravy. Zástupci uživatele celou operaci bedlivě sledovali a nedokázali se ubránit překvapení. Na vlastní oči viděli, že Modicon 084 normálně funguje, jako by se nic nestalo. Modicon se dokázal prezentovat skutečně působivě.
 
A další známý příběh. Technik zákazníka, který se rozhodl pro Modicon 084, předváděl konkurenční firmě, proč si vybrali právě toto zařízení. Programovatelný automat, který byl v provozu, ovinul svařovacím kabelem pod proudem, aby simuloval silné elektromagnetické rušení. Modicon 084 pracoval dál bez nejmenších problémů. Potom jej ještě polil limonádou – ani to mu neuškodilo. Zástupci konkurenční firmy sdělil, že budou kupovat jejich PLC, až vydrží to samé co Modicon 084. Tato firma, která byla jedním z účastníků soutěže o vývojovou zakázku pro GM, brzy na to vývoj vlastního PLC vzdala.
 
Pádným důkazem mimořádné spolehlivosti a odolnosti je, že ještě třicet let od zahájení výroby a prodeje PLC Modicon 084 bylo po celém světě v provozu více než sto kusů.
 

Modicon a Schneider Electric – spojení v nejlepších letech

Společnost Modicon existovala samostatně do roku 1977, kdy byla prodána firmě Gould Electronics a později firmě AEG. Roku 1995 se Modicon stal členem skupiny Schneider Electric. Otevřela se tak nová kapitola dějin automatizace. Synergie dvou prestižních značek, Modicon a Telemecanique, které jsou od té doby vlastněny toutéž mateřskou firmou, se stala zárukou trvalého vývoje a inovací řídicích systémů.
 
Na trh byly uvedeny řídicí systémy Modicon Premium (obr. 2) a Modicon Quantum (obr. 3), zaměřené na řízení kontinuálních technologických procesů. Měly všechny potřebné vlastnosti pro řízení procesů, a to včetně možnosti redundance pro technologie s požadavky na velkou dostupnost řídicího systému. Důležitými vlastnostmi v této oblasti, kde se životnost technologických zařízení počítá na desetiletí, je možnost efektivní správy životního cyklu a snadného přechodu ze starších řídicích systémů na nové.
 

Modbus – první komunikační protokol pro PLC

Nedílnou součástí historie průmyslové automatizace byl rozvoj komunikačních sběrnic. Zpočátku totiž chyběla možnost přímo propojit PLC a řídicí počítače. Pro to, aby byla možná komunikace mezi uzly řídicího systému (PLC, PC a dalšími inteligentními jednotkami) založená na výměně zpráv, byl vyvinut komunikační protokol Modbus (zkratka Modicon Bus). Tento protokol je současně využíván i k programování PLC.
 
Modbus je otevřený standard popisující strukturu zpráv (na sedmé, aplikační vrstvě ISO/OSI). Modbus není vázán na žádnou fyzickou vrstvu a nevyžaduje žádnou placenou licenci. Původně byl provozován na rozhraní RS-232, později přešel na RS-485 a připsal si další výhody: vyšší rychlost a větší dosah. Stal se standardem v rychle se rozvíjející oblasti průmyslových komunikací. Dalším významným milníkem byla implementace protokolu Modbus do standardu Ethernet a protokolu TCP/IP s oficiálním označením Modbus TCP. Dne 12. dubna 2004 převedla firma Schneider Electric svá autorská práva na neziskovou organizaci Modbus-IDA (www.modbus.org). Ta pečuje o rozvoj tohoto protokolu a zajišťuje certifikaci jeho implementace v automatizačních produktech.
 

Koncepce Transparent Ready: webové služby pro Modicon

S nástupem internetu a webových služeb v komerční sféře začali o jejich využití přemýšlet také uživatelé v průmyslu. V roce 2003 tak vznikl koncept Transparent ReadyTM.
 
Stručně řečeno, jde o implementaci internetových standardů v oblasti průmyslové automatizace a řízení elektrických rozvodných sítí. Veškeré informace, jako např. diagnostické údaje, údaje potřebné pro regulaci procesů apod., jsou přenášeny prostřednictvím internetu. Hlavními prvky koncepce Transparent Ready jsou webové servery integrované přímo v jednotlivých komunikačních modulech průmyslových zařízení. Služby těchto serverů jsou odstupňované do tří kategorií: umožňují oprávněnému uživateli sledovat a ovládat technologický proces z prostředí běžného internetového prohlížeče, zpřístupňují informace o provozních hodnotách stavu zařízení, o jeho diagnostice a údržbě a umožňují správu alarmů. Pomocí nich lze také přistupovat do vnitřní datové paměti řídicího systému, popř. jej dálkově programovat. Všichni uživatelé podnikové sítě s určeným přístupem mají možnost napojit se na libovolné zařízení a sledovat tak provozní, diagnostická a jiná potřebná data.
 

Modicon M340 s rekordními počty prodaných kusů

V roce 2007 uvedl Schneider Electric na trh další přelomové PLC – Modicon M340. Nově bylo pro programovatelné automaty zavedeno označení PAC (Programmable Automation Controller). Tyto programovatelné automaty byly podpořeny výkonným softwarem Unity Pro s možností integrovat a diagnostikovat inteligentní přístroje prostřednictvím standardu FDT/DTM.
 
Modicon M340 využívá moderní technické prostředky, jako např. Ethernet s optickými kabely nebo WiFi. Umožňuje zaznamenávat časové značky s přesností 1 ms včetně SOE (Sequence Of Events). Již na počátku roku 2011 překonal v prodejích hranici 100 000 kusů s meziročním nárůstem o 26 %.
 

PlantStruxure a MachineStruxure: otestované koncepty řídicích systémů

Dynamický a diverzifikovaný vývoj v oblasti automatizace ukazuje, že není možné jednoduše používat jeden koncept řídicího systému pro všechny úlohy v průmyslu. Proto Schneider Electric roku 2010 vyvinul ucelený koncept PlantStruxure pro řízení kontinuálních technologických procesů s vazbou na inteligentní akční členy a provozní přístrojovou techniku. Jeho robustní hardwarový základ tvoří PAC Modicon.
 
Koncept MachineStruxure naproti tomu reflektuje specifické požadavky výrobců strojů a strojních zařízení – typicky možnost integrace servopohonů a rychlého diskrétního řízení.
 
Třetí, do určité míry atypickou kategorii představuje koncept pro telemetrii reprezentovaný systémy rPAC SCADA Pack. Jde o specializované stanice RTU zaměřené na záznam (logování) klíčových dat s časovou značkou a optimalizovaný bezdrátový přenos zabezpečenými telemetrickými protokoly do nadřazeného dispečinku.
 

Trendy v automatizaci aneb co nás ještě čeká

Podle nedávné studie poradenské společnosti ARC Advisory Group se bude vývoj ubírat směrem k využívání otevřených obecně dostupných produktů typu COTS (Commercial Off-The-Shelf) se silným důrazem na dostupnost (spolehlivost) zařízení a transparentnost přenosu informací. Stále vyšší požadavky budou kladeny na využití „distribuované inteligence“, jinak řečeno provozní přístrojové a řídicí techniky připojené na sběrnici s možností lokálního záznamu a zpracování dat, diagnostiky, regulace a řízení. Předpokládáno je využití Ethernetu od úrovně akčních členů přes systémy PLC (PAC) a HMI až po podnikové řídicí a informační systémy MES a ERP. Již nyní je vedena diskuse o internetu věcí a jeho využití v průmyslu (IIoT).
 

Modicon M580 – první ePAC na světě

Právě nyní uvádí Schneider Electric na trh další převratný systém Modicon M580 (obr. 4), který vychází vstříc soudobým trendům. Nový programovatelný automat má přímo v sobě integrovaný řízený ethernetový přepínač (switch). S využitím vlastních opticko-metalických konvertorů dokáže vytvořit rozsáhlou redundantní distribuovanou kruhovou síť s protokolem RSTP. Diagnostikovat ho lze i prostřednictvím tabletů a chytrých telefonů.
 
Zásadní posun ovšem nastal v zabezpečení služeb proti kybernetickým útokům. Modicon M580 prošel certifikací Achilles Level 2. Jednotlivé služby (typicky přenos souborů nebo nahrávání programů prostřednictvím FTP) mohou být chráněny heslem a zakódovány, nebo dokonce pro vybraná PLC úplně zakázány. Zvláště v oblasti řízení procesní výroby se uplatní funkce on-line změn konfigurace včetně přidání nových jednotek za provozu (CCOTF – Change of Configuration On the Fly).
 

Závěr

Roku 1969 se stal Modicon 084 prvním programovatelným automatem na světě. Od té doby jsou PLC a PAC Modicon stále vnímána jako produkty, které využívají špičkovou pokročilou techniku, jsou odolné, vynikají velkou provozní spolehlivostí a zajišťují dlouhodobou ochranu investic uživatelů.
Michal Křena, Schneider Electric 
Obr. 1. Modicon 084, první PLC na světě – 256 I/O, 32 kB paměti
Obr. 2. Modicon Premium, velké PLC vhodné pro rozsáhlé řídicí úlohy nejen v diskrétní, ale i v procesní výrobě
Obr. 3. Modicon Quantum, velké PLC vhodné pro procesní výrobu, včetně technologií s velkými požadavky na spolehlivost; první PLC s možností využít pro diagnostiku a vzdálený dohled webové služby
Obr. 4. Modicon M580, první ePAC na světě, vyniká v oblasti ochrany proti kybernetickým útokům