Inteligentní propojovací a komunikační systém SmartWire-DT

Článek popisuje komunikační a propojovací systém SmartWire-DT, který dává běžným snímačům, spínačům a akčním členům možnost efektivní komunikace a diagnostiky a tím pomáhá naplňovat vize chytré výroby – průmyslu 4.0. 

Pod tlakem rostoucích nákladů, stále tvrdší konkurence a globalizace se pozornost podnikových manažerů zaměřuje především na provozní náklady zařízení. Komplexní systémy jsou v provozu ne několik let, ale obvykle po celá desetiletí. V důsledku toho náklady na prostoje, údržbu a servis rychle převáží počáteční investice. Během období deseti let se často zjišťuje, že provozní náklady již dosahují pěti- až desetinásobku pořizovacích.

K tomu, aby podniky získaly konkurenční výhodu, musí být provozní náklady udržovány na minimu. Klíčem k dosažení tohoto cíle je prediktivní údržba: transparentní přenos dat ze zařízení na úrovni jednotlivých součástí umožňuje rychlý a snadný přístup k informacím o kritických stavech a odchylkách od běžného provozu, které upozorňují na hrozící poruchu. Tím se v konečném důsledku zamezuje neplánovaným prostojům celého systému. Má-li uživatel více dat, může navíc optimalizovat i výkon zařízení. To významně snižuje celkové provozní náklady, zvyšuje produktivitu a zlepšuje řízení provozu. Nejde jen o data získávaná ze složitých elektronických součástí systému, jako jsou řídicí prvky nebo pohony, ale také o podrobné informace ze spouštěčů motorů, ovládacích a signalizačních přístrojů, snímačů a dalších provozních přístrojů. Tradičně tyto „jednoduché“ komponenty nejsou „inteligentní“, jelikož nejsou schopné síťové komunikace. Aby mohla tato zařízení komunikovat, jsou kompletně repasována nebo vyměňována, často během plánované modernizace celého zařízení, a připojována k síti buď paralelní kabeláží, nebo prostřednictvím sběrnicového systému. Každá taková modernizace vyžaduje značné investice, a přesto poskytuje pouze omezeně transparentní přenos dat. Modernizace také zvyšuje celkovou složitost systému a s tím souvisejí problémy, jako jsou náchylnost k chybám a náročnost instalace.

Efektivním řešením uvedeného problému na úrovni jednotlivých zařízení je inteligentní propojovací a komunikační systém SmartWire-DT. Nevyžaduje složité připojování jednotlivých přístrojů ani instalaci nákladné sběrnicové infrastruktury. Jednotlivá spínací zařízení, snímače a pohony jsou připojeny jediným kabelem, který současně zajišťuje napájení a datovou komunikaci. Takové řešení často zahrnuje komunikační moduly, které se připojují přímo k systému SmartWire-DT a starají se o sběr a předběžné zpracování dat. Jsou levné a kompaktní, takže mohou být použity i v nejmenších jednotkách, jako jsou např. tlačítka nebo pomocné spínače.

Přístroje, které jsou takto vybaveny „inteligencí“, nepotřebují ani nákladné propojení bod-bod, ani drahé napojení řídicího systému na sběrnici. Inteligentní systém propojení totiž umožňuje přímou integraci propojených přístrojů do centrálního řídicího systému nebo do existujícího komunikačního prostředí. Sem patří často používané ovládací a signalizační přístroje stejně jako stykače, motorové spouštěče nebo výkonové jističe. Systém SmartWire-DT ale není omezen na připojení pouze jednoduchých digitálních komponent. Rovněž usnadňuje připojení přístrojů poskytujících větší množství digitálních a analogových provozních dat. Zde je možné zmínit spouštěče motorů s měřicí elektronikou, softstartéry nebo měniče frekvence. Data generovaná všemi těmito přístroji mohou být jednoduše přenášena na nadřízenou úroveň. Inteligentní propojovací a komunikační systém navíc může přístroje současně napájet, proto není nutný rozvod 24V napájení. Díky nepřetržité kontrole komunikačního spojení je také poskytována informace, zda jsou komponenty připraveny k provozu – tedy informace, která v současné době u mnohých jednoduchých spínacích přístrojů téměř neexistuje. Výhody takového inteligentního systému se projevují zejména mimo rozváděč. Maximální délka jednoho řetězce je 600 m a připojit k němu lze až 99 účastníků. Je tak možné rychle propojit rozsáhlá zařízení se stovkami snímačů např. pomocí T-konektorů, které využívají běžné a standardizované připojení přístrojů konektorem M12 (obr. 1). Přednosti jsou zcela zřejmé – namísto vedení signálů od hlavních nebo decentralizovaných rozváděčů ke snímači je snímač napojen na komunikační systém přímo na místě. Musí-li být systém později rozšířen, na komunikační vedení se jednoduše připojí nový modul a k němu nový snímač. Inteligentní komponenty jako spouštěče motorů nebo výkonové jističe s elektronickými spouštěmi, softstartéry nebo měniče frekvence jsou napojeny na propojovací systém Smart­Wire-DT přímo. V obou případech však platí, že přístroje jsou propojeny přímo v provozu. Téměř tak nejsou zapotřebí drahé sběrnicové moduly s vysokým stupněm krytí a konvenční propojení bod-bod, náročné na instalaci kabeláže.

Z toho plynou po celou dobu životního cyklu zařízení významné výhody. Při přípravě projektu je možné logické vazby naplánovat lépe a jednodušeji, čímž lze snížit výdaje vynaložené na projektování až o 70 %. Během uvádění do provozu dosahuje výrobce zařízení značné časové úspory při zapojování. Výdaje na propojení, testování a uvedení do provozu mohou klesnout až o 85 %. Jednoduché uspořádání systému zajišťuje, že chybné zapojení je v podstatě nemožné.

Propojovací a komunikační systém Smart­Wire-DT také značně snižuje výdaje na rozšiřování a modernizaci. Nové přístroje jsou jednoduše připojeny na vedení přístrojovým konektorem a jsou konfigurovány pomocí tlačítka – takřka dokonale podle koncepce plug-and-play. Minimální tak jsou i výdaje za projektovou přípravu a doba odstavení zařízení z provozu je zpravidla podstatně kratší, než je tomu při konvenčním propojení. Rovněž v běžném provozu znamená vytvoření propojených funkčních skupin na pracovišti značné výhody z hlediska údržby a servisních prací na zařízení. V případě poruchy se aktivní části skupiny (měnič a motor) nacházejí ve vzájemné bezprostřední blízkosti. Odpadají tudíž dlouhé cesty mezi rozváděčem a motorem. Pohon může být bezprostředně na místě snadno a spolehlivě chráněn proti nechtěnému opětovnému zapnutí, čímž se sníží nebezpečí úrazu technika vykonávajícího údržbu. Inteligentní propojovací systém může za dobu životnosti zařízení snížit celkové náklady na elektrickou instalaci počínaje projektováním a konče údržbou až o 30 %.

SmartWire-DT: jeden systém, mnoho možností

SmartWire-DT „poskytuje distribuovanou inteligenci, která mění automatizaci“. Co si pod tím představit? Moduly rozhraní instalované na běžných spínacích přístrojích nahrazují vrstvu digitálních a analogových I/O v PLC. K propojení SmartWire-DT s libovolnou průmyslovou sběrnicí lze využít komunikační brány, a to nezávisle na typu použitého PLC. Systém SmartWire-DT je zároveň k dispozici jako integrovaná součást řídicích systémů společnosti Eaton (obr. 2).

K dispozici jsou dva různé typy modulů SmartWire-DT. Speciální funkční moduly nahrazují elektrická rozhraní výkonových stykačů, tlačítek, ovládacích přístrojů a pomocných spínačů. Inteligentní přístroje, jako jsou elektronická zařízení na ochranu motorů, softstartéry a měniče, vysílají digitální a analogové informace (např. hodnoty proudu, informaci o přetížení apod.) přímo do sítě SmartWire-DT. Výsledek: snadná konfigurace a lineární architektura řídicího systému s minimálním počtem součástí.

Inteligentní přístroje v srdci průmyslu 4.0

Inteligentní přístroje a otevřené komunikační standardy jsou základem pro řešení, která přesně odpovídají vizi průmyslu 4.0. Přístroje musí být schopné komunikovat s kaž­dou řídicí jednotkou v rámci otevřené architektury a přitom autonomně řídit specifické distribuované procesy. S komunikačním systémem SmartWire-DT a inteligentními přístroji uvádí firma Eaton do života vizi průmyslu 4.0. Inteligentní přístroje pomáhají technikům zefektivnit a zjednodušit jejich práci. To je další krok k zavedení kompletních řešení průmyslu 4.0.

 (Eaton Elektrotechnika s. r. o.)

Obr. 1. Připojení vzdálených akčních členů a snímačů do systému SmartWire-DT pomocí T-konektorů

Obr 2. HMI/PLC řady XV300 s přímým připojením do systému SmartWire-DT