Aktuální vydání

celé číslo

04

2022

veletrh Amper 2022
celé číslo

Jednotné řídicí prostředí Industrial IT

Automa 9/2001

Ing. Jiří Unčovský CSc., ABB, s. r. o., Brno
Michal Křena, ABB, s. r. o., Praha

Jednotné řídicí prostředí Industrial IT

Ukazuje se, že nejvýznamnější charakteristikou průmyslu posledních let minulého a prvních let tohoto století jsou rychlé změny. Revoluce probíhá v tomto ohledu i v oboru automatického řízení v průmyslu. Je přitom lhostejné, jestli řízení chápeme jako stabilizaci a optimalizaci chodu výrobních operací, řízení materiálových toků, dodavatelsko-odběratelských vazeb, ekonomických parametrů výroby nebo logistiku distribuce v obchodních sítích. Změny jsou dobře patrné nejen v požadavcích zákazníků, hnaných vpřed rostoucími nároky souvisejícími se všemi aspekty globalizace, ale i v inovacích předních výrobců automatizační techniky.

Jednou ze zásadních koncepčních novinek poslední doby je systém Industrial IT firmy ABB nabízející zákazníkům jednotné prostředí pro řízení na jednotlivých úrovní výrobního závodu.

Systém Industrial IT je založen na metodě Aspect Object. Tvoří ho následující základní samostatné celky (obr. 1):

  • Control IT: řídicí jednotky (AC800M/C/F) a distribuované moduly v/v (S800, S900) popsané např. v [1],

  • Engineer IT: nástroje pro vývoj a tvorbu aplikací (Control Builder aj.),

  • Operate IT: vizualizační systém pro operátorské stanice,

  • Inform IT: systém pro ukládání, zpracování a přenos dat do informačního systému podniku,

  • Produce IT: do značné míry integrované aplikace řízení vsádkové výroby,

  • Optimize IT: systém pro optimalizaci podnikových aktiv z hlediska doby jejich života

a do systému Industrial IT jsou postupně zahrnovány i ostatní aplikace z portfolia nabízeného firmou ABB jako měniče frekvence (Drive IT), analyzátory (Analyze IT) aj. Společnost ABB zákazníkovi zaručuje, že jednotlivé produkty nabízené v rámci Industrial IT budou nejen vzájemně propojitelné s možností těsné integrace, ale i použitelné samostatně se systémy jiných výrobců. V tomto směru jsou již dnes u určitých výrobků k dispozici výsledky jednotlivých testů. Při použití shora uvedených systémů získává uživatel výkonné prostředky nejen pro efektivní řízení technologického procesu, ale i pro vertikální a horizontální integraci dat v podniku. Většina systémů je navíc, díky použitým standardům typu OPC (OLE for Process Control), MS Windows a Ethernet nezávislá na stávajících výrobních systémech. V dalším textu se podrobněji zmíníme o modelu Aspect Objects a dílčích systémech Operate IT, Engineer IT a Inform IT.

Obr. 1.

Aspect Objects
Obchodní známkou chráněná metoda Aspect Objects™ je základním stavebním kamenem systému Industrial IT. Vychází z předpokladu, že výrobní zařízení se skládá z množiny základních prvků (objektů), jako jsou čerpadlo, ventil, motor, reaktor atd. Různými kombinacemi těchto prvků jsou vytvářeny objekty – zpracovatelské a výrobní jednotky apod. Takzvané aspekty jsou potom různé předem definované soubory údajů o objektu. Aspektem mohou být např. dialogové okno aplikačního programu řídicího systému, historická data, výstražná hlášení, události, časové průběhy apod. Počet použitých aspektů není nijak omezen a podle přání zákazníka lze mezi ně začlenit zprávy z provozu (reports), elektronickou dokumentaci, simulační program apod. Systémy nebo formáty aspektů mohou tedy být běžně užívané např. v programech Autocad, MS Word, MS Excell, MS Access apod. Všechny aspekty jsou vždy vázány k danému objektu a není potřeba je dohledávat v obsáhlých knihovnách daného systému (obr. 1).

Operate IT
Vizualizační systém Operate IT umožňuje velmi jednoduchý přístup k údajům z technologie a nadstavbových aplikací napříč z celého podniku. Současně nabízí veškeré funkce operátorského rozhraní (Human Machine Interface – HMI), jako jsou např. správa událostí, výstražných hlášení, časových průběhů veličin, zpráv atd. Základem systému Operate IT, umožňujícího sdílet data v jednotném prostředí v celém podniku, je objektově orientovaná platforma Aspect Objects. Systém Operate IT pracuje pod Windows 2000 a k navigaci slouží internetový prohlížeč Microsoft Internet Explorer 5.5.

Hlavním přínosem pro zákazníka je okamžitý přístup (jedním kliknutí pravého tlačítka myši) k různým údajům – aspektům. Integrace s okolím může být realizována v několika stupních, těsná nebo volnější, podle požadavků zákazníka. Typickým příkladem je těsná integrace Operate IT s řídicím systémem. Celý systém se tak posouvá do výkonnější kategorie distribuovaných řídicích systémů (Distributed Control System – DCS) se zachováním otevřenosti vůči hardwarovým platformám jiných výrobců prostřednictvím serveru OPC. Další významnou výhodou je strukturovaná nabídka dat podle požadavků uživatele. Lze ji založit na geografické struktuře podniku (např. hala A, hala B apod.), funkční struktuře technologie (např. plnění, čištění, filtrace, balení, expedice) nebo struktuře řídicího systému (PLC1a, PLC2b, PC1, PC2 apod.). Technolog může mít nastavenou funkční strukturu a naopak údržba a servis budou nejčastěji používat strukturu řídicí.

Engineer IT
Současné podniky využívají výměnu a zpracování dat ve dvou směrech – horizontálně, kde jde především o životní cyklus závodu od plánování přes implementaci a uvedení do provozu, provoz a jeho optimalizaci a vertikálně – od výrobních provozů až po podnikové informační systémy.

Nástroj Engineer IT umožňuje nahlížet na data z obou těchto směrů, a to neomezeně. Základem je opět metoda Aspect Objects. Konkrétní inženýrské nástroje jsou pak obsaženy v pěti specifických odstupňovaně uspořádaných a jednoduše rozšířitelných, modulech, kterými jsou:

  • Plant Explorer jako univerzální nástroj k vytváření struktury jednotlivých komplexních výrobních objektů i k tvorbě objektů nových;

  • Parametr Manager k definování vlastních parametrů a odpovídajících atributů a k jejich implementaci v systému jako celku;

  • Document Manager je určen ke správě dokumentace (např. specifikací, katalogových listů, výpisů různých aplikačních programů apod.) a ve spojení s programy MS Word nebo MS Excel umožňuje dynamicky modifikovat data projektu obsažená v ostatních nástrojích integrovaných v systému Engineer IT;

  • Aspect Data Sheet pro úpravu, třídění a filtraci dat v definované úrovni;

  • Control Builder jako nástroj k tvorbě aplikačních programů v kterémkoliv z programovacích jazyků podle normy IEC 61131.

Hlavní důraz se klade na to, aby stačilo vložit údaj během životního cyklu závodu do systému pouze jednou a pak ho již trvale používat v aplikačním programu řídicí jednotky, systémech Operate IT, Optimize IT atd.

Inform IT – základ integrace podniku
Přesná a včasná informovanost byla vždy důležitá pro výsledek jakékoli složitější činnosti. V současné době potřeba informací výrazně roste: je to samozřejmé v době nastupujícího e-byznysu, kdy konkurenčním prostředím je stále víc celý – řekněme přesněji „připojený“ – svět. Změněný pohled na cenu údajů a potřeba mít jejich včasné prezentace na správném místě pak v poslední době výrazně mění i nabídku výrobců automatizační techniky.

Koncepce Industrial IT došla v realizaci myšlenky úplného propojení všech informačních úrovní podniku zatím zřejmě nejdál. Aplikací, která tok dat a informací v podniku umožňuje, je Inform IT Enterprise Historian (krátce Inform IT). Stručně si ji charakterizujme.

Obecně se úspěšný systém pro sběr a distribuci dat napříč podnikem neobejde bez tří základních složek s funkcemi sběru a archivace dat, uživatelského rozhraní a komunikace. Funkce související se sběrem dat zajišťuje v Inform IT modul Historical Engine. Jeho úlohou je sbírat, zpracovat a hospodárným způsobem ukládat data (často řádově tisíce údajů každou sekundu), rychle je vyvolávat, zpracovávat a distribuovat pro množství různých klientů, zajistit jejich replikaci do dalších databází, on-line archivaci atd. To velmi dobře umožňuje architektura klient-server, použitá pro tzv. History Services, jejímž jádrem je upravený databázový server Oracle.

Podsystém uživatelského rozhraní (User Interface) se stará o to, aby uživatelé dostali shromážděné údaje, popř. informace, v té podobě, kterou vyžadují. K tomu slouží nejen velmi bohatě vybavené a intuitivně parametricky nastavitelné grafické prostředí pro zobrazení časových průběhů veličin i vizualizaci chodu technologií, ale i množství předem definovaných bilančních protokolů a dalších formátů výstupních hlášení a zpráv. Vedle toho jsou k dispozici funkce pro vytváření tabulek a grafů v Excelu (Excel-Add-Ins) přímo ze živých dat. Samozřejmé jsou v současné době vlastnosti jako dostupnost dat na webu, použití technologie tenkých klientů (thin clients), mobilní komunikace atd.

Pokud jde o komunikační funkce, je základem úspěchu propojitelnost – možnost jednoduše navzájem propojit nejrůznější hardware a software. Spojení mezi řídicími systémy se naštěstí v poslední době velmi zjednodušilo díky stále častěji používanému standardu OPC a lze je tedy realizovat téměř vždy, buď při použití standardního Server OPC, nebo serveru vyrobeného na zakázku. Technicky odlišná je komunikace s aplikacemi typu podnikových informačních systémů (Enterprise Resource Planning – ERP, např. SAP R/3), systémy řízení dodavatelských řetězců (Supply Chain Management – SCM) apod. Zde nabízí Inform IT obecně užívané komunikační standardy (např. Agilent e-link) nebo podstatně levnější, stejně kvalitní řešení na míru dané implementace.

Obr. 2.

Inform IT s funkcemi nadstavby
Aplikace Inform IT Enterprise Historian ale nabízí více než jen shora uvedené základní nástroje. Pomocí integrovaných speciálních funkcí umožňuje realizovat další nadstavbové činnosti uzpůsobené na míru dané implementaci nebo průmyslovému odvětví.

Nároky na zabezpečení dat se v jednotlivých průmyslových odvětvích až diametrálně liší. K dispozici je proto distribuované ukládání (data jsou předzpracována a exportována z primárního uzlu do tzv. konsolidačního), popř. duální záznam (data jsou zrcadlově ukládána ve dvou nezávislých uzlech). Samozřejmě vedle nabídky všech klasických databázových technik, jako jsou archivace na přenosná media, disková pole, automatické zálohování atd.

Často zatím zůstává většina nasbíraných dat zcela nevyužita. InformIT proto obsahuje prostředek pro tzv. data mining. K čemu je to dobré? Analýza dat (v nespřaženém i spřaženém režimu – off-line i on-line) umožňuje optimalizovat výroby od úrovně regulačních smyček až po celé linky, vytvářet virtuální analyzátory a tzv. softsenzory (programově realizované „snímače“ poskytující druhotné, tj. vypočítávané, veličiny) založené na on-line výpočtu korelací s dalšími veličinami, hledat špatně dimenzovaná místa ve výrobním procesu atd.

Velkou výhodou společnosti ABB je, že její specialisté mají velmi rozsáhlé zkušenosti a hluboké know-how téměř ve všech odvětvích průmyslu. To jí dovoluje nabízet aplikace připravené doslova „na míru“ daného odvětví se speciálními funkcemi a předem zpracovanými strukturami. Uveďme dva příklady:

  • vsádkové způsoby výroby (chemie, farmacie) často vyžadují jinou strukturu ukládání dat a spolupráci s softwarem pro řízení vsádkových výrob (např. Produce IT): k tomu je velmi vhodný modul Production Data Log umožňující shromažďovat a distribuovat data přesně v žádaných strukturách;

  • specializovanými aplikacemi jsou také informační systémy nabízené pro papírenský průmysl (nástroje pro ukládání a distribuci dat o profilech vyrobeného papíru), průmysl stavebních hmot (aplikace Knowledge Manager s množstvím předem definovaných funkcí a s návazností na optimalizační software) anebo metalurgický průmysl.

Současně je pro Inform IT charakteristické používání standardů běžných v průmyslové automatizaci a prostředí IT. Kromě zmíněného OPC jsou to platforma Windows NT, technika webových prohlížečů, formáty HTML a XML, protokoly TCP/IP pro komunikaci atd. To je velmi dobré z pohledu budoucího vývoje i ze současného hlediska jednoduché údržby aplikací.

Vhodné je také zmínit kontinuitu vývoje produktu. Systém InformIT totiž navazuje na starší úspěšná řešení informačních systémů, která jsou již dlouho součástí řídicích systémů dodávaných ABB. Nový produkt má již i domácí reference (nechceme-li odkazovat na starší aplikace, ještě na bázi Unixu): informační systém realizovaný v cementárně Mokrá (Knowledge Manager) a podobnou aplikaci (ale s výrazně rozšířenou návazností na laboratoř a obchodní systémy) právě vznikající v cementárně Prachovice.

Závěr
Systém Industrial IT od firmy ABB nabízí zákazníkům inovativní a ucelený koncept automatizace. Všem „správným“ osobám v rámci podniku lze jeho prostřednictvím dodávat informaci ve správný čas, na správné místo a ve vhodném formátu. Důsledky v podobě zlepšení ekonomických ukazatelů, zvýšení kvality výroby, zkrácení odezev na dodávky zboží atd. jsou zřejmé. I proto byl koncept Industrial IT v dubnu 2001 oceněn renomovaným časopisem Control Engineering jako jeden z nejlepších inovativních produktů roku 2000.

Literatura:

[1] Řídicí systémy Control IT. Automa, 7, 2001, č. 6., s. 18-19.

ABB s. r. o.
Sokolovská 84-86
186 00 Praha 8
tel.: 02/22 83 23 38
fax: 02/22 83 23 10
www.abb.com/cz