Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Komunikace, bezpečnost a infrastruktura

Jaké trendy určují směřování chytrých závodů budoucnosti? Výrobní a informační systémy jsou v průmyslových odvětvích čím dál víc vzájemně propojeny. Díky tomu dosahuje průmyslová komunikace nové úrovně kvality a jsou shromažďovány údaje v doposud nevídaném množství. V otázce očekávaných výhod panuje všeobecná shoda: lepší vytížení výrobních zařízení, vyšší kvalita a flexibilita výroby. Ale jak budou vypadat chytré závody budoucnosti? Které klíčové faktory povedou ke změně a co z toho vyplývá pro strojní inženýry, provozovatele zařízení, integrátory systémů a výrobce zařízení?

 

Cesta k chytrému závodu budoucnosti (obr. 1) je dlážděna četnými problémy. Patří k nim vývoj vhodných komunikačních standardů, pomocí kterých bude možné inteligentně konsolidovat velké objemy dat. Pro propojení informačních a výrobních systémů (IT/OT) musí být vytvořena vhodná infrastruktura. To vyžaduje maximální možnou flexibilitu, aby bylo možné zlepšit interakci mezi výrobními linkami, zkrátit dobu vývoje a zvýšit přizpůsobivost výrobních systémů. Zároveň přitom nelze zapomínat na jednu věc: technika, která je k tomu zapotřebí, by měla být ovladatelná i bez potřeby zásadních speciálních znalostí ze strany uživatele.

Těmito tématy se již několik let zabývá společnost HMS Networks, která je jedním z předních nezávislých výrobců techniky pro průmyslovou komunikaci a průmyslový internet věcí (Industrial Internet od Things – IIoT). Specialisté v tomto oboru vidí tři prioritní oblasti, které je třeba zpracovat: komunikaci, zabezpečení (security) a infrastrukturu.

 

Průmyslový internet věcí a cloudové připojení

Průmyslový internet věcí je centrálním tématem vize budoucnosti, ve které jsou kyber-fyzické systémy provázány v rámci výroby a propojeny s oblastí informačních systémů. Za „souhrnným pojmem“ IIoT ale stojí různý aplikační software.

První krok, konsolidace informací, je často realizován lokálně v závodě. Vedle klasických rozhraní provozních sběrnic pro řízení procesů jsou pro takovou komunikaci využívány protokoly vyšších vrstev, jako je OPC UA. Ty jsou důležitým přínosem k vytvoření standardizovaných rozhraní strojů pro zjednodušení integrace strojů do informačních systémů. Protokol OPC UA je připraven k použití a výzvou pro výrobce zařízení je nyní pouze jeho integrace.

Za pojmem IIoT se ale zároveň skrývá cloudové připojení umožňující výměnu informací s partnery a dodavateli. Cloud současně umožňuje získat globální přehled o výrobních závodech nebo o realizaci nových služeb a obchodních modelů. V tomto případě se technická realizace soustředí především na stávající komunikační protokoly, jako je MQTT, a bezdrátové sítě, jako jsou 4G, 5G a WiFi.

Pro usnadnění práce specialistů na automatizaci integruje společnost HMS protokoly IIoT, jako jsou OPC UA nebo MQTT, do většiny výrobních linek. Jako příklad jmenujme vestavná rozhraní Anybus CompactCom a Secure, připravená k okamžitému použití, která podporují všechna běžná rozhraní průmyslových sběrnic a navíc také OPC UA a MQTT (obr. 2). Díky tomu má uživatel k dispozici oba komunikační kanály bez potřeby hlubších znalostí.

 

Zabezpečení a jeho standardy

Úspěšné zpřístupnění IIoT vyžaduje dobré přijetí koncovými uživateli. Hlavním faktorem je zabezpečení systémů, které je pro automatizaci velkou výzvou. V oblasti zabezpečení jde zejména o interakci výrobních linek s informačními systémy. Z toho vyplývá požadavek na šifrování komunikace prostřednictvím OPC UA nebo MQTT. Tento požadavek je ještě důležitější, jestliže je komunikace IIoT pomocí internetu přenášena na cloudové platformy. Známým a zavedeným standardem zaměřujícím se na důvěrnost informací je ve světě informatiky norma ISO 27001 Information Technology – Security Techniques – Information Security Management Systems – Requirements. Pro výrobní prostředí ale musí být zajištěna také funkční bezpečnost a dostupnost výrobních zařízení (obr. 3). Na tomto poli se jako nový bezpečnostní standard prosazuje norma IEC 62443 Industrial communication networks – IT security for networks and systems. V normách IEC 62443-4-1 a -2 je popsán rámec, jak musí výrobci komponent postupovat při implementaci zabezpečení automatizačních komponent. Standardizace v oblasti zabezpečení systémů ale ještě není dokončena a bude se postupně promítat do protokolů průmyslových sběrnic a komunikačních systémů. To rozhodně ne­usnadňuje specialistům na automatizaci nabízení nových řešení, která by obstála i v budoucnosti. Společnost HMS může pomoci i v tomto případě: pomocí vývojových procesů, které jsou certifikované podle norem ISO 27001 a IEC 62443, a produktů, které integrují silné prvky zabezpečení. V podobě modulů Anybus CompactCom IIoT a Secure nabízí zabezpečená komunikační rozhraní pro automatizační techniku využívající průmyslové sběrnice a zabezpečenou komunikaci v IIoT. Společnost HMS tak poskytuje výrobcům zařízení rychlý a snadný způsob zprovoznění zařízení pro IIoT na vysoké úrovni zabezpečení, a to i bez odborných znalostí. Na trhu, kde je téma zabezpečení teprve v počátcích, to může být rozhodující konkurenční výhoda, tedy i z pohledu řešení, která obstojí i v budoucnosti.

 

Flexibilita v infrastruktuře

Třetím tematickým okruhem na cestě k úspěšné digitalizaci jsou infrastruktury pro komunikaci. Zde je třeba propojit flexibilitu, efektivitu a škálovatelnost. Rozhodujícím standardem v této souvislosti bude bezdrátová síť 5G. V závislosti na druhu použití lze dosáhnout špičkové rychlosti přenosu dat až 10 Gb/s, zpoždění menšího než 1 ms a dostupnosti větší než 99,999 %. Také je možné realizovat mimořádně energeticky úspornou komunikaci. Kromě toho lze pokrýt různé případy použití, v rámci kterých je v současné době využíváno více druhů bezdrátových sítí, např. WiFi, LoRa, Bluetooth nebo klasické mobilní sítě 3G a 4G.

Díky mechanismům TSN (Time Sensitive Networking) je zajištěna spolehlivá a jednotná deterministická komunikace mezi provozní úrovní a úrovní informačních systémů a umožněno využití zcela nových aplikací cloud computingu. Standardní komunikační mechanismy TSN jsou momentálně integrovány do různých komunikačních protokolů, jako jsou CC-Link-IE a Profinet, nebo na vyšší úrovni IIoT do OPC UA. Jestliže navíc bude využit nový ethernetový standard SPE (Single Pair Ethernet) pro kabelové připojení senzorů, je chytrý závod budoucnosti opravdu realizovatelný.

Tyto sítě, standardy a mechanismy jsou však stále ještě v plenkách a k jejich celoplošnému zavedení do průmyslu povede dlouhá cesta. Většina projektů využití sítí 5G se momentálně nachází ve fázi ověřování konceptu. Přesto se společnost HMS ve své nabídce bezdrátové komunikace již nyní zaměřila na standardy 5G a vyvíjí komunikační hardware, který je s 5G kompatibilní. Disponuje také prototypy komunikačních rozhraní s TSN. První sériově vyráběné produkty jsou k dispozici od poloviny roku 2021.

 

Závěr

Možnosti digitalizace jsou ohromné, stejně tak ovšem i výzvy v případě různých komunikačních standardů, kybernetické bezpečnosti a také infrastruktury. Všechny tyto oblasti jsou spolu úzce propojeny a umožňují plnohodnotné využití digitalizace tím, že budou řešení realizována ve všech uvedených oblastech. Společnost HMS nabízí řešení pro všechny tyto tematické okruhy a je dlouhodobým technologickým partnerem pro úspěšnou digitalizaci.

 

Thilo Döring, jednatel společnosti HMS Industrial Networks GmbH

 

Obr. 1. Cesta k chytrému závodu budoucnosti je dlážděna četnými výzvami, k nimž patří vývoj vhodných komunikačních standardů, aspekty zabezpečení informačních systémů a také vhodná infrastruktura

Obr. 2. Vestavná rozhraní Anybus CompactCom a Secure, připravená k okamžitému použití, podporují rozhraní všech významných průmyslových provozních sběrnic a navíc také OPC UA a MQTT

Obr. 3. V oblasti výroby nabývá na důležitosti téma zabezpečení (grafika: HMS a Adobe Stock)

Obr. 4. Společnost HMS má rozsáhlou nabídku produktů pro bezdrátovou komunikaci a vyvíjí komunikační hardware, který je již nyní kompatibilní s 5G