Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Nová verze decentralizovaného řídicího systému Simatic PCS 7

Nová verze decentralizovaného řídicího systému Simatic PCS 7

Společnost Siemens patří mezi renomované výrobce průmyslových automatizačních systémů, které nacházejí uplatnění v širokém spektru řídicích úloh v mnoha odvětvích průmyslu. Mezi její nejúspěšnější řídicí systémy ze skupiny produktů Simatic patří velmi výkonný a spolehlivý systém pro řízení spojitých a šaržových technologických procesů PCS 7. Jednou z významných předností systému Simatic PCS 7 je velký počet v něm obsažených funkcí. Systém Simatic PCS 7 je v současné době úspěšně používán po celém světě např. v energetice, v chemickém, potravinářském a farmaceutickém průmyslu, při výrobě cementu apod., a to ve více než 5 000 automatizačních projektech.

V letošním roce přichází na trh nová verze uvedeného systému – Simatic PCS 7 Version 7.0 (PCS 7 V7.0). Při jejím vývoji byla brána v potaz zejména témata, která jsou pro zákazníky společnosti Siemens v oblasti řízení technologických procesů klíčová – výkonnost, dostupnost a bezpečný chod zařízení, snížení nákladů a ochrana vynaložených investic. Jedním z hlavním záměrů přitom bylo zmenšit potřebné objemy inženýrských prací a zkrátit doby nutné ke konfigurování rozličných automatizačních úloh.

V porovnání s předchozími verzemi systému Simatic PCS 7 přináší systém PCS 7 V7.0 změny mnoha vlastností na téměř všech úrovních řídicího systému. K nejdůležitějším patří změny v operátorském a inženýrském systému, v systému pro správu aktiv, u automatizačních stanic a v oblasti komunikace a informační bezpečnosti, které jsou popsány v dalším textu.

Operátorský systém: inovovaná správa hlášení

Hlavním rysem inovovaného operátorského systému je zdokonalený systém správy výstražných hlášení (alarm management). Cílem je neustále přehledně a jednoznačně informovat operátora o stavu zařízení a procesu tak, aby mohl správně a včas reagovat v různých kritických situacích. Pro ilustraci jsou v doprovodném textu v rámečku na této straně uvedeny některé poznatky, které ukazují na značný rozpor, který v praxi existuje mezi pracovním zatížením operátorů (měřeným četností výskytu výstražných hlášení) při řízení technologických procesů v různých odvětvích průmyslu a mezemi schopnosti operátora reagovat. S uvedenými poznatky korespondují údaje uváděné organizacemi NAMUR a EEMUA (Engineering Equipment & Materials Users Association), včetně jimi konstatovaného závažného rozporu s praxí (obr. 1).

Obr. 1.

Obr. 1. Schopnost operátora správně reagovat v závislosti na četnosti výstražných hlášení (zdroj: EEMUA, NAMUR)

V systému PCS 7 V7.0 lze výstražná hlášení slučovat do skupin členěných podle jednotlivých provozních stavů procesu a poté je inteligentně zobrazovat nebo skrývat podle předem nastavených kritérií (např. proces ve stavu uvádění do chodu, normální chod, údržba, nouzové vypnutí atd.). Výstražná hlášení může skrývat i operátor manuálně (je-li k tomu oprávněn). Veškerá výstražná hlášení, včetně skrytých, se zapisují do databáze alarmů, takže je lze kdykoliv zpětně analyzovat.

Spolu s inteligentním skrýváním výstražných hlášení jsou k dispozici také nástroje k analýze výstrah, sledování výkonnosti zařízení, vedení nezpochybnitelného deníku výstražných hlášení (audit trail) i nástroje pro správu přístupových práv a autorizaci operátorů.

Nově do operátorské části systému PCS 7 přibyla stanice s názvem Open PCS 7. Jde o PC fungující jako brána pro jednotný přístup k datům uchovávaným v systému Simatic PCS 7 přes rozhraní OPC a OLE/DB. Jestliže uživatel potřebuje umožnit přístup k naměřených hodnotám, výstražným hlášením či archivním datům z PCS 7 externím programům, jako je např. Microsoft Access, Excel atd., stačí do stanice Open PCS 7 poslat příslušný dotaz. Uživatel nemusí vědět nic o fyzickém umístění dat v systému, tj. nestará se o to, zda je požadovaná naměřená hodnota uložena na serveru A, B nebo C nebo v dlouhodobém archivu. Stanice Open PCS 7 mu je v systému sama najde a poskytne.

Zdokonalen je rovněž centrální archivační server, který je nyní k dispozici také v redundantním provedení.

Inženýrský systém: přidané funkce i nástroje

Na podporu použití systému PCS 7 ve farmacii a potravinářství je inženýrský systém u PCS 7 V7.0 rozšířen o další nástroje usnadňující splnění požadavků FDA. Dosud samostatně stojící nástroj Simatic Logon pro správu přístupových práv a autorizaci uživatelů je nyní integrován do řídicího systému již od jeho základního provedení, takže ho není nutné dodatečně objednávat.

Požadavky na operátora při správě výstražných hlášení: teorie a praxe

Podle publikovaných studií je člověk schopen současně reagovat jen na omezený počet barevně či akusticky kódovaných výstražných hlášení (výstrah, alarmů) – typicky uváděná hodnota je 7 ± 2. Při návrhu operátorského systému musí být uvedené omezení vzato v potaz a systém musí být proveden tak, aby se operátor v kritických situacích ve výstrahách „neutopil“. V připojené tabulce, publikované poradenskou společností Matrikon, jsou uvedeny počty a charakteristika rozložení výstrah typické pro vybraná odvětví průmyslu spolu s doporučeními, která pro tuto oblast vydala organizace Engineering Equipment & Materials Users Association (EEMUA).

Charakteristická veličina

Odvětví

Doporučení EEMUA

těžba ropy a plynu

petrochemie

energetika

ostatní

průměrný počet výstrah za den

1 200

1 500

2 000

900

144

průměrný počet přetrvávajících výstrah

50

100

65

35

9

maximální četnost výskytu (výstrahy/10 minut)

220

180

350

180

10

střední četnost výskytu (výstrahy/10 minut)

6

9

8

5

1

naléhavost výstrah: malá/střední/velká (%)

25/40/35

80/15/5

Dále jsou rozšířeny funkční schopnosti deníku změn, do kterého se zaznamenávají veškeré prováděné změny v projektu a jeho knihovnách (inženýrské i realizované on-line) se zaznamenáním času a jména uživatele, který změnu provedl.

Pro snazší správu verzí programu je k dispozici nástroj Version Cross Manager, který nalezne a graficky znázorní změny v kterémkoliv z archivovaných projektů či rozdíly mezi aktuální (on-line) verzí programu zavedenou v automatizační stanici a jeho verzí použitou off-line v inženýrské stanici. Porovnává rozdíly v konfiguraci hardwaru, nastavení komunikačních linek, hierarchii technologických zařízení, typech softwarových bloků a ve schématech CFC a SFC, včetně hodnot parametrů a globálních proměnných. Tato funkce pomáhá udržovat celkový přehled nad projektem řídicího systému.

Správa aktiv: další zdokonalení

V předchozí verzi systému, PCS 7 V6.1, byl představen nástroj pro kompletní správu aktiv řídicího systému (asset management). S tímto nástrojem lze sledovat aktuální stavy všech komponent řídicího systému, jako jsou I/O karty, automatizační a operátorské stanice, stavy přepínačů atd. Funkční schopnosti současné verze nástroje jsou dále rozšířeny o možnost doplnit ručně do systému „neinteligentní“ aktiva, jako např. motory, čerpadla, výměníky tepla nebo celé tzv. balené jednotky, a sledovat i jejich stavy (počet odpracovaných hodin, počet zdvihů, kvantifikace výkonnosti) a zobrazovat tyto údaje na monitorech v podobě panelu přístroje (faceplate). Funkce správy aktiv je také rozšířena o podsystém pro správu dokumentace, umožňující ke každému přístroji s elektronickým popisem (EDD) obsaženému v systému přiřadit až deset dokumentů, např. uživatelské příručky k přístroji, postupy při odstraňování konkrétního problému apod. (ve formátech pdf, doc, mpg a avi), a zobrazit je na stanici určené pro údržbu.

Automatizační stanice: zdokonalené i nové typy

Pro vlastní řízení procesu a zpracování I/O dat je sada použitelných automatizačních stanic v nové verzi řídicího systému rozšířena o stanice AS 414-3IE a AS 416-3IE s integrovaným rozhraním pro průmyslový Ethernet, který lze použít ke komunikaci s operátorskými stanicemi.

Obr. 2.

Obr. 2. Prvek Active Field Distributor (ADF) umožňuje použít kruhové zapojení sběrnice Profibus-PA
Obr. 3. Redundantní bezpečnostní sběrnice Profibus-PA (s profilem Profisafe)

U současných automatizačních stanic byla zvětšena kapacita operační paměti až o dvojnásobek a zároveň je zrychleno provádění logických operací o 25 až 40 %, podle procesorové jednotky.

Cenově zůstávají nové automatizační stanice na úrovni předešlých typů. V podstatě platí, že zařízení, které bylo dosud řízeno stanicí AS 416–2, lze v PCS 7 V7.0 řídit novou stanicí AS 414–3, což v konečném důsledku vede ke zlevnění celého projektu.

Sběrnice pro provozní přístroje: tři novinky

V oblasti sběrnic pro komunikaci s provozními přístroji přináší systém PCS 7 V7.0 tři zásadní novinky. Jsou to:

  • možnost integrovat do systému PCS 7 přístroje s komunikačním protokolem Foundation Fieldbus (FF), které se parametrizují z jednoho místa (inženýrské stanice) a jsou plně integrovány do systému správy aktiv; podporovány jsou všechny funkce FF včetně řízení přímo v provozu (control in the field),

  • nové zařízení Active Field Distributor (ADF), umožňující zapojit sběrnici Profibus-PA do kruhu, a dále tak zvýšit její spolehlivost (obr. 2),

  • rozšíření sběrnice Profibus-PA o bezpečnostní komunikaci při použití profilu Profisafe, stejného jako u sběrnice Profibus- DP nebo Profinet; spolu s redundantní architekturou lze tak získat cenově velmi zajímavé bezpečnostní řešení (obr. 3).

Obr. 3.

Ochrana před neoprávněným přístupem

V současné době již prostředky pro automatizaci výroby nejsou nezávislou, separátní buňkou v podniku. Z důvodu dokonalejšího plánování výroby, vyhodnocování výkonnosti technologického zařízení a dalšího zpracování technologických dat bývá řídicí systém se svými spolunáležitostmi často propojen s celou informační infrastrukturou podniku. To má kromě pozitiv i negativa v podobě různých hrozeb neoprávněného přístupu k naměřeným datům, napadení viry atd. Proto je nutné automatizační prostředky dodatečně chránit. V systému PCS 7 V7.0 je proto použit bezpečnostní koncept řešící otázky přístupu k systému, antivirové ochrany, aktualizací operačního systému Windows, nastavení firewallu, tunelů do privátních sítí (VPN) atd.

Závěrem

Systém Simatic PCS 7 je univerzální řídicí systém použitelný k řízení spojitých a šaržových technologických procesů ve všech oblastech průmyslu. Práce s novou verzí Simatic PCS 7 Version 7.0 je v důsledku zdokonaleného, do značné míry intuitivního způsobu ovládání mnohem snazší než s předchozími verzemi – oproti dřívějšku lze např. při provádění změn v projektu dosáhnout až 25% úspory času. Vedle vstřícnosti k uživateli a rychlejší činnosti systém PCS 7 V.7.0 přináší také rozšíření dosavadních funkcí systému správy aktiv v oblasti řídicího systému, redundantní sběrnici Profibus-PA doplněnou o bezpečnostní část, možnost použít sběrnici Foundation Fieldbus, vyšší stupeň informační bezpečnosti atd. Současná verze systému PCS 7 V.7.0 tak umožňuje mnohem efektivněji než dosud řídit technologické procesy a současně, zejména díky flexibilní modulární redundanci a zdokonaleným systémům správy výstražných hlášení a správy aktiv řídicího systému, dosahovat větší spolehlivosti provozu technologického zařízení a předcházet jeho neplánovaným odstávkám. Řídicí systém Simatic PCS 7 je v každém ohledu více než jen systém pro řízení technologických procesů.

Ing. Jan Kváč, Siemens, s. r. o.