Aktuální vydání

celé číslo

06

2020

Automatizace v potravinářství a farmacii

celé číslo

Nové možnosti řídicího systému Simatic PCS 7

Systém pro řízení spojitých technologických procesů Simatic PCS 7 je pro svou schopnost realizovat moderní řešení podle specifických požadavků nejrůznějších odvětví se spojitou výrobou v posledních několika letech jedním z neúspěšnějších řídicích systémů třídy DCS na trhu. Rozmanitost funkcí, provozní pružnost a výkon systému Simatic PCS 7 v aktuální verzi 8.0 SP1 dále posouvají výkonnostní meze typického systému pro řízení spojitých procesů. Technologická rozšíření, která systém nyní obsahuje, nabízejí mnoho nových, perspektivních možností jeho využití. 

Řídicí systém Simatic PCS 7 ve verzi 8.0 SP1 (PCS7 V8.01), který je v současné době na trhu, přináší mnoho nových možností a vylepšení. K nejvýznamnějším novinkám patří především zbrusu nová procesorová jednotka CPU 410-5H, dále redundantní provozní archivační program pro účely spolehlivé dlouhodobé archivace technologických údajů, přepracovaná koncepce systému správy výstražných hlášení a nabídka technologických knihoven ke sledování mechanických komponent pro účely preventivní údržby. 

Procesorová jednotka CPU 410-5H

Nová procesorová jednotka CPU 410-5H je mimořádná hned v několika ohledech. Nabízí mimořádně velký výkon a širokou výbavu, vyšší stupeň ochrany proti vnějším vlivům, jako jsou vlhkost a teplota, stupňovitě rozšiřitelnou paměť RAM a rozhraní pro komunikační sběrnice s protokoly Profibus-DP a Profinet. Nová CPU 410-5H PN/DP je ukázána na obr. 1, její základní charakteristiky shrnuje tab. 1.

Jestliže uživatel spojí dvě jednotky CPU 410 optickým kabelem při použití synchronizačních modulů, získá redundantní CPU 410-5H pracující na principu 1oo2 se zvýšenou odolností proti poruše. Při použití programovacího nástroje S7F System a bezpečnostních karet I/O může CPU 410-5H dokonce fungovat jako bezpečnostní jednotka s certifikací podle IEC 61508 na úrovni až SIL 3.

K větší spolehlivosti přispívá vypuštění mechanických komponent typu přepínacího tlačítka volby módu Stop/Start/Reset a vypuštění slotu paměťové karty. Zaváděcí paměť je integrována přímo do CPU v dostatečné velikosti 48 MB, takže slot již není třeba.

Díky uvedeným unikátním vlastnostem dokáže jedna procesorová jednotka nahradit celé výkonové a funkční spektrum procesorů od CPU 412 až po CPU 417, a to i v redundantních konfiguracích CPU 412H až CPU 417H. Skutečnost, že celou skupinu procesorových jednotek řady 400 a 400H lze nahradit pouze jedním typem hardwaru, znamená obrovský přínos nejen pro provozovatele řídicího systému, který vystačí s menším počtem typů náhradních dílů, ale také pro projektanta systému, který nadále nebude muset hledat, jakou procesorovou jednotku použít pro konkrétní automatizační úlohu, aby výpočetním výkonem a kapacitou paměti vyhověla daným požadavkům. Jedna CPU 410 dokáže typicky obsloužit až 2 600 provozních objektů, tj. asi 4 000 I/O! 

Archiv provozních údajů a informační server

Provozní program pro archivaci provozních údajů byl pod označením Process Historian představen v systému Simatic PCS 7 V8.0 jako nová, velmi výkonná platforma pro dlouhodobou archivaci technologických údajů, hlášení a protokolů o zpracování vsádek (batch). K jeho nesporným přednostem patří možnost dlouhodobě archivovat data zároveň z několika kombinovaných projektů automatizačních systémů, a to jak při použití řídicího systému PCS 7, tak i tradičního SCADA softwaru Simatic WinCC. Struktura archivačního systému nástroje Process Historian je rozšiřitelná a výkon archivačního systému závisí pouze na výkonnosti použitého hardwaru serveru. Doporučené minimální požadavky na hardware splňuje průmyslový počítač Siemens IPC 847C s operačním systémem Windows 2008 32/64bit.

Novinkou, kterou přináší SP1 pro PCS 7 V8.0, je možnost nakonfigurovat provozní archivační program jako redundantní, a tak dosáhnout větší dostupnosti a spolehlivosti archivace v dlouhodobém výhledu.

K prezentování provozních údajů archivovaných v prostředí Process Historian lze použít informační server PCS 7. Ten umožňuje vytvářet z archivovaných údajů uživatelské zprávy k prezentování prostřednictvím webu, ve formátu PDF či jako soubory pro programy MS Excel a MS Word (obr. 2). K novým funkcím informačního serveru patří možnost generovat zprávy při výskytu určité události (dosažení hodnoty technologické proměnné, vznik výstražného hlášení) a odesílat je elektronickou poštou na určené adresy. Použitý systém tvorby zpráv je založen na službě MS Reporting service. Zprávy lze pohodlně upravovat a vytvářet při použití nástroje MS Report builder. 

Knihovna technologických funkcí APL a knihovna Condition Monitoring

Dalších vylepšení doznala také knihovna technologických funkcí APL (Advanced Process Library). Přibyly do ní nové funkční bloky pro výpočet průtoku na základě měření rozdílu tlaků, bloky pro připojení zařízení s rozhraním Profinet, jako je např. Simocode PN, a byly rozšířeny funkce existujících bloků – např. u ventilu o hlídání těsnosti uzavření. Mimoto je knihovna APL rozšířena o zmenšené a odlehčené verze funkčních bloků pro regulace, ventily, pohony a zobrazení analogových hodnot. Tyto odlehčené bloky zabírají v procesorové jednotce až o 40 % méně paměti, a proto je lze využít např. ve starších typech CPU, při zvyšování výkonnosti systému nebo tam, kde je třeba bloky vykonávat co nejrychleji.

Novinkou, přicházející se systémem Simatic PCS 7 V8.01, je také knihovna Condition Monitoring, kterou lze bezplatně stáhnout z webových stránek společnosti Siemens věnovaných servisu a podpoře. Jde o knihovnu obsahující bloky pro sledování a analýzu stavu mechanických komponent, např. čerpadel a regulačních ventilů, a poskytující cenné informace důležité pro efektivní plánování preventivní údržby.

Co se týče čerpadel, sledovány a hlídány jsou např.:

  • překročení mezí výkonových hodnot (mechanické, elektrické),
  • provoz při částečném zatížení (riziko přehřátí čerpadla),
  • překročení předepsaného průtoku (přetížení),
  • přítomnost plynu v kapalině, kavitace,
  • běh na sucho, zablokování čerpadla,
  • odchylka pracovního bodu čerpadla od energetického optima (obr. 3).

U regulačních ventilů je sledována a hlídána statická charakteristika ventilu (obr. 4) a dále ukazatele činnosti akčních prvků ventilů, jako jsou např.:

  • přípustná doba bez pohybu,
  • přípustná doba nepřetržitého chodu,
  • přípustný počet zdvihů,
  • přípustný počet změn směru pohybu,
  • doba odezvy ventilu,
  • samovolný pohyb (bez příkazu ze systému),
  • správnost údaje při dosažení horní/dolní koncové polohy,
  • zbytková regulační odchylka.

Souhrn

Aktuální verze systému pro řízení spojitých technologických procesů Simatic PCS 7 V8.01 přináší mnoho jak drobných vylepšení dosavadního systému v podobě nových technologických bloků a knihoven, tak i zásadní novinky v podobě nové CPU AS 410-5H a redundantního provozního archivu technologických údajů, které posouvají možnosti řídicího systému Simatic PCS 7 opět o stupeň výše. 

Jan Kváč, Siemens, s. r. o.

Obr. 1. Procesorová jednotka CPU 410-5H PN/DP

Obr. 2. Snadná tvorba zpráv s archivačním nástrojem Process Historian a informačním serverem

Obr. 3. Příklad panelu ke sledování výkonové charakteristiky čerpadla

Obr. 4. Příklad panelu ke sledování činnosti regulačního ventilu

 

Tab. 1. Základní technické vlastnosti jednotky CPU 410-5H PN/DP

Obecné informace

verze firmwaru

V8.0

konfigurační prostředí

SIMATIC PCS 7 V8.0+SP1
+HUP CPU 410-5H

stupeň krytí

IP20

provedení (verze)

lakované desky plošných spojů

Paměť

RAM pro program

16 MB

RAM pro data

16 MB

zaváděcí paměť

integrovaná, 48 MB

Výkon CPU

taktovací frekvence

450 MHz (multiprocesorový systém)

doba zpracování bloku APL

asi 110 μs