Novinky v průmyslové komunikaci na Hannover Messe 2003

Novinky v průmyslové komunikaci na Hannover Messe 2003

O celkovém vyznění letošního mezinárodního strojírenského veletrhu v Hannoveru, tradiční vlajkové lodi nejen německého výstavnictví, ale i průmyslu, včetně odvětví automatizační techniky, i o tom, co lze v oboru řídicí techniky očekávat na hannoverském výstavišti v příštích létech, se lze podrobněji dočíst v předchozím čísle časopisu Automa na str. 58 v článku Průmyslová automatizace na mezinárodních veletrzích v Německu.

V kostce lze říci, že přes meziroční pokles počtu vystavujících firem o 3,6 %, čisté výstavní plochy o více než 16 % a počtu návštěvníků o více než 22 % vzbudilo dění na veletrhu a lepší než očekávané obchodní výsledky v prvním čtvrtletí letošního roku mezi dodavateli automatizační techniky „obezřetný optimismus“. Mnozí pokládají tento úspěch za krátkodobý důsledek odložených loňských investic, což však tak úplně neplatí. Podstatná část dodavatelů automatizační techniky optimisticky předpokládá, že dlouho očekávané oživení na trhu pro ně může nastat ještě letos. A to i přesto, že předpovídaná úroveň letošního ekonomického růstu v Evropské unii poklesla z dřívějších už tak slabých 1,8 % na mizivé 1 %.

Naproti tomu ovšem rostoucí nespokojenost a klesající zájem auditoria, vystavujících firem i návštěvníků, nutí pořadatele veletrhů přeskupovat síly a možná v určitých oblastech i redukovat svou nabídku – viz např. ohlášené propojení mezi veletrhy Hannover Messe a Interkama, přinášející sice na hannoverské výstaviště techniku pro řízení kontinuálních výrobních procesů, která zde dosud vystavována nebyla, ale na úkor jiných oborů a za cenu obětování dosavadní tradice veletrhu Interkama v Düsseldorfu.

Jeden aspekt oborového tříbení kolem Hannoverského veletrhu je přitom ale bezesporu pozitivní. Stírání hranic mezi řídicí technikou pro řízení nespojitých a spojitých výrobních procesů, ve výrobních programech zejména velkých firem i v technické praxi patrné již delší dobu, se poprvé v historii bezprostředně prosazuje i na veletržní scéně, a to dokonce na té snad největší.

Ten, kdo trvale sleduje celkové trendy v automatizaci, také ví o očekáváních spojovaných s průmyslovými komunikačními sítěmi. Na letošním Hannoverském veletrhu byl patrný pokrok zejména ve dvou oblastech. Jednak několik firem přišlo s překvapivě novými produkty v oblasti ethernetové sítě s vlastnostmi reálného času, které definitivně otevírají Ethernetu cestu do výrobních hal. Za druhé bylo veřejně upozorněno, že mají-li být automatizované systémy používající k připojení provozních přístrojů (snímačů a akčních členů) komunikační sběrnice skutečně efektivní, musí být k dispozici také patřičné inženýrskými nástroje pro jejich projektování a posléze správu. A takové nástroje byly také představeny.

Ethernet vstupuje do automatizace výroby

Na překážku použití sítě Ethernet na úrovni řízení technologických procesů byl dosud nedostatek infrastrukturních komponent použitelných v průmyslovém prostředí a průmyslových komunikačních standardů.

Rozšiřující se nabídka firemních řešení
Mezery v nabídce se nyní snaží vyplnit nejen firmy dodávající průmyslové komponenty, jako jsou Phoenix Contact, HMS, Hilscher and Hirschmann, ale i gigant v oboru informačních technologií, společnost Cisco Systems. Její první ethernetový přepínač pro průmyslové prostředí Catalyst 2955 byl vystaven ve stánku partnerské společnosti Rockwell Automation. Cisco, jejíž podíl na celosvětovém trhu s ethernetovými přepínači je asi 70 %. Nyní Cisco Systems míří do výrobního prostředí, a to nejen hardwarem přepínačů, ale i aktivitami souvisejícími se zajišťováním bezpečnosti a dostupnosti sítí a jakosti poskytovaných služeb (Quality of Service) – což jsou ve výrobním prostřední nové pojmy.

Firma Phoenix Contact vystavovala jako součást své Factory Line nový Modular Managed Switch. Prvek s možností montáže na lištu DIN vzhledem připomíná spíše blok vzdálených vstupů a výstupů (I/O) se zásuvnými pozicemi, v tomto případě pro tzv. media modules. Umožňuje uživateli používat různá přenosová média a jejich kombinace, včetně kroucené dvoulinky i optických kabelů, a to do počtu až 24 portů.

Společnost Beckhoff Industrie Elektronik ukázala své řešení EtherCAT, umožňující využít výkonnost Ethernetu při obsluze rychlých I/O ve strojích a zařízeních (obr. 1). Podle společnosti Beckhoff je na závadu, že Ethernet nebyl koncipován s ohledem na potřeby řídicí techniky – jeho minimální délka rámce 48 bytů je pro obsluhu malých uzlů typu terminálových bloků I/O neefektivní. Řešení EtherCAT dovoluje převádět až 4 GB vstupních a výstupních dat v paketech obsahujících dva bity až 64 kB přímo do ethernetových rámců, poté předávaných přes vazební člen zpět do sítě. S touto inovací se podle firmy Beckhoff dosahuje doby cyklu 30 ms při 1 000 logických I/O a 100 ms při 100 servomechanických osách. Na veletrhu byl ohlášen vývoj úplné řady produktů typu EtherCAT, s prvními dodávkami očekávanými koncem roku 2003.

Stranou zájmu by nemělo zůstat ani před časem zveřejněné řešení Ethernet Powerlink od firmy Bernecker & Rainer, také s vlastnostmi rychlého reálného času, nedávno uvedené na trh jako otevřený standard, jenž je nabídnut k použití zastřešující organizaci IAONA (Industrial Automation Open Networking Alliance).

ODVA i Profibus International plánují rozšíření Ethernetu
Organizace ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) a Profibus International (PI) ohlásily při příležitosti veletrhu plánovaná rozšíření specifikací Ethernetu, která by posléze umožnila jeho použití v aplikacích vyžadujících synchronizaci při velmi rychlých přenosech dat.

Profibus International zveřejnila plán vývoje a očekávané výkonové parametry sítě Profinet V3, zatím na základě čistě teoretického rozboru, neboť hardware dosud neexistuje. Při použití vestavného čipu přepínače, který firma Siemens nyní vyvíjí, bude v síti Profinet V3 při zachování běžné komunikace protokoly TCP/IP použit k synchronizaci kritických dat kanál s vlastnostmi reálného času.

ODVA podobně ohlásila řešení s vlastnostmi reálného času pro svůj EtherNet/IP. Má označení CIPsync a počítá s doplněním časových synchronizačních služeb do stávajícího síťového protokolu CIP (Common Industrial Protocol). Řešení CIPsync je založeno na nedávném standardu IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.

Očekává se, že zdokonalená specifikace CIP bude k dispozici ještě v roce 2003 a první produkty podle ní v roce 2004. Milníky v plánech PI jsou vzdálenější, neboť produkty podle Profinet V3 jsou očekávány až v roce 2005.

Uvedená prohlášení jsou z pohledu perspektivy použití Ethernetu v řídicích systémech strojů rozhodně povzbudivá. Nicméně však doba, která ještě uplyne do dodávky prvních nových produktů, znamená pro výrobce, kteří by je chtěli použít již v příští generaci svých strojních zařízení, jisté nezanedbatelné riziko. Co řešení tohoto typu přinesou z hlediska výkonnosti a nákladů, bude totiž možné dostatečně přesně zjistit teprve tehdy, až se na trhu objeví jejich beta verze.

Inženýrské nástroje pro provozní přístroje na sběrnicích – FDT

Nově ustavené mezinárodní společenství různých výrobců automatizační techniky s názvem FDT Joint interest Group (FDT JIG) vystoupilo letos při veletrhu v Hannoveru se zásadní novou iniciativou – společnou nabídkou řešení pro konfigurování, parametrizaci a správu inteligentních provozních přístrojů v současném automatizačním prostředí, stavějícím na komunikaci prostřednictvím sběrnic a sítí. Řešení jsou založena na specifikaci Field Device Tool (FDT).

Co je to FDT
Otevřená specifikace FDT (Field Device Tool) je standardizované softwarové rozhraní pro konfigurování, parametrizaci a správu inteligentních provozních přístrojů nezávisle na výrobci přístroje a protokolu sběrnice, kterým přístroj komunikuje. Je nadstavbou stávající techniky průmyslových komunikačních sběrnic, kterou rozšiřuje o softwarové rozhraní mezi inteligentními provozními přístroji a odpovídajícími hostitelskými systémy. S FDT mohou výrobci automatizační techniky nabídnout jejím konečným uživatelům jednotný způsob konfigurování, zavádění hodnot parametrů a správy jejich inteligentních provozních přístrojů v prostředí charakteristickém rozsáhlou škálou grafických prvků a nástrojů.

Valná většina současných nástrojů používaných k integrování provozních přístrojů do celkových sestav řídicích systémů se soustřeďuje na jednotlivé protokoly sběrnic jako Foundation Fieldbus (FF), HART nebo Profibus. Na rozdíl od nich nabízí FDT uživatelům daleko větší flexibilitu. Umožňuje jim totiž do jednoho inženýrského systému začlenit a dále v něm spravovat rozličné provozní přístroje od různých výrobců.

Jednoduchý princip FDT
Základní princip FDT je poměrně prostý. Výrobce provozního přístroje vytvoří podle pravidel definovaných ve specifikaci FDT ovladač provozního zařízení, softwarovou komponentu označovanou jako Device-Type Manager (DTM). Tato DTM, kompatibilní s FDT, se vytváří pro každý provozní přístroj, popř. skupinu přístrojů. Úspory nákladů lze přitom dosáhnout tím, že se k vytvoření DTM použijí stávající popisy zařízení sestavené pro sběrnici HART, FF anebo Profibus. Vedle toho mohou být jako DTM zapouzdřeny, a tím integrovány do celkového inženýrského systému, i stávající konfigurační nástroje. Metoda DTM je užitečná také z hlediska ochrany interního know-how obsaženého v provozních přístrojích.

Rozhraní FDT otevírá informacím z připojených provozních zařízené cestu do aplikačních programů používaných ve vyšších úrovních řídicího systému podniku.

Základem současné koncepce FDT je nynější technika programových a uživatelských grafických rozhraní firmy Microsoft. Tím je připravena cesta k využití přínosů i budoucích produktů od této firmy.

FDT z pohledu uživatele a dodavatele
Metoda FDT umožňuje operátorům manipulovat se všemi nezbytnými parametry automatizovaného systému i bez podrobné znalosti různých použitých softwarových řešení. Je odpovědí na již dlouho přetrvávající problémy způsobované značným počtem a různorodostí nástrojů používaných ke konfigurování a parametrizaci provozních přístrojů a tyto procesy velmi výrazně zjednodušuje. Jde o metodu přinášející výhody oběma zúčastněným stranám, uživatelům i výrobcům automatizační techniky, která se uplatní ve velkém počtu aplikací při automatickém řízení nespojitých i spojitých technologických procesů.

Přínos FDT z pohledu uživatele je v tom, že zjednodušuje projektové práce, instalaci, správu a údržbu i školení provázející použití provozních zařízení, což znamená menší náklady vynaložené během jejich životního cyklu.

Výrobci automatizační techniky nabízí FDT, spolu se softwarovými komponentami typu DTM, velkou pružnost a možnost dosáhnout významných konkurenčních výhod nabídkou unikátních způsobů prodeje jeho výrobků. Hodnoty, kterou zákazník vnímá jako přidanou, lze dosáhnout prostřednictvím podpory v podobě návodů k obsluze a údržbě, různých průvodců a obrázků, návodů k opravám i podporováním potřeb a možností uživatele respektujících grafická rozhraní apod. Takové vlastnosti dovolují uživatelům naladit si zařízení přesně pro své aplikace.

Dalším přínosem, který pramení z velké pružnosti FDT a uplatňuje se zejména při automatizaci nespojitých výrobních procesů, je schopnost zmíněné metody ideálně podporovat zpravidla krátké inovační cykly vyráběných produktů a mnoho rozličných typů technologických zařízení (laserové skenery, roboty, zařízení k nastavování polohy, identifikační systémy atd.).

Současnost a budoucnost FDT
Inženýrské aplikační programy a komponenty DTM pro inteligentní provozní zařízení představily na letošním hannoverském strojírenském veletrhu ve společném stánku FDT JIG společnosti ABB, Siemens, Endress+Hauser, Invensys, ifak System, M&M, Infoteam, Bartec a Vega. Tyto společnosti také podpořily a zorganizovaly představení skupiny FDT JIG během veletrhu.

V současné době jsou již k dispozici řešení podle FDT pro protokoly HART a Profibus. Řešení pro komunikaci se zřízeními se sběrnicí FF je ve stadiu prototypu.

Technika FDT je již použita v několika průmyslových závodech, mj. v chemičce BASF v Ludwigshafenu v Německu. Řešení se zde týká provozních přístrojů s protokolem HART dodaných čtyřmi různými výrobci a připojených přes moduly vzdálených I/O, jež jsou integrovány v FDT. V závodě firmy BASF v Ludwigshafenu se současně nachází dosud nejrozsáhlejší instalace průmyslové komunikační sítě v Evropě.

Metodu FDT v současnosti podporují a propagují také firmy Bürkert, CEAG, CodeWrigths, Danfoss, ICS, Krohne, Metso, Smar, Softing, Pepperl+Fuchs, Samson a Wika, dále sdružení uživatelů sběrnice profibus PNO (Profibus-Nutzerorganisation e. V.) a německý odborný svaz ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie).

Původcem specifikace FDT je Profibus International a jejím současným vlastníkem ZVEI. K dispozici je nyní FDT verze 1.2, kterou si může objednat kterákoliv společnost mající zájem o její použití. Vítány jsou také firmy a organizace se zájmem o členství v FDT JIG.