Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Oponu nahoru – na scéně jsou mnohokanálové moduly Simatic S7-300

„Celý svět je jeviště a všichni lidé na něm jenom herci... ,“ napsal William Shakespeare ve hře Jak se vám líbí. Že se představení uskuteční jedno za druhým podle programu, večer co večer, zajišťuje v divadle v německém městě Hof špičkové strojní zařízení. O ovládání tohoto zařízení se starají stejné programovatelné automaty, které se používají v průmyslové automatizaci. Výsledkem nedávno úspěšně ukončeného modernizačního projektu je obnova patnáct let staré řídicí elektroniky a modernizace systému řízení jevištní a osvětlovací techniky. Nové řešení odpovídá aktuálním požadavkům v oboru divadelnictví.
 

Začátek spolupráce

 
Spolupráce mezi Divadlem v Hofu a společností Loccon začala před patnácti lety. Společnost Loccon se tehdy v divadle postarala o automatizaci ovládání jevištní a osvětlovací techniky. Cílem projektu bylo zajistit hladký chod divadelního provozu. Použity byly zejména programovatelné automaty Simatic S5 AG95U a AG115U z produkce společnosti Siemens. Obě instituce, firma i divadlo, od té doby ve spolupráci pokračují. Během letních divadelních prázdnin každoročně H. J. Löchel, jednatel firmy Loccon, vysílá do Hofu firemní techniky a elektrikáře, aby provedli potřebnou údržbu systémů pro řízení jevištní a osvětlovací techniky. Díky tomu je technika stále udržována v perfektním technickém stavu a je připravena na novou divadelní sezónu.
 

Velká modernizace

 
Přestože systém Simatic S5 pracoval po třinácti letech stále spolehlivě, vedení Divadla v Hofu se rozhodlo zmodernizovat veškerou řídicí elektroniku, a to přechodem na novou perspektivní strukturu s použitím řídicích systémů řady Simatic S7. Vzhledem k tomu, že výměna řídicích rozváděčů jako celku byla z časových a finančních důvodů vyloučena, musel být systém Simatic S5 nahrazen systémem S7 při zachování dosavadního prostorového uspořádání rozváděčů.
 
Za situace, kdy lze změny provádět jen ve velmi krátké době během divadelních prázdnin, byly práce rozděleny do dvou etap. V první etapě byla vyměněna automatizační technika, která řídí scénické prvky nacházející se v dolní části jeviště (např. pohyblivé stoly na jevišti a v orchestřišti, jevištní propadla apod.). Zde bylo možné provést přestavbu na standardní moduly systému Simatic S7 doslova „mimo jeviště“. Z jedné strany bylo třeba nahradit kompaktní jednotky AG95U, na druhé straně byl dostatek prostoru v rozváděčích, v nichž do té doby pracovaly rozměrnější jednotky AG115U. Výměna hardwaru i přenos původního uživatelského programu vytvořeného pro systém Simatic S5 byly provedeny bez jakýchkoliv problémů, takže divadelní sezónu bylo možné zahájit podle plánu již s novou technikou.
 

Technická realizace

 
Na obr. 1 je vidět pohled do jednoho z řídicích rozváděčů, v nichž je po částech umístěna elektronika pro řízení scénických prvků v dolní sféře jeviště. Jednotky Simatic S7-300 a ET200M i jejich moduly I/O bylo pro nedostatek místa nutné namontovat ve svislé poloze na dveře rozváděče. Použita je procesorová jednotka CPU 315-2 s různými moduly digitálních a analogových I/O. Hned vedle se nachází periferní jednotka Simatic ET200M připojená přes rozhraní Profibus, jež umožňuje připojit další moduly I/O, a to převážně mnohokanálové, neboť signálů všech druhů je mnoho a použitelného prostoru málo.
 
Jednotlivé stoly a propadla se v Divadle v Hofu ovládají ze speciálního jednoúčelového řídicího pultu (obr. 2). Také ten musel zůstat zachován, a to i se svými mnoha čidly a jim příslušnými zpětnovazebními signály. Vše pak bylo třeba začlenit do automatizačního systému.
 
K tomu, aby se celé části podlahy jeviště zvedaly vzhůru či mizely v propadlech jako mávnutím kouzelného proutku, stačí stisknout tlačítko. Zpětnou informaci o současném stavu zařízení zprostředkovávají obsluhujícímu strojníkovi digitální moduly se 16 nebo 32 kanály, které na základě přijetí potvrzovacího signálu rozsvěcují odpovídající kontrolky. Jevištní stoly lze nejen zvedat, ale i naklápět, a to téměř libovolně co do směru a úhlu sklonu. Lze tak vytvářet jak nakloněné plochy, tak i úplná „pohoří“, a nabídnout tedy divákům velmi realistickou scénu. K nastavení a udržení požadovaného sklonu jednotlivých stolů jsou použity analogové moduly, popř. snímače polohy.
 
V rámci druhé etapy modernizace byl vyměněn systém pro řízení jevištní techniky v horní sféře jeviště (provazišti). Jde např. o ovládání opon, bodových i prospektových jevištních tahů, všech zařízení určených k osvětlení jeviště apod.
 
Na obr. 3 jsou vidět navíjecí bubny bodových a prospektových jevištních tahů. Použitá procesorová jednotka S7-300 CPU řídí mnoho spojek s možností zvolit téměř jakoukoliv kombinaci jejich stavů. K tomu, aby bylo možné otáčet libovolným bubnem, a pohybovat tak odpovídajícím jevištním tahem (nahoru nebo dolů, jednotlivě či v různých kombinacích tahů), stačí při použitém uspořádání pouhé dva pohony.
 
K ovládání velkého množství samostatných spojek je nutný enormní počet digitálních vstupů a výstupů řídicího systému. V řídicích rozváděčích určených pro jevištní techniku v provazišti je ale v daném případě ještě méně volného místa než v rozváděčích určených pro techniku v dolní sféře jeviště – což byla pro firmu Loccon další výzva. Z uvedeného důvodu bylo rozhodnuto použít nové 64kanálové digitální moduly I/O řady Simatic S7-300, které jsou univerzální, použitelné jako centrální ve spojení s procesorovou jednotkou S7-300 CPU i jako distribuované ve vzdálených periferních jednotkách ET200M. Jednotlivý modul s příslušnými prefabrikovanými kabely a svorkovnicemi tvoří ucelenou jednotku umožňující snadno a rychle provést potřebnou změnu kabeláže. Jelikož nová svorkovnice nahrazuje dvě svorkovnice dosavadního systému, stačí stávající prostor v rozváděči, což znamená úsporu nákladů i prostoru. Další významnou předností nového systému modulů I/O, která se výrazně projevila při přestavbě řídicího systému, je možnost umísťovat jeho svorkovnice flexibilně podle potřeby. Protože jsou k dispozici prefabrikované kabely různých délek, lze svorkovnice namontovat kamkoliv, kde je volné místo, a to jak ve vodorovné, tak svislé poloze. S ohledem na to, že jde o obdobný způsob jako u dosavadního systému, bylo možné kabely přicházející z propojovacího rozváděče snadno a rychle přepojit do nových svorek. Díky těmto opatřením se velmi výrazně zkrátila doba montáže a klesly náklady potřebné na modernizaci. Podobně bylo použitím prefabrikovaných a předem otestovaných kabelů zmenšeno riziko vzniku chyby při přepojování kabelů. Měřicí a řídicí signály mohly být znovu použity zpravidla způsobem „jeden za jeden“ a snadné bylo i opětovné uvádění celého systému jevištní techniky do provozu. Díky novému, modernímu automatizačnímu systému Simatic S7 bylo již před začátkem divadelní sezóny jisté, že bude po technické stránce úspěšná.
 

Závěr

 
Skupina 64kanálových digitálních I/O modulů pro řídicí systémy řady Simatic S7-300 obsahuje celkem tři moduly, které jsou díky velké hustotě kanálů I/O ideální při náhradách starších řídicích systémů řady Simatic S5. Svorkovnice a prefabrikované kabely různých délek umožňují začlenit do řídicího systému rychle a bez chyb stávající kabeláž a příslušné přenášené signály. Konektorový propojovací systém spojující moduly se svorkovnicemi umožňuje signály během přestavby rychle přepojovat mezi dosavadní a novou řídicí jednotkou. Jde o důležitý aspekt, neboť v případě jakýchkoliv potíží při přechodu na nový systém lze přepojit kabely a přenést řídicí funkce zpět na dosavadní řídicí systém, který byl ponechán ve funkčním stavu jako dočasná záloha.
 
U rozlehlých systémů lze uvedené moduly provozovat také jako distribuované při použití jednotek ET200M komunikujících prostřednictvím sítí Profibus nebo Profinet, a to až do celkového počtu dvanácti modulů (tj. až 768 digitálních kanálů) na jednu stanici I/O (slave).
 
Moderní řídicí technika se tak dále stará o to, aby se sny mohly prolínat s realitou a aby se diváci v Divadle v Hofu mohli nechat unášet úchvatnou iluzí divadelních představení.
 
Dipl.-Ing. Norbert Brousek, Siemens AG
 
Obr. 1. Příklad umístění elektroniky pro řízení strojního zařízení umístěného pod jevištěm: systém Simatic S7 bylo nutné pro nedostatek
prostoru nainstalovat svisle na dveře původního rozváděče
Obr. 2. Hlavní řídicí pult k ovládání scénických prvků v dolní sféře jeviště: pro velký počet tlačítek se zpětnou vazbou je nutné použít mnohokanálové moduly I/O s velkou hustotou kanálů a malými rozměry
Obr. 3. Navíjecí bubny bodových a prospektových jevištních tahů: se dvěma pohony a mnoha spojkami lze realizovat téměř neomezený počet variant jevištní scény
Obr. 4. Řídicí rozváděč pro jevištní techniku v provazišti při přestavbě: v prostoru, v němž dříve byla jednotka AG115U, se nyní nachází procesorová jednotka S7-300 CPU se šesti 64kanálovými digitálními a jedním analogovým modulem
 

Modul se 64 kanály digitálních I/O – základní vlastnosti a přínosy pro zákazníka

 

Digitální vstupy:

  • šířka 40 mm,
  • 64 kanálů, izolované skupiny po 16 kanálech,
  • zeleně svítící indikátor stavu pro každý jednotlivý kanál,
  • modul parametrizovatelný jako proudový zdroj/spotřebič (logika sink/source),
  • typické zpoždění na vstupu 3 ms,
  • programování podle IEC EN 61131-3.

Digitální výstupy:

  • šířka 40 mm,
  • 64 kanálů, izolované skupiny po 16 kanálech,
  • zeleně svítící indikátor stavu pro každý jednotlivý kanál,
  • modul dostupný jako proudový zdroj/spotřebič (logika sink/source),
  • výstupní proud max. 0,3 A na kanál,
  • výstupní proud celkem pro skupinu kanálů max. 2 A.

Jako příslušenství jsou dodávány prefabrikované kabely různých délek a svorkovnice se šroubovými i pružinovými svorkami.

 

Přednosti:

  • úspora místa díky velké hustotě kanálů (64 kanálů při šířce modulu 40 mm),
  • rychlá a bezchybná instalace kabeláže díky prefabrikovaným kabelům,
  • uživatelsky pohodlný konektorový systém umožňující rychle přepojovat z dosavadní na novou řídicí jednotku i naopak,
  • otevřené možnosti montáže svorkovnic díky nabídce prefabrikovaných kabelů různých délek.