Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Nové koncepce řízení procesní výroby předpokládají, že zařízení dokážou mezi sebou komunikovat. Stejně jako ve strojní výrobě i v procesní výrobě je snaha, aby komunikace byla co nejplynulejší, nejspolehlivější a nejbezpečnější. Vhodnou platformou je Ethernet, ovšem ve své průmyslové variantě, s vhodným protokolem, který zajistí splnění všech požadavků na průmyslovou komunikační síť. Standardy SPE a Ethernet APL mají ambici nahradit v digitalizované procesní výrobě tradiční analogové signály 4 až 20 mA.
Profinet nabízí vše, co je pro komunikaci v systémech řízení výrobních procesů třeba. S dostupností verze 2.4MU5 protokolu Profinet (definuje protokoly a služby aplikační vrstvy a profily pro decentralizované periferie), Ethernetu APL (standard ethernetové fyzické vrstvy umožňující použití Ethernetu v prostředí s nebezpečím výbuchu; bude popsán později v samostatném článku) a profilu PA 4.02 (definuje základní sadu parametrů zařízení pro provoz, uvedení do provozu, údržbu a diagnostiku, jakož i mechanismus pro dosažení konektivity parametrů definovaných skupinami uživatelů a prodejci zařízení) a s certifikací Profinetu pro senzory a akční členy k tomu sdružení Profibus & Profinet International (PI) položilo pevné základy. Implementace dalších požadavků uživatelů v oblasti automatizace procesní výroby brzy doplní vertikálně a horizontálně navazující standardy, které zohledňují mimo jiné aspekty informačních modelů, modularizace a zabezpečení dat.
V současné době jsou prioritou jednopárový Ethernet (SPE, Single Pair Ethernet) a Ethernet APL (Advanced Physical Layer). SPE najde uplatnění tam, kde nehrozí nebezpečí výbuchu. PI založila pracovní skupinu Integrace SPE do Profinetu; tato problematika by tak mohla být urychleně řešena. Cílem je implementace robustního, spolehlivého a interoperabilního komunikačního systému SPE na bázi protokolu Profinet. Zejména je třeba stanovit požadavky na fyzickou vrstvu a odpovídající výkonové třídy, jakož i součinnost s PoDL (Power over Data Line) pro interoperabilní integraci a certifikaci switchů, senzorů a zařízení SPE.
Současně však pracují odborníci PI společně s organizacemi FieldComm Group, ODVA a OPC Foundation v pracovní skupině Independent Protocol Physical Layer Group (10Base-T1L) na specifikaci požadavků a okrajových podmínek pro Ethernet APL.
V automatizaci procesní výroby hraje ústřední roli funkční bezpečnost. Protokol PROFIsafe lze již nyní používat v ethernetových systémech Ethernet APL i SPE. Je tomu tak díky tomu, že využívá přístup black-channel, a proto je nezávislý na fyzické vrstvě. Odborníci z PI v současné době s experty ze sdružení NAMUR koordinují požadavky na dodatek PROFIsafe for PA Profile Devices, ve kterém mají být specifikovány integrační a inženýrské aspekty.
Pro komunikační systémy založené na Ethernetu jsou zásadní také zákonná ustanovení a normy IEC pro zabezpečení dat a komunikačních systémů. Většina požadavků si již našla cestu do aktuálních specifikací PI. Dalším důležitým aspektem je služba pro podepisování souborů GSD a FDI Device Packages. I zde odborníci PI nyní diskutují s odborníky z NAMUR o požadavcích architektury NOA (NAMUR Open Architecture).
Pokud jde o informační modely pro kontinuální vertikální výměnu dat, PI spolupracuje s dalšími organizacemi na rozvoji FDI (Field Device Integration) a PA-DIM (Process Automation – Device Information Model) pro snadnější a flexibilnější komunikaci mezi zařízeními a pro vertikální výměnu dat až do cloudu.
PI a NOA
Asociace PI byla vybrána sdruženími NAMUR a ZVEI jako hostitel architektury NOA (viz např. článek Otevřená architektura NAMUR jako brána k využití přínosů průmyslu 4.0 v procesní výrobě, který vyšel v roce 2017 v čísle 4 (https://automa.cz/Aton/FileRepository/pdf_articles/10145.pdf). Sdružení NAMUR, později ve spolupráci s ZVEI, představilo počáteční testovací systémy a případové studie, které se setkaly s dobrým přijetím odborné veřejnosti, ale nyní je čas na vývoj konzistentní specifikace a pravidel certifikace, aby bylo možné přejít od testů ke skutečně interoperabilním systémům. PI má přesně s tímto úkolem desítky let zkušeností, takže může být tím správným partnerem.
Mezi NAMUR, ZVEI a PI byla uzavřena odpovídající smlouva, která je základem pro další kroky, jako je zřízení společných pracovních skupin. Smlouva představuje dobrý základ pro zahájení práce na specifikaci a mezinárodní standardizaci.
Mezinárodní standardizace je velmi důležitá. NAMUR Open Architecture, NOA, je unikátní architektura původně vyvinutá německým sdružením uživatelů automatizační techniky v procesním průmyslu NAMUR. Později se do vývoje zapojilo i německé sdružení elektroinženýrů ZVEI. Ambicí ale je, aby NOA nebyla jen architektura německá, ale mezinárodní. Firmy, které působí v oblasti automatizace procesní výroby, jsou mnohdy společnosti s širokou mezinárodní působností. Snahou je, aby NOA neopakovala chybu projektu Industrie 4.0, který vznikl v Německu, byl podporován německou vládou, nevyslyšel volání po společném celoevropském přístupu a až pozdě si začal hledat cestu na mezinárodní trhy a k mezinárodní spolupráci.
„NOA umožní uživatelům těžit z větší flexibility a interoperability. Pro digitální suverenitu firem je NOA vhodným standardním rozhraním pro zabezpečené propojení systémů řízení procesů, u nichž je požadována velká dostupnost, s datovými prostory, jako je Process-X,“ řekla Christine Oro Saavedraová, výkonná ředitelka NAMUR.
PI a MTP
Klíčem k rychlejší a pružnější reakci na měnící se požadavky trhu je použití modulárních systémů. Důležitou roli zde hrají balíčky MTP (Module Type Package), které zefektivňují orchestraci modulů technologických zařízení, strojů a balicích jednotek (celý koncept MTP bude představen v samostatném článku v některém z následujících čísel). „Díky MTP se výrazně zvyšuje flexibilita výrobních systémů a následné změny lze realizovat mnohem rychleji než dříve,“ uvedl Dr. Mathias Maurmaier, vedoucí výboru MTP společných pracovních skupin NAMUR, ZVEI a PI.
Na veletrhu ACHEMA, který se konal v červnu ve Frankfurtu nad Mohanem, byly představeny vůbec první výrobky využívající rozhraní MTP. O tom, jak rychle a jednoduše je lze integrovat do jednoho nebo několika nadřazených orchestračních systémů, se mohli návštěvníci přesvědčit ve stánku sdružení PI. Na velké živé ukázce byla představena integrace sestavy procesních zařízení (PEA – Process Equipment Assembly) od různých dodavatelů do vrstvy procesní orchestrace POL (Process Orchestration Layer) nadřazeného řídicího systému nebo systému SCADA. Systémy POL umožňují řízení, monitorování, koordinaci a dokumentaci výroby celého systému.
Na ukázce se podílelo dvanáct výrobců PEA a dalších sedm dodavatelů POL. Zastoupena byla různá průmyslová odvětví, např. farmaceutický, chemický, vodárenský a vodíkový průmysl.
Již předloni byly standardizace a propagace MTP svěřeny do rukou společnosti PI. PI zahájila v předchozím roce několik aktivit týkajících se specifikací a testů shody. Tyto kroky jsou rozhodující pro přijetí na trhu, protože tímto způsobem lze testovat kompatibilitu mezi různými výrobci. Pracovní skupiny a další subjekty v současné době pracují také na modelování, integraci HMI a řízení procesů. Současně již byly zahájeny práce na mezinárodní standardizaci MTP jako normy IEC 63280 (Automation engineering of modular systems in the process industry – General concept and interfaces).
Ve společném stánku NAMUR a ZVEI byly rovněž představeny tři případové studie na společné téma „modulární a otevřená výroba s MTP a NOA“.
Petr Bartošík
(Grafika: PI)
Obr. 1. NOA, NAMUR Open Architecture, umožňuje snadno a bezpečně získávat informace potřebné pro dohled nad výrobou a sledování stavu výrobních zařízení
Obr. 2. Nové logo MTP má vyjadřovat snadnou a jednoduchou integraci jednotlivých modulů výrobních zařízení