Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Plně integrovaná automatizace – koncepce společnosti Siemens

Plně integrovaná automatizace – koncepce společnosti Siemens

V praxi se u konečných uživatelů lze setkat s různým stupněm automatizace výroby – od sledu převážně ručních operací až po téměř zcela automatizované provozy. Koncepce Plně integrované automatizace (Totally Integrated Automation – TIA) společnosti Siemens, která je stručně charakterizována v tomto článku, však může být inspirující pro všechny. Společnost Siemens je jednou z mála firem, která je v oblasti automatizace schopna zákazníkům nabídnout všechny typy produktů – od úrovně systémů typu Manufacturing Execution System (MES), sledujících např. toky materiálů ve výrobě a jejich přeměny, přes oblast nadřazených úrovní řízení (tj. vizualizace, nadstavba pro řízení vsádkových procesů, vývoj řídicího programu), programovatelné automaty (PLC), měniče, motory (i do prostředí s nebezpečím výbuchu) či provozní přístroje (k měření průtoků, tlaků, teplot apod.) až po nízkonapěťovou spínací techniku (stykače, relé, inteligentní ochrany motorů, snímače apod.).

Koncepce TIA

Koncepce TIA je soubor opatření, která zajišťují, aby jednotlivé hardwarové i softwarové komponenty tvořily jednotné a průchozí prostředí umožňující efektivně řešit nejrůznější automatizační úlohy. Koncepce TIA není uzavřený systém – odborníci stále hledají cesty, jak existující řešení dále zdokonalovat. Důraz je kladen na transparentnost při vývoji aplikačních programů, na jednotný způsob uchovávání dat a na transparentní komunikaci mezi komponentami.

Reprezentantem koncepce TIA je např. systém pro řízení technologických procesů Simatic PCS 7, jehož principiální strukturu ukazuje obr. 1.

Hardwarové řídicí komponenty

Po stránce hardwaru jsou jádrem TIA řídicí systémy Simatic řady S7 s pestrou nabídkou vzdálených periferií. Tyto periferie jsou vyráběny pro použití v různých prostředích – např. jednotka vzdálených I/O typu ET 200iSP je určena k použití v prostředí s nebezpečím výbuchu – a umožňují v rozlehlých technologických provozech rozmístit jednotky I/O, aby byly minimalizovány délky kabelů vedoucích k jednotlivým snímačům a akčním členům. Příslušné signály jsou pak mezi řídicími systémy Simatic a vzdálenými periferiemi přenášeny po jednom krouceném páru vodičů, což znamená menší požadavky na objem a provedení kabeláže. Jinak řečeno, periferní jednotky I/O nejsou umístěny centrálně hned vedle procesorové jednotky řídicího systému, ale lze je rozmístit po technologickém zařízení co možná nejblíže snímačům a akčním členům.

Obr. 1.

Obr. 1. Řídicí systém Simatic PCS7 je vybudován podle koncepce TIA (OS – operátorský systém)

V oblasti elektrických pohonů společnost Siemens dodává měniče jak pro malé a nenáročné pohonářské úlohy (řady Micromaster, Sinamics), tak i pro úlohy velké a komplikované, vyžadující např. složité řízení polohy hnaných částí (Masterdrives MC). Všechny měniče, s výjimkou nejlevnější řady Sinamics G110, mohou komunikovat po sběrnici Profibus.

Společnost Siemens dodává také elektromotory, a to i v provedení použitelném v prostředí s nebezpečím výbuchu.

Úplná nabídka provozních přístrojů

V oblasti provozních přístrojů pro řízení spojitých technologických procesů společnost Siemens dříve poskytovala zákazníkům některé své tradiční produkty, jako např. snímače tlaku nebo analyzátory plynů. Svou nabídku však postupnými akvizicemi specializovaných výrobců rozšířila natolik, že v současnosti nabízí v této oblasti úplné spektrum standardních produktů. Akvizicí kanadské firmy Milltronic získala kvalitní snímače polohy hladiny, převzetím divize průtokoměrů firmy Danfoss obohatila svou nabídku o indukční, ultrazvukové a Coriolisovy hmotnostní průtokoměry atd.

Provozní přístroje dodávané společností Siemens mohou pro komunikaci s nadřazeným řídicím systémem využívat mj. plnohodnotnou digitální komunikaci po sběrnici Profibus-PA. Jestliže přístroj vnitřními diagnostickými postupy zjistí, že začíná mít potíže se zajištěním správné funkce, dovoluje mu použitý typ komunikace (na rozdíl od např. protokolu HART) aktivně předat tuto informaci nadřazené řídicí úrovni. Pracovníci zajišťující obsluhu a údržbu zařízení tak mohou dostat zprávu již v době vzniku problému a mají dostatek času na to, aby zamezili vzniku havarijní situace. Z hlediska útvaru údržby, který mnohdy v závodě pečuje i o několik stovek přístrojů, je to nepochybně užitečná funkce.

Nízkonapěťová spínací technika

Úplné spektrum produktů nabízí společnost Siemens také v oblasti nízkonapěťové spínací techniky. Ačkoliv se to může zdát nepravděpodobné, i zde lze nalézt přístroje, které jsou zajímavé z hlediska koncepce TIA. Příkladem je inteligentní ochrana motorů Simocode, která vedle toho, že je v ní zabudováno mnoho zajímavých programovatelných funkcí, disponuje i rozsáhlými možnostmi statistických výpočtů. Sledovat lze např. počet provozních hodin, údaje o tom, kolikrát byl motor vypnut při přetížení a jaké proudy jím přitom protékaly atd. Protože přístroj je vybaven rozhraním Profibus, lze všechna statistická data přenášet po síti až do úrovně vizualizace.

Transparentní aplikační software

Také oblast programového vybavení je v koncepci TIA chápána jako stavebnice, z níž konečný uživatel může použít jednotlivé kostky, nebo si může z většího počtu sestavit celistvý transparentní řídicí systém. Tvorba softwaru byla a i nadále je založena na koncepci pojímající veškerý software v řídicím systému, od spodní úrovně řízení (snímače, akční členy) až po úroveň informačního systému, jako jeden organický celek, ve kterém se přesouvají a transformují velké objemy dat. Snímače, měniče, přístroje nízkonapěťové spínací techniky a jiné akční členy jsou zdrojem velkého množství dat, která jsou při svém postupu do nadřazených úrovní přepracována na data jiné kvality. Například údaj o době, po kterou byl sepnut stykač motoru, může být v úrovni vizualizace přetvořen na informaci o opotřebení motoru, která může mít svůj význam pro údržbu, a dále může být tatáž informace využita na úrovni MES k výpočtu vytížení výrobní linky.

Transparentní komunikace a vývoj

Požadavkem doby je, aby řídicí systém poskytoval údaje obsluhujícímu personálu pokud možno v reálném čase. Je zřejmé, že tento požadavek klade u velkých systémů extrémní nároky na výkonnost komunikace ve vertikálním směru. V rámci maximální otevřenosti, s níž společnost Siemens vyvíjí své produkty, sice mohou veškeré programové balíky komunikovat s produkty jiných výrobců, např. přes rozhraní OPC, pokud je ale v softwaru řídicího systému využito několik programových balíků společnosti Siemens, mohou být pro přenos dat použita optimalizovaná rozhraní, která zajišťují maximální možný výkon a zároveň disponují dokonalejšími kontrolními mechanismy.

Výkonnost a transparentnost komunikačního podsystému však mohou mít i jinou podobu. Kdyby konečný uživatel ve svém softwaru použil např. programovatelné automaty Simatic S7, měniče společnosti Siemens a programový balík Drive ES, získal by možnost přístupu k měničům na dálku. Možné je např. i to, aby zodpovědný pracovník monitoroval i v době své nepřítomnosti stav měničů na technologické lince, a to prostřednictvím internetového připojení.

V maximální možné míře sjednotit postupy a zjednodušit práci se společnost Siemens snaží také v oblasti vývoje softwaru pro řízení. Vývojová prostředí – pro Simatic S7 nástroj Step 7, pro provozní přístroje Simatic PDM a pro měniče nástroj Drive ES – mají jednotnou koncepci ovládání, shodnou organizaci ukládání programů do projektů a rovněž stejné ikony na tlačítkách pro stejné funkce.

Společnost Siemens šla ovšem ještě dále. Jestliže např. uživatel ve svém řídicím programu využívá služby všech tří již zmíněných programových balíků, naskýtá se mu možnost balíky Simatic PDM a Drive ES integrovaně doinstalovat k programovému balíku Step 7. Co to znamená? Každý z uvedených programových balíků má své programové rozhraní pro styk s uživatelem, takže může být používán samostatně. Provede-li uživatel integrovanou instalaci, převezme funkci komunikace s uživatelem pro všechny tři programové balíky rozhraní balíku Step 7, kterým je modul Simatic Manager. Pro uživatele z toho vyplývá, že seznam komponent, z nichž si v grafickém prostředí balíku Manager sestavuje svůj systém, je obohacen o nabídku měničů značky Siemens a současně provozních přístrojů nejen z produkce společnosti Siemens.

Vedle uvedené horizontální integrace funguje i vertikální integrace. Z vývojového prostředí Step 7 lze např. snadno, stisknutím jednoho tlačítka, přenést objekty do vizualizačního programu Simatic WinCC. Pokud je v aplikačním softwaru využíván programový balík pro řízení vsádkových procesů Simatic Batch, je možné si části programů, které řeší ohraničený rozsah funkcí a které se označují jako fáze, vytvořit ve vývojovém prostředí Step 7. Takto připravené fáze je možné označit, čímž jsou automaticky zobrazeny v programovém balíku Simatic Batch bez nutnosti investovat do dalšího vývoje.

Závěrem

Systémy společnosti Siemens budované v souladu s koncepcí TIA mohou všem uživatelům v současném tvrdém konkurenčním prostředí, kde jsou kladeny značné požadavky na sledování a dokladování kvality výroby, na snižování nákladů a na zvyšování efektivity a pružnosti výroby, poskytnout mnoho komparativních výhod.

Josef Tuček,
Siemens, s. r. o.