Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Produkty B&R – automatizace, která má vtip

číslo 3/2005

Produkty B&R – automatizace, která má vtip

V minulém čísle časopisu byl představen velmi moderní System X20, který není jen obyčejným systémem distribuovaných I/O. Cílem tohoto článku je ukázat, jakým způsobem lze jeho přednosti využít v různých typech automatizačních úloh a zároveň jaké konfigurace a topologie jsou v současné automatizační technice možné. Dále těmto možnostem musí odpovídat výkonnost a efektivita vývojového prostředí a komunikačních prostředků.

Obr. 1.

Obr. 1. System X20 – rozdělení na tři části přináší mnoho výhod

X20 – více než systém vzdálených I/O

Chtělo by se říci, že na systému vzdálených vstupů nelze nic vymýšlet – na určitou provozní sběrnici (fieldbus) se prostřednictvím modulu pro připojení sběrnic připojí ostrůvek I/O. System X20 jde však mnohem dále. Unikátní na něm je způsob komunikace mezi jednotlivými moduly pomocí sběrnice X2X link. Když byl tento způsob komunikace poprvé představen u modulů I/O typu X67 s krytím IP67 a hovořilo se o nich jako o decentralizované základní desce (distributed backplane) řídicího systému, nebyl význam tohoto termínu tak úplně zřejmý. Parametry, především rychlost a determinismus sběrnice X2X link, však umožňují, aby ostrůvek I/O nebyl jen ostrůvkem, ale aby mohl být dále strukturován. Buď lokálně v rozváděči, kde další moduly sendvičového systému X20 pokračují v další řadě, a nebo rozprostřeně po celém zařízení či stroji. Dva moduly spojené sběrnicí X2X link totiž mohou být navzájem vzdáleny až 100 m. Navíc lze na sběrnici X2X link kombinovat různé typy modulů – moduly XV, X20, X67, moduly XV pro přímé řízení pneumatických ventilových ostrovů nebo kompaktní I/O moduly, tzv. XX box – viz obr. 2.

Obr. 2.

Obr. 2. Příklad kombinace modulů X20, X67, XV a dalších na „distributed backplane“

Mezi podporované otevřené provozní sběrnice patří CANopen, Profibus-DP, DeviceNet, CAN a Ethernet Powerlink. S posledně jmenovaným deterministickým průmyslovým Ethernetem lze vytvářet i složité struktury, které si zachovávají napříč celým systémem determinismus I/O, jenž je nesmírně důležitý pro kvalitu regulačních dějů a chování řídicího systému jako celku. Jestliže se mezi větví sběrnice X2X a řídicím systémem nachází „méně deterministická“ sběrnice, je to omezující faktor, ale u pomalejších úloh, především typu spojitého řízení, to nemusí tolik vadit. Ke všem jmenovaným sběrnicím existují konfigurátory pro větev sběrnice X2X; tím je zajištěno naprosto transparentní začlenění celé větve do nadřazené provozní sběrnice. Skutečná topologie a distribuce I/O nehrají roli: z pohledu provozní sběrnice je větev X2X konvenčním ostrůvkem I/O.

Doplněk: CPU pro System X20 od poloviny roku 2005

Jaké výhody přináší System X20 uživatelům?

Vedle jednoduché instalace a zapojování kabeláže, vysokého stupně modularity a granularity je System X20 extrémně rychlý. Větev sběrnice X2X link je tak rychlá, že v nadřazeném systému Ethernet Powerlink nezpůsobuje žádná zpoždění. Navíc naprosto svobodná volba topologie je pro projektanty nově získaným stupněm volnosti.

Obr. 7.

Jak System X20 zapadá do dosavadního spektra produktů B&R?

Naši zákazníci v mnoha případech používají již nyní velice moderní topologie. To znamená, že pro všechno, co je třeba řídit či regulovat nebo s čím je třeba hýbat, používají jako CPU průmyslové PC nebo vestavné (embedded) PC, v kombinaci s nějakou provozní sběrnicí. Má-li to být velmi výkonný systém s deterministickým chováním, pak třeba i sběrnici Ethernet Powerlink. V těchto případech vyniknou všechny výhody systému X20, protože není nutné dělat si starosti s rychlostí sběrnice, a to bez ohledu na typy signálů. A dosavadní možnosti rozšiřuje systém X20 i zákazníkům, kteří používají konvenční PLC. Na straně jedné se to týká již zmíněné modularity a granularity, na straně druhé celkového výkonu. Díky velké rychlosti sběrnice X2X link a zanedbatelnému zpoždění v rámci I/O systému na vzdálenosti např. 100ů, jako jsou systémy 2005 a 2003, dalšího zkrácení periody cyklu.

Bude System X20 rozšiřován o další moduly?

V průběhu roku 2005 dostane System X20 své vlastní procesorové jednotky. Jedná se přitom o embedded PC, resp. na základě PC postavené CPU stejného formátu jako System X20. Zcela samozřejmě budou i tyto řídicí systémy podporovány vývojovým prostředím B&R Automation Studio.

(KB)

Centralizovaný, decentralizovaný – jak je ctěná libost

Plná síla sběrnice X2X link se projeví při připojení k zařízením B&R. Ať už přímo nebo jako větev připojená přes CAN nebo Ethernet Powerlink. Koncept sběrnice X2X link jako decentralizované základní desky, který umožňuje jak centrální výstavbu řídicího systému, tak decentrální distribuci I/O, poskytuje projektantovi svobodu při volbě koncepce systému. Determinujícími faktory pro něj zůstávají pouze celkový počet I/O a rozlehlost zařízení, popř. záměr vytvářet flexibilní konfigurace počítající s dalším rozšířením stroje nebo s jeho variantami, a rovněž ekonomické faktory, např. náklady na kabeláž, na zapojování, cena místa v rozváděči atd.

Obr. 3.

Obr. 3. Topologie s distribuovanou inteligencí

Vůbec s příchodem rychlých a deterministických sběrnic, jako je např. Ethernet Powerlink, a se stále rostoucím výkonem procesorových jednotek v PLC jsou dnes myslitelné koncepce s centralizovanou „inteligencí“ a distribuovanými I/O i v úlohách, kde dříve bylo nutné z výkonových důvodů inteligenci distribuovat spolu s I/O. S cykly sběrnic s trváním řádově stovky mikrosekund, které jsou synchronizovány se stejně taktovanými úlohami v PLC, je centralizované řešení realizovatelné celkem snadno. Sběrnice X2X link této koncepci plně odpovídá, když cyklus větve s tisícovkou binárních a padesátkou analogových kanálů je ještě o něco málo kratší než 1 ms. Možnost centralizovat inteligenci ale rozhodně není třeba brát za dogma. Přísně ohraničené uzly pracující do jisté míry autonomně a velice rychle má stále smysl řešit s decentralizovanou inteligencí: příkladem mohou být inteligentní pohony.

Obr. 4.

Obr. 4. Topologie, kde ústředním prvkem je průmyslový PC se SoftPLC

Protože šedivá je teorie a zelená je praxe, netroufá si firma B&R tvrdit, že koncepce distribuovaných I/O a centralizované inteligence, která je tak jednoduchá z hlediska programátorského i z hlediska údržby, je tím jediným správným trendem v automatizaci. Kolikrát naprosto protichůdné požadavky a pečlivé analýzy mohou nakonec vést k řešení zcela centralizovanému nebo naopak s distribuovanou inteligencí. Proto je mnohem důležitější nabídnout projektantům a programátorům ucelený systém navzájem kompatibilních zařízení, projektovaných a programovaných jednotně ve stejném vývojovém prostředí a umožňujících svobodnou volbu koncepce systému. Kdo jiný by měl o koncepci rozhodovat než ten, kdo má k řešení problému nejblíže. Tuto filozofii společnosti B&R přesně vystihuje slogan One Tool, Many Targets, od počátku provázející vývojové prostředí B&R Automation Studio.

Ústřední prvek automatizační úlohy – jak je ctěná libost

Naznačená filozofie umožňuje nejen svobodně volit koncepci a topologii automatizační úlohy, ale i ústřední prvek celé koncepce. Jádrem systému může být PLC, operátorský panel, průmyslové PC i inteligentní pohon. Jednotícím prvkem je shodný operační systém všech těchto prostředků a jednotné vývojové prostředí. Výsledkem je opět pro danou úlohu optimalizovaná konfigurace hardwaru, která nejlépe vyhoví požadavkům. Mnohem lépe než slovní popis ilustrují základní možné konfigurace obrázky (viz obr. 2 až obr. 5). Obr. 2 zároveň znázorňuje příklad topologie, kde je ústředním prvkem operátorský panel s funkčními schopnostmi PLC.

Obr. 5.

Obr. 5. Klasická topologie: PLC a nadřazený vizualizační systém

Svoboda a jednoduchost, s jakými je možné volit jak hardware, tak i koncepci a topologii řídicího systému, ponechává více prostoru pro to stěžejní – pro kvalitní řešení podstaty problému, pro skutečné zlepšení užitných parametrů stroje, zařízení či technologického celku. A to je to, co se počítá.

Budeme komunikovat – jak je ctěná libost

Poněkud stranou našich úvah zůstal další podstatný prvek nastíněné filozofie – potřeba komunikovat. A to jak mezi prvky řídicího systému navzájem, tak i s vnějším prostředím. Možnost začlenit cizí protokoly, existence volně programovatelných rozhraní a možnost komunikace se systémy třetích stran jsou u produktů B&R známé. Za zmínku ale rozhodně stojí skutečnost, že komunikace mezi prvky systému navzájem, realizace distribuovaných I/O, připojení panelů a terminálů, provozní diagnostika prvků systému, to vše je podmíněno komunikací, o kterou se starají operační systémy jednotlivých zařízení a která je plně podporována vývojovým prostředím. Jinými slovy: opět žádná překážka při volbě koncepce, žádná práce navíc při realizaci.

Obr. 6.

Obr. 6. Moderní koncepce přenosu bezpečnostních signálů v systému X20 a síti Ethernet Powerlink

O sběrnici X2X link jsme hovořili jako o decentralizované základní desce. Zároveň to však je i výkonná sběrnice, takže proč nemít možnost včlenit mezi moduly X20 a X67 ovládací panel systému Panelware, proč instalovat další kabeláž? Rovněž tak je možné po sběrnici X2X link transportovat pakety pro nějaké vzdálené sériové rozhraní, třeba pro čtečku čárového kódu připojenou k modulu X67 ve vzdálenosti 35 m od řídicího systému. I na těchto drobných příkladech je vidět, s jakým důvtipem vývojáři systémy X67 a X20 i sběrnici X2X link vyřešili.

Pokračování místo závěru

V předchozím článku, v časopise Automa č. 2/2005, byl představen sendvičový I/O systém X20. V tomto článku jsou nastíněny možnosti jeho použití a začlenění do ojedinělého konceptu automatizace, který je produktem společnosti B&R. Spolu s pozvánkou k návštěvě stánku společnosti B&R na veletrhu Amper 2005, kde bude možné v české premiéře Systém X20 spolu s ostatními novinkami od firmy B&R vidět, by to vystačilo na pěkný závěr.

Nicméně v rámci systému X20 se chystají další novinky a rozšíření. Jednou z nich je koncept bezpečného přenosu informací a díky tomu realizace bezpečnostních okruhů v rámci I/O systému, včetně bezpečnostních funkcí inteligentních pohonů (obr. 6). Efekt je zřejmý – úspora kabeláže a variabilita i v této oblasti. Takže udělejme tečku s tím, že o systému X20 rozhodně neslyšíme naposledy.

Ing. Karel Bílek,
B&R automatizace s. r. o.