Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Profinet a profil PROFIenergy pro snížení spotřeby energie výrobních linek

Vysoká cena energie a nutnost dostát různým právním předpisům nutí průmyslové podniky zabývat se možnostmi úspory energie. Snahy o snížení spotřeby se projevují například v konstrukci pohonů a v používání efektivních pohonů a optimalizovaných výrobních procesů, které jsou výraznými úsporami energie doprovázeny. Oblastí, kde lze také dosáhnout významné úspory ve spotřebě energie, je řízení výrobních linek během jejich nečinnosti.

Během nečinnosti v továrnách a výrobních jednotkách je běžné, že mnohá zařízení běží nepřetržitě a s téměř stejnou spotřebou jako při plné výrobě. S tímto problémem se skupina výrobců automobilů známá pod označením AIDA (Automatisierungsinitiative Deutscher Automobilhersteller; sdružuje Volkswagen, Audi, BMW a Daimler) obrátila na organizaci Profibus & Profinet International (PI) a požádala ji o vytvoření profilu, který by umožnil dosažení úspory energie s využitím infrastruktury komunikační sítě Profinet. Výsledkem byla specifikace profilu PROFIenergy, nezávislého na výrobci, který popisuje různé scénáře a režimy činnosti zařízení vhodné pro snížení spotřeby energie.

Během období nečinnosti výrobních jednotek lze záměrným vypínáním spotřebičů nebo změnou některých jejich parametrů drasticky snížit spotřebu energie, a tím i náklady na provoz. V současné době je běžné, že aktuálně nepotřebná zařízení výrobní linky je možné vypnout. Většinou jde o manuální vypínání, které se však často neuskuteční, neboť u obsluhy panuje obava, že se v okamžiku opětovného zapnutí nepodaří zařízení správně nastartovat. Tato obava může být způsobena předchozí negativní zkušeností z nepovedeného náběhu technologického zařízení, což bývá zapříčiněno nesprávnou sekvencí zapínání jednotlivých zařízení. Proto není běžné zařízení při nečinnosti vypínat. Během dlouhých časových úseků, kdy je výrobní linka „v provozu“, tak zařízení spotřebovávají energii zbytečně, což hraje významnou roli u strojů s velkým příkonem, jako jsou např. průmyslové roboty (obr. 1), řezací stroje apod. Studie, kterou vedl prof. Frithjof Klasen z Univerzity aplikovaných věd v Kolíně nad Rýnem, ukázala, že během nečinnosti a výrobních přestávek lze ušetřit přibližně 50 % energie, což v kontextu provozu linky, již se studie týkala, představuje přibližně třetinu celkové spotřeby energie.

Profil Profienergy stanoví způsoby, jak jednotlivá zařízení přepnout do režimu snížené spotřeby energie povelem z řídicího počítače. Z pohledu komunikační sítě Profinet je to sekvence zpráv, obsahujících příslušná data. Zařízení připojená k síti Profinet, která je třeba uvést do režimu snížené spotřeby, musí tento profil, a tím i příkazy ke snížení spotřeby, podporovat. Podstatnou vlastností profilu Profi­energy je to, že každé zařízení sdělí nadřazenému počítači své parametry, z nichž lze zjistit dobu přechodu mezi režimy plného provozu a snížené spotřeby, aktuální spotřebu energie pro daný režim apod. Nadřazený počítač tak může naplánovat odpojování částí linky, popř. jejich uvádění do režimu snížené spotřeby tak, aby nebyla ohrožena výroba, aby byl zajištěn opětovný náběh celé výrobní jednotky a aby zařízení nespotřebovávala energii zbytečně. Tyto metody snížení spotřeby energie vyžadují nový přístup k návrhu a provozování výrobních linek, na druhou stranu přechod do režimu snížené spotřeby není závislý na obavách obsluhy z opětovného spouštění.

Typický případ, kdy je vhodné využít možnosti, které profil Profienergy nabízí, jsou krátké přestávky o délce řádově minut či desítek minut, jako jsou např. přestávky na jídlo a oddech. Během těchto přestávek lze některá zařízení vypnout nebo alespoň přepnout do režimu snížené spotřeby. Předpokladem je, aby stroj nebo výrobní linka byly ve stavu, kdy lze z technologického hlediska některé její části odstavit. Řídicí systém výrobní linky vydá na začátku přestávky zařízení povel, aby se vypnulo a na konci přestávky opět zapnulo. Tento proces nemůže nastat automaticky, ale musí být ovládán řídicím systémem celé linky. Tím se zajistí, aby všechny části výrobní linky byly zastaveny a opět spuštěny ve správném pořadí. Spouštěcí událostí pro začátek a konec přestávky může být časový údaj jako např. „začátek oběda“, stisk příslušného tlačítka na ovládacím panelu, povel od nadřazeného informačního systému pro řízení a plánování výroby apod. To, která zařízení budou vypnuta nebo uvedena do režimu snížené spotřeby, je určeno programem, popř. požadavky řízené technologie a vlastnostmi dotčených zařízení. Je-li tedy např. přestávka příliš krátká a zařízení nestihne přejít do režimu snížené spotřeby a zase zpět do režimu plného provozu, nadřazený řídicí systém takové zařízení vůbec vypínat nebude. Stejně tak se nebudou vypínat zařízení, která jsou potřebná např. pro zajištění bezpečnostních funkcí.

Režimů snížené spotřeby může mít zařízení několik. Lišit se mohou množstvím spotřebované energie, potřebnou minimální dobou přechodu mezi nimi apod. Proto např. při delší výrobní přestávce dané pravidelnou údržbou částí linky lze počítat s delší dobou, než se zařízení dokáže přepnout do režimu plného provozu. Podobně při neplánované přestávce, např. náhodném výpadku, může nadřazený řídicí systém tuto situaci rozpoznat a může rozhodnout o uvedení příslušných zařízení do režimu snížené spotřeby. Opět je nutné dodržovat příslušné sekvence, aby část linky byla řádně vypnuta a opět zapnuta.

Popsané scénáře vyžadují zahrnutí energetických úspor do procesu plánování výroby a na první pohled jsou odlišné pro různé typy výroby a výrobních jednotek. S využitím různých formalismů pro rozvrhování a optimalizaci výrobních procesů však je možné navrhnout metody a algoritmy, které tento proces částečně automatizují a přispějí ke spolehlivějšímu, a přesto úspornějšímu provozování výrobní techniky. Tyto metody a algoritmy jsou předmětem výzkumu na některých univerzitách či výzkumných institucích.

(S využitím [Asessing PROFIenergy‘s potential. PI white paper, 2011. Dostupné na <www.profibus.com/nc/downloads/downloads/pi-white-paper-as-sessing-profienergys-potential/display/>. cit. 13. 2. 2012] a specifikace Common Application Profile PROFIenergy, vydané organizací PI a dostupné jejím členům.)

Pavel Burget, Profibus CZ

Obr. 1. U průmyslových robotů lze při přestávkách v práci výrazně omezit jejich spotřebu

Seminář Konfigurace a diagnostika sítí Profinet

Organizace Profibus CZ, zástupce Profibus & Profinet International (PI) pro Českou republiku, pořádá další z řady úspěšných seminářů pro odbornou veřejnost, tentokrát se zaměřením na praktické aspekty realizace a údržby sítí Profinet. Seminář se koná 3. dubna 2012 od 8:30 hodin v hotelu Top Hotel Praha.

Cílem semináře je poskytnout základní přehled o komunikačním systému Profinet, ukázat způsob konfigurace sítě a princip diagnostiky zařízení i komunikace. Velký prostor bude věnován řešení typických diagnostických situací, které mohou v praxi nastat. Na příkladech bude ukázáno, jak lze použít běžné protokoly ze světa informační techniky pro získání statistiky komunikace, přehledu topologie apod.

Členové organizace Profibus CZ budou prezentovat své výrobky, nabízené služby a budou také uvedeny příklady konkrétních realizací. Více informací o semináři stejně jako přihlášku na něj lze získat na stránkách www.profibus.cz.

Kurzy Certified Profinet Engineer

Certifikované školicí centrum (PI Training Centre – PITC) při katedře řídicí techniky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze může od roku 2011 kromě kurzů Certified Profibus Installer a Certified Profibus Engineer pořádat také kurzy Certified Profinet Engineer.

Profinet se v průmyslové automatizaci prosazuje stále silněji a v mnoha projektech jej investoři výslovně vyžadují. Kurz Certified Profinet Engineer je zaměřen tak, aby se jeho účastníci naučili potřebné dovednosti nutné k navrhování sítí Profinet, konfiguraci zařízení a uvedení celého komunikačního systému do provozu. Podstatnou částí kurzu je diagnostika a hledání chyb. Většinu doby v kurzu tráví účastníci při praktických cvičeních, díky nimž si uvědomí souvislosti mezi konfigurací sítě v inženýrském nástroji a samotnou komunikací a dokážou propojit diagnostické informace zobrazované v inženýrském nástroji s daty přenášenými prostřednictvím zpráv Profinet v síti.

Kvalita kurzu je zaručena dokumentem Quality of Service Agreement, podepsaným organizací Profibus&Profinet International (PI), školicím střediskem při katedře řídicí techniky a kompetenčním centrem Profinet při společnosti ANF DATA. Kontrolu kvality provedl při auditu kurzu prof. Max Felser z Univerzity aplikovaných věd v Bernu ve Švýcarsku (na obrázku druhý zleva;  – zcela vlevo je Jan Hušák, ANF DATA, uprostřed vpravo Zdeněk Hanzálek, předseda Profibus CZ, a zcela vpravo Pavel Burget, FEL ČVUT). Úspěšní absolventi kurzů získají mezinárodní certifikát a budou uvedeni na seznamu všech držitelů certifikátů na stránkách www.profibus.com.

Od září, kdy se uskutečnil audit, již úspěšně proběhly dva kurzy Certified Profinet Engineer, další tři jsou plánovány v první polovině roku 2012.