Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Průmyslové sběrnicové systémy používané u strojů a výrobních zařízení

V současnosti čelí firmy značným požadavkům na kvalitu a rozmanitost výrobků i na zkrá­cení výrobního cyklu. Tlak konkurence i požadavky trhu vedou k tomu, že se v průmys­lové strojní výrobě stále častěji uplatňuje automatizační a síťová technika. Lapp Group nabízí uživatelům kompletní řešení komunikace od jednoho výrobce – od sběrnicových kabelů, přes vhodné datové konektory až po robustní průmyslové komunikační moduly pro senzory a akční členy. Komponenty s vysokým stupněm krytí IP67, umožňující při­pojit senzory a akční členy přímo ke sběrnici, nejenže snižují náklady, ale navíc zlepšují výkonnost, spolehlivost a flexibilitu celého systému.
 

Princip přenosu dat po sběrnici

 
Sběrnicí nebo sběrnicovým systémem se rozumí komunikační propojení s malým po­čtem vodičů, po kterých se pře­nášejí nejen informace od sen­zorů, ale i parametrizační data a chybová a stavová hlášení. Stále častěji se náročné komplexní au­tomatické systémy navrhují jako decentralizované. Jednotlivé čás­ti systému si v průběhu výrobní­ho procesu navzájem vyměňují informace. Ke komunikaci se pro snadnou manipulaci a příznivou cenu celého řešení stále častěji využívají dvoužilové sběrnicové kabely. Teprve výměna dat pro­střednictvím sběrnice dovoluje plně využít všechny funkce sys­tému. Sběrnice propojují a koor­dinují různé úrovně výroby.
 
Zapojením komponent do sítě získají jednotliví účastníci mož­nost vzájemně komunikovat. Je­jich komunikace neprobíhá současně, ale podle předem určeného postupu a ve stanove­ném pořadí. V průmyslu je nejvíce využívána metoda komunikace master-slave. Informace na úrovni senzorů a akčních členů (tzv. apli­kační úroveň) jsou konvertovány do sériové datové struktury vhodné pro předání a zpraco­vání v programovatelných řídicích jednotkách. Všechny informace jsou k dispozici v binární podobě. Spínací prvky (spínače polohy, senzo­ry atd.) a jednoduché spotřebiče (ventily, dis­pleje atd.) rozeznávají jen dva stavy. Jsou-li snímány a vyhodnocovány analogové signály, je nutné je před přenosem převést do digitální podoby. Pomocí A/D převodníku jsou analo­gové veličiny obvykle převáděny na nejméně osmibitovou digitální informaci. Tato digita­lizovaná informace je zpětně přenášena přes D/A převodník.
 

Komunikace na aplikační úrovni

 
Automatizační technika se zavádí zpra­vidla s cílem zajistit stálou kvalitu produktů za výhodné ceny a současně dosáhnout efek­tivní výroby šetrné k životnímu prostředí. K tomuto cíli je možné se přiblížit použitím moderních, síťově propojených komponent. V nákladech se využívání sběrnicové komu­nikace projeví takto:
a) Pořizovací náklady na zařízení, které po­užívá moderní automatizační a sběrnicové systémy, se téměř neliší od nákladů na běž­né zařízení vybavené konvenčním kabe­lovým propojením. Díky lepší flexibilitě a podstatně většímu počtu funkcí je mož­né dosáhnout větší rozmanitosti výroby.
b) Náklady na instalaci a uvedení do provozu jsou sníženy až o 30 %. Výrazně nižší jsou náklady na projektovou dokumentaci, ka­beláž, detekci chyb při řešení problémů. Je možné uvádět do provozu jednotlivé části systému a testovat je.
c) Díky optimalizaci výrobních procesů a technologie výroby se snižují výrobní náklady. Snadnější dostupnost jednotli­vých komponent zařízení zmenšuje počet chyb, což se odráží v lepší kvalitě.
d) Bez dodatečných nákladů jsou k dispozi­ci prostředky pro detekci chyb a diagnos­tiku. Údaje o výpadcích výroby způsobe­ných poruchami je možné cíleně sledovat a vyhodnocovat. Polohu zařízení lze větši­nou sledovat na zobrazovací jednotce pro­střednictvím vizualizace.
 

Přenos dat v komunikačních systémech

 
Informace jsou ve sběrnicových systé­mech nebo sítích přenášeny podle pravi­del daných použitým protokolem. Protoko­ly stanovují technické detaily výměny in­formací. Komunikace mezi velkým počtem stanic a zařízení probíhá po sběrnicových kabelech. Je nutné, aby všechny informace byly k dispozici včas a bezpečně. Zabezpe­čovací mechanismy zabraňují zkreslení dat způsobenému kolizemi, které mohou nastat při přenosu po sběrnici nebo v síti. Interpre­tace předaných informací je úkolem uživa­telského softwaru. Přestože není v podstatě možné tyto postupy standardizovat, existu­jí specifikované profily navržené pro jed­notlivé obory.
 
Komunikační systémy v rámci příslušné hierarchie sbírají a rozdělují informace, které jsou důležité pro automatizaci a provoz zaří­zení. Za zásadní požadavky jsou považovány mimo jiné dodržování minimální doby ode­zvy, dostupnost a bezpečnostní kritéria. Po­žadavky na síťové propojení na úrovni sen­zorů a akčních členů se liší od požadavků na úrovni řízení procesů. Na úrovni senzorů a akčních členů jsou důležitými parametry doba cyklu (reakční doba), počet účastníků, šířka pásma, resp. množství přenesených in­formací, zpracování digitálních nebo analo­gových veličin a dotazování řízené událost­mi, na základě priorit nebo cyklické dotazo­vání. Naproti tomu na úrovni řízení probíhají regulační procesy, koordinační úlohy a kon­trolní funkce.
 

Požadavky na systém sběrnic pro průmyslové využití

 
U decentralizovaných sběrnicových sys­témů pro průmyslové použití je nutné rozli­šovat mezi dvěma různými případy použití: připojení místních periferií a distribuce úloh automatizace. Místním připojením se rozu­mí přímé připojení vstupů a výstupů k mís­tům, kde jsou zapotřebí signály z periferií. Periferie je připojena prostřednictvím vstup­ních a výstupních modulů a její signály jsou přes průmyslovou sběrnici vedeny do decen­tralizované řídicí jednotky. Přitom se dosáh­ne těchto výhod:
  • méně náročná instalace díky kratší mon­táži,
  • krátké trasy kritických signálů, jako jsou např. analogové hodnoty,
  • větší přesnost díky digitálnímu přenosu dat,
  • přehlednější projektování a struktura zaří­zení,
  • jednodušší rozšiřování a možnost rychlé změny.
 

Rozšířený sběrnicový systém pro použití v průmyslu

 
Na loňském veletrhu SPS/IPC/Drives (24. až 26. listopadu 2009) v Norimberku předsta­vila stuttgartská společnost Lapp Group roz­šířený program sběrnicových systémů Unit­ronic pro průmyslové použití. Vedle aktivních komunikačních modulů pro připojení senzo­rů a akčních členů ke všem běžným sběrni­cím a vhodné kabeláže pro průmyslové pou­žití jsou nyní k dispozici i komunikační brá­ny (gateway) k propojení do nadřazené sítě na bázi Ethernetu. V sortimentu produktů je možné najít komponenty pro všechny ce­losvětově používané průmyslové sběrnice: komunikační moduly pro připojení senzorů a akčních členů s rozhraními AS-Interface, Profibus, CANopen a DeviceNet. Tato stan­dardizovaná komunikační technika s vyso­kým stupněm krytí umožňuje připojit všechny senzory a akční členy běžné na trhu a dosáh­nout decentralizovaného řešení automatiza­ce strojní výroby. Díky rychlé a jednoduché montáži je možné i za obtížných podmínek značně snížit náklady na instalaci.
 
Společnost Lapp Group se zvlášť zaměřu­je na prvky navržené pro ekonomické zapoje­ní senzorů a akčních členů do sítě AS-Inter­face. Tyto prvky je možné instalovat rychle a bezpečně za použití několika málo úkonů. V nabídce jsou moduly s vysokým stupněm krytí i moduly pro montáž na lištu DIN. Va­rianta s krytím IP67 má zámkový mechanis­mus umožňující instalovat plochý kabel AS--Interface bez nářadí. Kovové pouzdro mo­dulu s krytím IP30 je vybaveno modulár­ními svorkami, takže je možné podle dané úlohy použít šroubovací nebo pružinové při­pojení. Pro rychlé a snadné propojení senzo­rů a akčních členů v průmyslu si lze vybrat z rozsáhlé nabídky kabelů, konektorů T a Y, ukončovacích rezistorů, standardizovaných vidlic a kabelových propojů v různých prove­deních a délkách a rovněž vhodné příslušen­ství. Další informace jsou k dispozici na we­bové stránce www.lappgroup.cz.
Jürgen Volberg,
produktový manažer, LAPP GROUP
 
Obr. 1. K programu Unitronic stuttgartské společnosti Lapp Group patří vedle aktivních modulů pro připojení senzorů a akčních členů do celosvětově rozšířených sběr­nicových systémů i komunikační brány (gateway) pro připojení k nadřazeným sítím na bázi Ethernetu
Obr. 2. AS-i modul IP30 s kabelem a senzorem; kovové pouzdro zařízení (IP30) je vybaveno modulárními svorkami; v závislosti na přísluš­né aplikaci je možné použít šroubovací nebo pružinové připojení