Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Sercos III: vše, co potřebujete, je jeden kabel

Jeden kabel je vše, co potřebujete, abyste vytvořili komunikační systém: už nemusí­te kupovat žádná zařízení navíc. Dostatečně velký výkon umožňuje pomocí komuni­kační sítě Sercos III realizovat úlohy, pro něž byl dosud nutný zvláštní hardware. To zjednodušuje inženýrskou práci a zvyšuje efektivitu provozu systémů pro řízení stro­jů a strojních zařízení.
 

Jednoduché a standardizované znamená efektivní

 
Dne 6. května 1840 přišla Královská pošta v Anglii s převratnou novinkou. Dosud bylo zvykem, že porto za každý dopis se vybíralo podle toho, na jakou vzdálenost byla zásilka doručena, a bylo obtížné dozvědět se předem, kolik bude doručení stát. To bylo nákladné a těžkopádné řešení, které vyžadovalo vel­ké množství školeného poštovního personá­lu, a důsledkem toho byl odliv zájmu o poš­tovní služby.
 
V roce 1839 sir Rowland Hill (1795–1879) provedl dvě zásadní změny: zavedl jednotné poštovní sazby za běžné dopisy a vymyslel první samolepicí poštovní známku, One Pen­ny Black, kterou mohl odesílatel zaplatit poš­tovné. Tato reforma se setkala s odporem, pro­tože každému bylo jasné, že náklady na doru­čení dopisu v rámci Londýna budou jiné než náklady na doručení z Londýna do malé ves­nice v odlehlém hrabství. Na co kritici zapo­mněli, bylo enormní zlepšení efektivity poš­tovních služeb, jež bylo s touto reformou spo­jeno. Přijatelné ceny přilákaly nové klienty, poštovní úředníci už nemuseli pracně počítat cenu za každý dopis zvlášť a jednotný ceník umožnil vznik nových služeb. Zájem o služ­by Královské pošty byl najednou větší než kdy jindy. Krize přešla v nový rozvoj a převratná metoda jednotného poštovního ceníku se ce­losvětově používá dodnes.
 
Příklad poštovní známky je typickou lekcí při studiu efektivity: důsledná standardizace a jednoduchá pravidla umožní systém snadno přizpůsobit všem situacím a měnícím se pod­mínkám bez velkých nákladů. Čím více hráčů se do této hry zapojí a zaváže se respektovat daná pravidla, tím větší prospěch z ní všich­ni společně mají. Stejný síťový efekt lze po­užít při vysvětlení toho, jak se internet vyvi­nul z původně akademického komunikační­ho nástroje do podoby celosvětově rozšířené sítě otevřené pro širokou veřejnost.
 

Průmyslový Ethernet

 
Internetové protokoly, např. TCP/IP, si na­šly svou cestu i do průmyslové automatizace, a to v podobě různých forem průmyslového Ethernetu. Průmyslový Ethernet se od běž­ného liší fyzickým provedením síťové infra­struktury, zaručujícím odolnost proti extrém­ním teplotám, prachu, vibracím a elektro­magnetickému rušení, a zejména schopností pracovat v reálném čase. Zatímco u zprávy zaslané elektronickou poštou nezáleží na tom, za kolik milisekund bude doručena příjemci, při řízení strojů jsou požadavky na přesnost a rychlost podstatně větší.
 
Průmyslový Ethernet umožňuje vytvořit jed­notnou infrastrukturu v rámci celé automatizač­ní pyramidy. Vertikální integrace od senzorů až po účetnické softwarové systémy otevírá nové možnosti, jak řídit výrobní procesy. Moder­ní ethernetové komunikační sítě jsou součas­ně mnohem flexibilnější ve své struktuře i ve­likosti než klasické provozní sběrnicové sítě.
 

Sercos III – základní principy

 
Sercos III, jedna z variant průmyslového Ethernetu, umožňuje přenášet po stejné ko­munikační síti běžná i bezpečnostní data. Cer­tifikovaný bezpečnostní protokol nevyžadu­je speciální hardware, a přitom zaručuje spo­lehlivý přenos bezpečnostních signálů, např. z tlačítka nouzového zastavení.
 

Synchronní komunikace i běžná data

Sercos III sjednocuje všechny aspekty ko­munikačních sítí do jednoho standardu, bez ohledu na požadavky různých oblastí průmys­lové výroby. Základem je spolehlivý a vyspě­lý systém ethernetové komunikační sítě pra­cující v reálném čase. Kapacita přenosu dat je 100 Mb/s a doba cyklu činí pouze 31,25 μs. Kromě dat reálného času lze po téže síti po­sílat i data, která nevyžadují synchronizaci. V praxi to znamená, že servisní technik může přijít k jakémukoliv uzlu sítě Sercos III, při­pojit se k němu běžným ethernetovým ka­belem a využívat komunikační síť, aniž by k tomu potřeboval speciální hardwarové nebo softwarové rozhraní.
 

Bezpečnostní data

Stejně konzistentní je přenos bezpečnost­ních dat. Jestliže senzor detekuje např. za­blokování dopravníku nebo přehřátí motoru, musí být informace bez odkladu a spolehli­vě předána řídicímu systému, který zahájí sekvenci předem stanovených akcí. Spolehlivý přenos dat zaručuje certifikova­ný bezpečnostní protokol Ser­cos Safety.
 
Sercos Safety je protokol, který vychází z protokolu CIP safety podle ODVA (Open De­viceNet Vendor Association). Ten je podporován komunikač­ními standardy DeviceNet, Con­trolNet a Ethernet/IP a dovoluje uživatelům využít ten samý bez­pečnostní mechanismus na růz­ných platformách. Sercos Sa­fety splňuje požadavky normy IEC 61508 do úrovně bezpeč­nosti SIL3.
 
Ve strojní výrobě je větši­nou zvykem používat pro bez­pečnostní signály vyhrazenou kabeláž. Sercos III naproti tomu využívá i pro bez­pečnostní signály jednu komunikační infra­strukturu, vhodně upravenou tak, aby byla odolná proti přerušení kabelu nebo selhání přenosu dat. To, že k přenosu bezpečnost­ních dat není třeba žádný speciální hardwa­re, snižuje náklady na celý řídicí systém, aniž by to negativně ovlivnilo celkovou úro­veň bezpečnosti.
 

Autonomní nódy pro decentralizovaný komunikační systém

Běžně dostupné, integrované komunikač­ní čipy dávají každému zařízení s komunikač­ním rozhraním pro Sercos III veškerou inteli­genci potřebnou pro práci i v rozsáhlých sa­moorganizujících se sítích. Umožňují např. komunikaci mezi řídicími moduly a pohony. Díky autonomním nódům je komunikační síť nezávislá na centrálním řídicím modulu, což poskytuje vývojářům větší možnosti při prá­ci na návrhu projektu. Také to eliminuje nut­nost používat nákladná síťová zařízení, jako jsou rozbočovače a přepínače. To, že Sercos III je možné použít jako jednotný, univerzál­ní komunikační systém pro všechny úlohy, přispívá ke snižování nákladů.
 

Standardizace

 
Vysoký stupeň standardizace podstatně zjednodušuje přechod od klasických provoz­ních sběrnic k systému Sercos III. Norma IEC 61491 specifikuje profil sběrnice Sercos už od roku 1995. S rozšířením průmyslového Ethernetu nabývá na důležitosti IEC 61800-7(Drive Profile and Communication). Také v tomto případě jsou profily všech tří gene­rací sběrnice Sercos uvedeny v této normě.
 
Sercos International, nezávislá asociace uživatelů a výrobců automatizační techni­ky, dohlíží na technický rozvoj a certifikaci techniky pro sběrnice Sercos. Díky tomu je zaručena vysoká míra kompatibility zaříze­ní. Zařízení od dalších výrobců mohou být do sběrnice Sercos integrována pouhým při­dáním dalších profilů zařízení, bez enormních nákladů na vývoj. Omezení počtu systémo­vých rozhraní a vysoký stupeň standardizace jsou další způsoby, jimiž Sercos III pomáhá snižovat náklady na inženýrské práce.
 

Závěr

 
Sercos III je jednotný komunikační sys­tém, který splňuje všechny požadavky auto­matizace výroby, ať je to vertikální integrace s manažerskými systémy, synchronní řízení několikaosých strojů, přenos dat mezi lokál­ními řídicími moduly nebo zajištěné předá­vání bezpečnostních informací. Sběrnici Ser­cos III na to vše stačí jeden standard a jeden kabel. Podporuje úsporný vývoj moderních strojů a strojních zařízení. A navíc, firmy ne­musí své pracovníky zaškolovat pro několik různých komunikačních systémů, naopak si mohou vytvářet společnou bázi znalostí pro budoucnost. Z hlediska materiálového za­bezpečení je výhodné, že při rozvodu kabelů se používá jen jeden standardní typ. To ome­zuje náklady na skladování náhradních dílů.
 
Před 170 lety vytvořil sir Rowland Hill příklad, že jednoduchost a standardizace jsou efektivní. Výhoda jednotného standardu po­máhá překonat všechny pochybnosti. Ser­cos III je zde pro všechny, kdo chtějí vyví­jet ekonomicky úsporné komunikační systé­my s jedním standardem a jedním kabelem pro jakoukoliv úlohu, bez újmy na flexibili­tě a bezpečnosti.
 
Literatura:
GRIMM, D.: Sercos III – moderní automatizace s průmyslovým Ethernetem. Automa, 2009, č. 1, s. 33–34.
 
Daniel Grimm, Bosch Rexroth AG,
vedoucí pracovní skupiny marketingu SERCOS International e.V.
Překlad a úprava Bk.
 
Obr. 1. Sercos III je vhodný i pro synchronní práci robotů, náročnou z hlediska reálného času
Obr. 2. Přesná synchronizace je nutná také u tiskařských strojů