Aktuální vydání

celé číslo

02

2023

Amper 2023

Propojená výroba, průmyslový internet věcí a analýzy dat

celé číslo

Turck: systémy IIoT pro budoucí průmyslovou automatizaci

Budoucnost automatizace je v úspěšném propojení fyzických výrobních prostředků, jako jsou stroje a linky, s virtuálním světem zpracování a vizualizace naměřených hodnot. Tedy v úspěšném využití prostředků průmyslového internetu věcí (IIoT). V tomto směru společnost Turck nabízí vše potřebné od hardwaru přes jednotky edge a komunikační brány až po cloudové aplikace. Aby tento přístup ještě dále vylepšila, přichází s významnou inovací v podobě IIoT platformy Cumulocity. Jde o nový inovativní koncept cloudového řízení s výrazně zjednodušeným nastavením pro uživatele.

 

Základem efektivního průmyslového internetu věcí (IIoT) je end-to-end komunikace mezi senzory a cloudem (obr. 1). V kombinaci s výhodami digitálního standardu IO-Link otevírá širokou škálu možností a umožňuje nepřetržitě sledovat stavová data strojů a celých výrobních závodů, automaticky upozorňovat na kritické stavy nebo pomocí předzpracování ve výpočetních jednotkách edge a odesílání dat do cloudu na dálku předvídat anomálie výrobních procesů. Provozní data v cloudu umožňují simulovat procesy v digitálním dvojčeti systému, na dálku stroje ovládat nebo automaticky spouštět procesy v ERP (např. opakované objednávky). Přístup k zařízením a strojům na dálku s podrobnými zprávami o stavech různých částí systémů a s obousměrnou komunikací dovoluje na dálku nastavovat parametry a plánovat údržbu systémů přímo z kanceláře.

 

Cloudová řešení pro průmyslové aplikace

Cloudová řešení, obecně řečeno, poskytují flexibilní přístup k úložišti, výpočetnímu výkonu nebo softwaru. Data nejsou uložena na místním hardwaru, ale na serverech v cloudu. To umožňuje uživatelům přistupovat k informacím nebo iniciovat akce z různých webových zařízení bez ohledu na místo a čas. Na rozdíl od cloudových platforem pro soukromé použití nebo pro obchodně-informační systémy podniku jsou cloudové platformy, na nichž běží průmyslové aplikace, více specializované, protože musí podporovat standardizované komunikační protokoly s obousměrným tokem informací a splňovat vysoké požadavky na funkční bezpečnost i zabezpečení dat. Aktuální data a stavy stroje jsou vizualizovány na řídicích panelech. To uživatelům umožňuje měnit nastavení stroje. Při překročení definované prahové hodnoty je možné zasílat upozornění, např. e-mailovou zprávou. Rozhraní lze individuálně přizpůsobit a na přání stylizovat do zákazníkova firemního designu.

 

Nová IIoT platforma Turck Cumulocity

Velkou aktuální novinkou společnosti Turck v této oblasti je zavedení zcela nové cloudové platformy Cumulocity (obr. 1) pro kompletní sběr, zpracování, vyhodnocení a vizualizaci velkého množství dat generovaných širokou škálou chytrých senzorů, decentralizovaných zařízení a jednotek edge od firmy Turck. Platforma Cumulocity IIoT totiž s použitím uživatelsky velmi intuitivních samoobslužných nástrojů a přístupu založeném na konfiguraci pomocí skládání předem připravených bloků výrazně zjednodušuje všechny operace. Skutečně rychlý samoobslužný přístup na odolné platformě umožňuje rychle připojit a spravovat různá zařízení a tak rychle vyvíjet aplikace využívající IIoT.

Na platformě Turck Cumulocity lze provozovat aplikace IIoT v podstatě na jakémkoliv výpočetním systému, nejen v cloudu, ale případně i na zařízeních on-premise. V rámci nabídky funkcí Smart Field Analytics poskytuje všechna data, která uživatelé v průmyslu požadují, a umožňuje v celém výrobním systému využít možnosti prediktivní údržby a tak eliminovat riziko neplánovaných prostojů a narušení produktivity. Poskytuje v reálném čase i hlášení o prostojích strojů. S vestavěnými algoritmy učení lze snadno realizovat spolehlivou analýzu „šitou na míru“ každému stroji. To pomáhá ušetřit nejméně 20 % nákladů a umožňuje včas odhalit hrozící problémy, které by mohly vést k selhání procesu.

Samoobslužná funkce Analytics Builder poskytuje inženýrům nástroje k vytváření vlastních analýz a modelů, které zpracovávají data a vytvářejí agregované datové body a měřicí místa s možností definovat v nich výstrahy a alarmy a v reálném čase měnit jejich konfiguraci. Díky přesnému nastavení parametrů a rozhodování ve zlomku sekundy na základě podmínek a proměnných, které se mohou během okamžiku změnit, dosahují ve výrobě uživatelé velkých výhod.

 

Cloudová procesní řízení

Rozsah služeb nabízených cloudem rozšiřuje obousměrná komunikace až na úroveň senzorů a akčních členů. Například při výměně vadného zařízení je možné jeho předchozí nastavení automaticky nahrát z úložiště v cloudu. To však lze jen u „chytrých“ koncových zařízení, jako jsou např. snímače, prvky optické signalizace nebo ovládací moduly pro řízení akčních členů s rozhraním IO-Link. Odolné moduly TBEN s krytím až IP69 mohou být vybaveny programovatelným automatem FLC (Field Logic Controller) s webovým programovacím prostředím Argee. V prostředí Argee je možné např. naprogramovat převedení číselných hodnot obdržených prostřednictvím komunikační brány TX700Q z cloudového ovládacího rozhraní na správně a přesně časované a škálované elektrické analogové a dvoustavové signály.

 

Předzpracování dat v jednotkách edge

Aby bylo zpracování dat ze strojů a senzorů v cloudu co nejefektivnější, nejrychlejší a nejspolehlivější, je důležité jejich předzpracování na úrovni edge, tedy na „vnějším okraji“ místní sítě. Ve výpočetních jednotkách edge mohou uživatelé definovat, které informace by se měly přenášet do cloudu a které by místo toho měly zůstat v lokálním prostředí. To zmenšuje množství dat na cloudových serverech. Standardní univerzální komunikační protokoly OPC UA a MQTT umožňují napojení nejen na cloudová řešení Turck, ale i do dalších cloudů, jako Azure, Alibaba nebo Amazon.

Turck nyní nabízí mnoho různých řídicích jednotek s integrovanou funkcí edge computingu. Patří k nim zařízení HMI/PLC TX700 (obr. 3), která lze použít nejen pro vizualizaci a rychlé ovládání pomocí gest, ale také jako bránu IIoT nebo jednotku edge. Tato zařízení snižují náklady na realizaci předzpracování dat před nahráním do cloudu, protože není nutná samostatná cloudová brána nebo výpočetní jednotka edge. Jestliže však není třeba lokální ovládací obrazovka HMI, je vhodné použít jen samostatné provedení edge komunikační brány TX700Q (obr. 4), které pro vizualizaci využívá vestavěný webový server. Zařízení TX700 i TX700Q mají ethernetové porty LAN, sériové porty, rozhraní USB, slot pro kartu SD i možnost programování řídicích funkcí pomocí standardu Codesys.

Další řadou jsou robustní kompaktní programovatelné automaty TBEN-L-PLC s krytím IP67, které lze také přímo připojit ke cloudové platformě Turck díky integrované bráně Edge Gateway. TBEN-L-PLC nabízí integrované standardní programovací prostředí Codesys a díky svému multiprotokolovému rozhraní umožňuje cloudové připojení a komunikaci s různými ethernetovými protokoly současně. Režim Dual MAC umožňuje modulu navázat jedním portem připojení k automatizační síti a druhým portem bezpečně oddělené internetové připojení ke cloudu. Alternativně, není-li vyžadováno internetové připojení ke cloudu, je možná i komunikace ve dvou oddělených ethernetových sítích, např. současně jako zařízení Profinet a EtherNet/IP, Modbus TCP/RTU nebo CAN­open. Kromě těchto protokolů a sítí pro připojení k různým řídicím jednotkám různých výrobců podporuje také komunikaci MQTT nebo OPC UA v režimu server i klient. To všechno nejnověji doplňují i moduly IO-Link s rozhraním EtherCAT označené jako TBEC-LL-8IOL. Zařízení mohou paralelně komunikovat až osmi protokoly.

 

Monitorování provozního prostředí a stavů

Senzory monitorují činnost strojů a zařízení, ale také poskytují informace o jejich vlastním technickém stavu. Kromě provozních hodnot poskytují zařízení s rozhraním IO-Link také různá přidružená stavová data. Na ta se lze dotazovat v určených intervalech, vizualizovat je v cloudu a synchronizovat s provozními akcemi. To umožňuje předvídat poruchy a zajistit velkou spolehlivost celého systému výroby, logistiky nebo skladování.

 

(Turck, s. r. o.)

 

Obr. 1. Otevřená infrastruktura IIoT propojuje svět OT a IT

Obr. 2. Cloudová platforma Cumulocity pro kompletní sběr, zpracování, vyhodnocení a vizualizaci dat generovaných širokou škálou chytrých senzorů, decentralizovaných zařízení a jednotek edge

Obr. 3. TX700: terminál HMI s vestavěným PLC

Obr. 4. Inteligentní komunikační brána TX700Q

Obr. 5. Kompaktní I/O modul s vestavěným PLC a multiprotokolovým rozhraním TBEN-L-PLC