Aktuální vydání

celé číslo

08

2024

Automatizace v potravinářství a farmacii

Měření a regulace průtoku, čerpadla

celé číslo

Univerzální softwarová architektura pro řízení strojů

Co vlastně znamená pojem „automatizační software“? Je zřejmé, že nejde o pouhý přepis pracovního postupu do podoby softwaru, ale o veškerý software využívaný k automatizaci strojů, systémů a procesů. Ovšem softwarem je také možné podporovat vlastní vytváření automatizačního softwaru. V budoucnu bude automatizačním softwarem nazýván vlastní vývojový nástroj, jinak řečeno: automatizační software bude vytvářet automatizační software.
 

B&R Automation Studio – software pro automatizaci

Automation Studio sjednocuje v jedné architektuře všechny významné složky automatizačního softwaru (obr. 1). Vizualizaci, řízení, regulaci a ovládání, řízení pohonů pro jednoosé i víceosé řešení, CNC a robotiku, úlohy funkční bezpečnosti. Dále veškeré komunikace, ať jde o průmyslové sběrnice nebo informační komunikační sítě. Základním požadavkem na opakovaně použitelný software je konzistentní a univerzální symbolické adresování. Automation Studio je ideální pro dlouhodobou správu projektu a odpovídá požadavkům moderní výroby strojů.
 

Řízení, regulace a ovládání

Programovací jazyky a nástroje pro tvorbu řídicích programů jsou dány normami IEC 61131-3 a ANSI C. Zvláště používáním jazyka C, jenž je popsán v normě ANSI C, lze splnit i velmi náročné požadavky na integraci řídicích programů s ostatními aplikacemi. Současné programovatelné automaty (PLC) se již nepoužívají jen jako náhrada reléové logiky, ale stále více ke zpracování dat a složitých algoritmů. Automation Studio nabízí různé programovací jazyky, takže lze splnit nejrůznější požadavky zákazníků i národní preference v různých zemích. Potřebnou flexibilitu projektu dodávají knihovny funkčních bloků vytvořené v různých jazycích a použitelné ve všech jazycích.
 
Automation Studio nabízí knihovny navržené pro různé obory, např. pro řízení hydrauliky, regulaci teploty, automatické nastavování regulátorů, komunikace apod. Funkční bloky odpovídají standardům definovaným normami IEC a PLCopen.
 

Efektivní vytváření a ladění zdrojového kódu

Automation Studio poskytuje nepřetržitou podporu při psaní kódu. Efektivitu psaní kódu významně zvyšují funkce Autocomplete a Smart Edit. Automatické sledování deklarací proměnných eliminuje překlepy a kontextová nápověda jasně objasní dané téma.
 
I dobře navržený program je vždy třeba odladit. Automation Studio proto obsahuje odlaďovací prostředky (debugger) pro všechny jazyky. Funkce jako zpětné krokování odhalí i nejkomplikovanější zdroje chyb. Hlídání paměti poskytuje softwaru dodatečnou ochranu.
 

Runtime – operační systém reálného času

„Hybnou silou“ řídicího programu je operační systém. Práce v reálném čase a bezchybné zpracování dat jsou základní funkce operačního systému. Mnoho procesů však běží také na pozadí, např. komunikace s průmyslovou sběrnicí I/O nebo monitorování činnosti systému. Některé procesy nemusí pracovat v reálném čase, i u nich však operační systém zaručuje „rozumnou“ dobu odezvy. Sem patří např. komunikace s prostředím Automation Studio.
 

Vizualizace je náročná

V současnosti nelze na trhu nalézt stroj bez odpovídající vizualizace (obr. 2). Alfanumerické displeje jsou stále více nahrazovány grafickými. Automation Studio ovšem podporuje obě varianty. Nicméně jediný způsob, jak uspět v mezinárodní konkurenci, je poskytovat plně grafické vizualizace pro různá rozlišení a úhlopříčky obrazovek. Další nezbytností je použití znakové sady Unicode. Klíčová je možnost přepínat mezi jazykovými mutacemi a různými inženýrskými jednotkami, např. mezi stupni Celsia a Fahrenheita.
 
Použité barvy, jejich kombinace či obrázky často bývají terčem kritiky. Roli zde hrají subjektivní názory různých lidí z různých oddělení výrobního podniku. Automation Studio nabízí několik systémových funkcí, které umožňují rychle přizpůsobit vzhled vizualizace. Základními funkcemi jsou zde grafické vrstvy, úrovně a styly.
 
Vizualizace nejsou jen displeje a indikátory, ale také ovládání. Funkce tlačítek, jejich podsvícení a ovládání dotykové obrazovky jsou spravovány systémem Automation Studio podle požadavků daného řešení. Automatická číselná a alfanumerická zadávací pole podporují tvorbu špičkového ovládání pomocí dotykové obrazovky.
 
Na pozadí běží systém alarmů, který se stará o detekci, protokolování, potvrzování a chronologické vyhodnocování alarmových hlášení. Volitelné uživatelské masky poskytují obsluze srozumitelné informace. Systém alarmů ukládá všechny události tak, aby se záznamy nebylo možné manipulovat, a dává je k dispozici pro účely dokumentace.
 

Integrovaná vzdálená obsluha

Velín, vzdálený provoz a transparentní výroba – to jsou jen některé příklady z široké škály požadavků uživatelů a zákazníků. Automation Studio pomocí funkce VNC (Virtual Network Client) nabízí efektivní řešení takových požadavků. Uživatel přizpůsobí vizualizaci požadavkům zákazníka s minimálním úsilím. Vzdálený přístup k procesním datům přes VNC může být hlídán heslem.
 

Individualita – obchodní značka stroje

Při tvorbě vizualizace se často objeví nečekané požadavky, které ani sebelepší editor nedokáže splnit. Pro takové případy nabízí Automation Studio univerzální a otevřený přístup k vizualizaci přes rozhraní API (Application Program Interface). Ve známém prostředí může programátor využít standardní metody jazyků IEC nebo C a provést jemná nastavení potřebná pro konkrétní řešení. Vizualizační systém je tou součástí stroje, která dlouhodobě vyvolá největší dojem. Přesně z tohoto důvodu, a především pro pohodlí obsluhy, musí být rozhraní řešeno podle ergonomických zásad.
 

Osy jsou všelijaké

Produktivita stroje nebo zařízení je přímo závislá na rychlosti a přesnosti pohybů. Je-li mechanická část stroje dobře navržena a udržována, lze dosáhnout značné produktivity i dlouhé životnosti.
 
Počet různých typů pohybů je enormní. Zcela nezávislé pohyby v jedné ose, které přivedou stroj v daný čas do předdefinovaného stavu, jsou stejně důležité jako synchronizované pohyby os, které se vyskytují u obecného řízení pohybu, CNC a v robotice. Automation Studio všechny tyto způsoby řízení sjednocuje v jediném systému, a nabízí tak efektivnější řešení přímou kombinací těchto řešení, která jsou zdánlivě tak rozdílná.
 
Neméně důležité je flexibilní řízení jednotlivých os. Například jednotlivé osy kanálu CNC lze obsluhovat nezávisle na sobě jako samostatné osy. Kdykoliv a bez nutnosti použít další software. Vhodné metody poté ve vhodnou chvíli opět sestaví kanál CNC do synchronizovaného celku.
 
Ať jde o krokové motory s enkodérem ve zpětné vazbě nebo bez něj, stejnosměrné motory, synchronní nebo asynchronní motory nebo hydraulické pohony, každé řešení má vlastní specifické charakteristiky. Jedna věc je však všem pohonům společná. Elektrické i hydraulické pohony realizují veškeré pohyby stroje. A právě proto Automation Studio nakládá se všemi pohony stejně. To platí jak pro pohyby v jedné ose, tak i pro synchronizované pohyby v několika osách, k nimž dochází v elektronických vačkách, v systémech CNC a při řízení robotů. Automation Studio veškerá řešení pohonů pro automatizaci sjednocuje do jediného nástroje. Jeho uživatelská rozhraní jsou optimalizována pro grafické zadávání pohybu os, a zkracují tak dobu vývoje. Důležitými operacemi jsou také uvádění do provozu a údržba, především u různých typů pohonů. Automation Studio vyniká i v řešení těchto oblastí.
 

Integrovaný bezpečnostní systém

Všichni odborníci se shodují: stroje a systémy mohou být velmi nebezpečné. Vlastníci a obsluha se chtějí a potřebují při práci se stroji a systémy cítit bezpečně. Bezpečnostní řešení má v automatizaci oprávněně velmi důležité místo.
 
Architektura prostředí Automation Studio zahrnuje i bezpečnostní systémy. Bezpečnostní norma IEC 61508 výslovně doporučuje programovat bezpečnostní logiku pomocí funkčních bloků. Tomu je přizpůsobeno programovací rozhraní v tomto prostředí. Integrované funkční bloky jsou ověřeny a odpovídají bezpečnostním normám PLCopen. Automation Studio podporuje otevřené programování bezpečnostních řešení – nabízí tak mnohem více než jen běžné způsoby konfigurace. Klade velký důraz na ověřování chování bezpečnostního systému podle konkrétních kritérií.
 
Pružnost řešení funkční bezpečnosti v prostředí Automation Studio zpřístupňuje nové bezpečnostní principy vedoucí k větší produktivitě. Integrované bezpečnostní řešení zvyšují dostupnost strojů a systémů.
 

Nepřetržitý provoz po dobu 15 let i déle

Software vyžaduje hardware. V tomto případě je hardware relativně široký pojem. Týká se nejen automatizačních systémů, ale také čidel, akčních členů a do jisté míry i mechanických součástí. Během životnosti stroje může nastat mnoho různých situací vedoucích k prostojům (opotřebení, vibrace). Rychlá a efektivní diagnostika obsažená v prostředí Automation Studio zvyšuje efektivitu strojů a systémů.
 

Význam podrobných informací

Diagnostické nástroje systému Automation Studio se uplatní při vývoji, výrobě i údržbě. Záznam časových průběhů veličin běží synchronně s řídicím softwarem. Funkce trigger umožní soustředit se na zajímavé události. Měřicí kurzor a různé matematické funkce jako rychlá Fourierova transformace a filtry typu dolní a horní propusti usnadňují analýzu těchto průběhů.
 
U událostí, které jsou rozloženy v delších časových úsecích, využívá Automation Studio tzv. data logger, v němž lze nalézt systémová i uživatelská hlášení.
 

Jako na místě samém

Úplná diagnostika prostřednictvím telefonních linek a sítí, kterou Automation Studio obsahuje, přenese celý stroj na stůl uživatele (přinejmenším z pohledu softwaru). To je velkou výhodou pro servis, protože prostoje nejsou vždy způsobeny potížemi se softwarem. Ať už se software nahrává přímo do stroje nebo přenáší na CD-ROM nebo do paměti Compact Flash, jeho správa je v Automation Studiu stále centralizována. Centrální organizace všech programů, dat a parametrů snižuje servisní náklady a rizika.
 

Dlouhodobá životnost

Požadovaná životnost strojů je zpravidla delší než životnost jejich elektronických součástek. Při výměně porouchaných součástek je údržba často konfrontována s kompatibilitou. S kompatibilitou je třeba počítat již při návrhu stroje. Během vývoje projektu Automation Studio soustřeďuje veškeré údaje potřebné k zajištění dlouhodobé kompatibility. Je-li třeba během života stroje vyměnit některou část hardwaru, automaticky se do ní nahraje odpovídající software.
 

Centrála pro automatizační software

Dnešní automatizační software je ovlivňován množstvím různých technických řešení a dat. Automatizační software obecně není jen jediným programem, ale skládá se obvykle z programu pro PLC, řízení pohonů a vizualizace. Paralelně se vyvíjejí i systémy funkční bezpečnosti. Architektura prostředí Automation Studio (obr. 3) sdružuje všechny tyto složky, umožňuje jejich spolupráci a poskytuje prostor pro další externí data. Strojní výkresy, technická dokumentace a návrhy plošných spojů jsou příklady zdrojů dat, ze kterých se každý projekt skládá.
 

Flexibilita znamená úspěch

Vyrábí se ještě vůbec sériové stroje? Sotva. Takřka každý stroj je třeba přizpůsobit speciálním požadavkům zákazníka. Různorodé jsou i požadavky globálního trhu. Flexibilní hardware, optimalizovaný z hlediska nákladů, který lze používat s jediným univerzálním softwarovým řešením, snižuje celkové náklady na automatizaci.
 

Správa verzí a otevřená rozhraní

Prostřednictvím otevřených rozhraní podporuje Automation Studio propojení s externími softwarovými nástroji (CAD, ERP apod.) a ve spolupráci s nimi umožňuje automatické generování softwaru pro různé varianty strojů.
 
Automation Studio dokáže spolupracovat se systémy pro správu verzí, čímž je zajištěna bezpečnost a kvalita softwaru.
 

Dejte projektu strukturu

Automation Studio umožňuje bez omezení a na jednom místě spravovat všechna data projektu – zdrojový kód programu, technickou dokumentaci, elektrická schémata a další dokumenty. Informace je možné strukturovat podle potřeby. Software nezávislý na konkrétním hardwaru je prvním významným krokem k výrobě modulárních strojů. Na velkých a náročných projektech často pracuje mnoho techniků, někdy i z různých firem. Automation Studio klade zvláštní důraz na podporu standardů významně zvyšujících efektivitu týmového vývoje a kvalitu takto navrženého softwaru.
 

Virtuální šroubovák s integrovanou vizualizací

Šroubováky, zkoušečky a multimetry jsou nejdůležitějšími nástroji zkušebních techniků. Pomocí systému Automation Studio zprovozní technici stroj téměř bez problémů. Stavové informace poskytují přehled o všech jednotlivých modulech systému. Automation Studio zobrazuje na monitoru fyzický stav digitálních i analogových terminálů. Pro testování lze výstupy přímo nastavit do určitého stavu bez ohledu na aplikaci. Pokud chybí čidla potřebná pro uvedení stroje do provozu, lze pro testovací účely zadávat i hodnoty vstupů. V obou případech udržuje systém přehled o tom, které signály jsou fyzicky přítomné a které jsou testovací.
 

Automatizační potenciál

Software má rozhodující vliv na celkové náklady. Náklady na hardware přímo závisejí na požadavcích, které klade software na hardwarové vybavení. Automation Studio soustřeďuje všechny tyto požadavky v jednom systému, a umožňuje tak dostupné prostředky efektivně využívat. Otevřená rozhraní v prostředí Automation Studio zkracují dobu vývoje díky automatické integraci dat. Správa verzí a spojení se systémem EPR optimalizují proces sériové výroby strojů a zařízení.
Koncový uživatel dosahuje díky efektivní integraci vyšší produktivity. Vyladěná koordinace automaticky řízených součástí eliminuje prostoje výrobního procesu. Prostoje jsou zkráceny na minimum díky podrobné diagnostice přístupné i prostřednictvím vizualizace. Automation Studio je ta správná architektura pro moderní automatizaci.
 
Franz Enhuber, vedoucí projektů,
B&R Eggelsberg, redakčně kráceno
 
Obr. 1. Funkce systému Automation Studio
Obr. 2. Moderní vizualizace prostřednictvím systému Automation Studio
Obr. 3. Bezpečnostní systém automaticky řízeného stroje
Obr. 4. Projektový přístup k návrhu v prostředí Automation Studio