iPhone jako vaše příští HMI

-- 16.11.11 17:55

Chytré telefony spotřební třídy a tabletové počítače se rychle stávají běžným rozšířením průmyslových sítí a dovolují monitorování, ba (pozor!) dokonce i řízení procesů.

Byla to typická bufetová snídaně na setkání průmyslové uživatelské skupiny. Váš redaktor si dopřával nezdravou dávku vysoce cholesterolových dobrot a povídal si s ostatními účastníky. Jeden z nich vytáhl svůj Apple iPad a kontroloval si e-maily. Za chvíli se diskuse stočila na téma, jakým způsobem toto zařízení využívá, a on odpověděl, že by se ve skutečnosti klidně mohl pomocí tohoto zařízení připojit k síti svého závodu pomocí bezdrátového internetového připojení a kontrolovat, jak běží proces. V případě potřeby by se mohl přihlásit a pomocí tohoto zařízení tento proces dokonce i řídit. On a jeden z jeho kolegů jsou k tomu oprávněni. Nebyl to žádný mladý technický nadšenec, ale džentlmen nejspíš s šesti křížky. A oním závodem byla velká papírna. Je možné, že už byl znuděn úrovní technologie, kterou to představovalo, ale pochybuji, že si uvědomoval, že pro ostatní u stolu byla celá tato myšlenka fascinující a možná i trochu děsivá.

Skutečnost, že toto rozhraní je realizovatelné přes internet, a to bezdrátově a s využitím komerčně dostupného zařízení firmy Apple, staví zaběhané pořádky v oblasti průmyslových sítí na hlavu. Co bude příště? Řízení chemického závodu počítačem Mac? To už by asi bylo příliš, ale proč by nemohly průmyslové aplikace za předpokladu dostatečné úrovně zabezpečení využívat tuto míru praktičnosti? Chytré telefony a tabletové počítače, bez ohledu na výrobce, jsou obrovsky výkonné a představují užitečné prodloužení průmyslových sítí, zejména komunikace na bázi Ethernetu a webu. Společnost Apple tvrdí, že pro zařízení iPhone je k dispozici přes 425 000 aplikací, takže nepřekvapuje, že některé zasahují i do kontextu průmyslu.

Počet aplikací nabízených pro platformu Google Android není o mnoho menší. Řada dodavatelů průmyslových systémů, zejména ti, kteří působí na nižší úrovni než dodavatelé celozávodních řídicích platforem, pracuje s těmito typy aplikací a poskytuje rozšíření sítí závodů v procesní a diskrétní výrobě. Tato základní koncepce však není ničím novým. Dříve, pokud došlo k určité události, se využívala rozhraní pro zasílání automatizovaných hlasových nebo textových zpráv na mobilní telefony operátorů. Ty byly zvláště oblíbené u aplikací, jako je třeba zasílání automatických alarmových zpráv z bezobslužné čerpací stanice vodárny. Toto využití existuje již od 90. let 20. Století a dosud se používá.

Nicméně dnešní aplikace jsou nesrovnatelně sofistikovanější, využívají rozšíření bezdrátových sítí, rostoucí možnosti přenosných zařízení a prudce se rozšiřující síť Ethernet. Jakmile je systém připojen k internetu, všechny tyto bariéry mizí, ať už k dobru, nebo ke škodě věci. A navíc je tady úchvatná záplava aplikací pro chytré telefony a tablety, které, jak se zdá, dovolují provádět takřka cokoli a odkudkoli. V souvislosti s tím, jak se tito techničtí nadšenci dostávají do sféry výroby, se dá očekávat, že tyto možnosti budou dostupné jako samozřejmost.

Zvýšená mobilita

Většina velkých dodavatelů řídicích systémů zavádí určité možnosti rozhraní člověk – stroj (HMI) pro mobilní pracovníky prostřednictvím bezdrátových zařízení, často s použitím odolných robustních notebooků, jako je Panasonic Toughbook, avšak tato konektivita se obvykle nedostane za plot závodu. Nicméně ve srovnání se zařízením iPad nebo chytrými telefony jsou tato zařízení neskladná, těžká a drahá. Zařízení spotřebitelské třídy se obvykle považují za příliš křehká a nemají certifikaci pro použití v nebezpečném prostředí. Přesto jejich zastánci tvrdí, že každé zařízení nepotřebuje schopnost pracovat v jakémkoli představitelném místě v ropné rafinerii. U většiny aplikací jsou spotřebitelská zařízení více než dostatečná a jejich všudypřítomnost umožňuje, aby je měl v podstatě každý.

Hnací síly procesu „Hnacím motorem rozvoje mobilního přístupu je potřeba neustálého dohledu odkudkoli, od sledování výroby vedením společnosti až po vzdálené upravování procesu operátorem,“ tvrdí Mark Lochhaas, produktový manažer společnosti Advantech Industrial Automation pro automatizační I/O. „Použití chytrého telefonu pro přístup k datům SCADA nebo HMI je jednoduše druhem funkce ‚tenkého klienta‘ (Bezděkové stanice) na malé bezdrátové platformě. V zásadě lze každé zařízení procházející internetem použít pro dynamický přístup k automatizačním datům, a to buď v reálném čase nebo retrospektivně, možná i z cloudu. Server musí být schopen hostovat mobilní aplikaci a mobilní zařízení musí být vybaveno aplikací, která je kompatibilní s hostitelem.“

Společnosti, které podněcují tento vývoj, nemusejí nutně být architekty velkých řídicích systémů, ale mohou to být třeba menší společnosti podporující práci v síti a ochotné experimentovat s novými věcmi. Největší impulz přichází z oblasti IT, což odráží rostoucí rozšíření mobilních aplikací v této oblasti. „Vzhledem ke sbližování IT a základní výrobní úrovně se vše začíná propojovat, od jednotlivých zařízení mezi sebou přes propojení základní výrobní úrovně se systémy řízení dodavatelského řetězce až po integraci se zbytkem podniku,“ reaguje Brian Vezza, ředitel pro řešení M2M společnosti Wind River. „Kombinace M2M, cloudu a chytrých spotřebitelských zařízení přináší nové velké obchodní příležitosti pro průmyslové, energetické, lékařské a další trhy.

V prostředí výrobního závodu umožňují zařízení M2M (komunikace strojů mezi sebou) lepší informovanost o situaci, kdy vedoucí závodů, podnikoví funkcionáři a další subjekty mohou mnohem hlouběji porozumět svému provoznímu prostředí, zdrojům, objektům a předmětům. Kombinací informací generovaných zařízeními M2M s dalšími systémy (např. kontextovými) a použitím analytických nástrojů nebo jiných forem řídicí nebo obchodní logiky se zvyšuje inteligence a hodnota podniku.“

Navrhování aplikace

Ačkoliv je možno u dodavatelů pozorovat určité společné rysy při výběru zařízení, mnohem větší variabilita existuje u funkčnosti. V kontextu této diskuse se budeme držet aplikací, které jsou rozšířením produktových platforem (na rozdíl například od kalkulátoru úspor nebo aplikace pro výběr konfigurace) a jsou komerčně dostupné k zakoupení, například ze serveru iTunes, a vynecháme aplikace účelově napsané pro specifické použití. To neznamená, že by nevyžadovaly určité přizpůsobení, ale to už provádí jednotlivý uživatel. Tyto aplikace bývají také velmi levné, častokrát stojí méně než 10 dolarů nebo jsou i zdarma. Některé firmy navrhují své aplikace, aby komunikovaly s určitým druhem technického vybavení, jiné zase vytvářejí systémy držící se určité platformy.

Pro ilustraci uvádíme dva příklady z opačných pólů: společnosti Opto 22 a ProSoft Technologies. I když jejich aplikace zahrnují funkce HMI, včetně řízení, jejich základní koncepce a přístupy jsou odlišné. Opto 22 Společnost Opto 22 uvedla svou aplikaci iPAC iOS, která je navržena pro komunikaci s jejím systémem SNAP PAC pomocí zařízení Apple iOS (iPhone, iPod Touch a iPad). Aplikace vstupuje do řídicí sítě přes bezdrátovou síť a hledá tato zařízení. Jakmile je najde, zřízení komunikace je velmi jednoduché. Firma uvádí, že uživatel s náležitými bezpečnostními právy může provádět inspekci I/O bodů SNAP a proměnných řídicí strategie PAC a vykonávat řídicí funkce, jako je zapnutí nebo vypnutí digitálních výstupních bodů, zapisování hodnot do analogových výstupů, změna řídicích proměnných a zápis do tabulky. Specifické I/O body a názvy značek lze vyvolávat, prohlížet a ukládat do sledovacího seznamu pro budoucí potřebu.

„Pro nás není žádné technické rozhraní potřeba. S aplikací pac instalovanou na mobilním zařízení provozujícím operační systém iOS, což v podstatě znamená zařízení firmy Apple, je první nezbytnou věcí bezdrátová síť,“ vysvětluje Benson Hougland, viceprezident společnosti Opto 22. „Hlavním důvodem pro to je skutečnost, že mobilní zařízení nemají ethernetový konektor, takže jediná možnost jakéhokoli přístupu k informacím je prostřednictvím bezdrátové sítě. Všechna tato zařízení mají funkčnost Wi-Fi, ale ne všechna umí pracovat s technologií připojení 3G. Druhou potřebnou funkcí je také bezdrátový přístup k řídicí síti, ale je otázkou, kolik lidí má ze své bezdrátové sítě přístupnou svou síť řídicího systému. Určitě bude mnoho těch, kteří tento přístup nemají.

Samozřejmě to musí být zabezpečená síť. Většina lidí si dnes uvědomuje, že nemohou využívat bezdrátové sítě bez silného zabezpečení, které je součástí jakéhokoli technického vybavení bezdrátové sítě, jež je dnes na trhu.“ „Tento produkt není myšlen jako nástroj HMI, který se připojuje k jakýmkoli technickým zařízením. Byl navržen speciálně pro komunikaci s řídicími prvky a zařízeními řady Brain společnosti Opto 22. Je určen především pro zprovozňování, odstraňování chyb, údržbu a podobné záležitosti. Je užitečný pouze pro pracovníky využívající technické prostředky Opto 22, avšak budoucí produkty mohou mít další schopnosti.“ Společnost Process Engineering Resources v Salt Lake City ve státě Utah je zákazníkem společnosti Opto 22 a experimentuje s používáním aplikace iPAC jako s rozšířením svých rentgenových analyzátorů kovové rudy. „Naším největším využitím této aplikace pro iPhone je řízení našeho vzorkovacího systému,“ upřesňuje systémový technik Dave Taylor, ale podotýká, že funkčnost zařízení iPhone nebude dostupná pro zákazníka.

„Nejcennější bude pro naše pracovníky provádějící instalaci. Můžeme stát u nádrže s multiplexorem, která může být 6 až 9 metrů od analyzátoru, a volit tok pomocí zařízení iPhone. Můžeme aktivovat I/O přímo, abychom ověřili, že funguje, že je dostatečný tlak apod.“ Taylor dodává, že schopnost kontrolovat, že všechny komponenty fungují a že všechny toky běží tak, jak mají, a navíc bez neustálého běhání sem a tam, je významným krokem k lepšímu. „Jednou jsme to prováděli pomocí PC a bezdrátového připojení, ale s ručním zařízením je to mnohem pohodlnější,“ doplňuje Taylor.

ProSoft Technology

Společnost ProSoft Technology uvádí, že její nedávno uvedená mobilní aplikace ProSoft i-View umožňuje uživatelům snadný způsob monitorování jejich řídicích aplikací v reálném čase ze zařízení iPad, iPhone nebo iPod Touch. Funkčně tato aplikace umožňuje bezdrátovou konektivitu k jakémukoli zařízení PLC/PAC běžícímu na síti EtherNet/IP nebo Modbus TCP, a to prostřednictvím Wi-Fi nebo vzdáleně přes mobilní telefon. Pro zabezpečení musí mít uživatel přístup k bezdrátové síti a CPU procesoru pro nastavení. Během konfigurace tato aplikace vyžaduje, aby uživatel přiřadil odpovídající bezpečnostní kód jako heslo pro přístup k síti a jako bezpečnostní značku v CPU zařízení PAC. Od tohoto okamžiku, když uživatel spustí aplikaci ProSoft i-View, pak musí bezpečnostní kód odpovídat značce v CPU, aby se mohlo vytvořit spojení, což brání neoprávněným uživatelům v tom, aby si jednoduše stáhli aplikaci a nabourali se do systému.

Když je ve hře bezdrátová síť, je nutno při výběru technologie a poskytovatele uplatňovat stejná hlediska, která by platila pro jakoukoli jinou průmyslovou aplikaci. Například rádiová zařízení ProSoft Technology Industrial Hotspot jsou vybavena zabezpečovací technologií WPA2- -PSK a 802.11i RADIUS, která brání neoprávněnému přístupu k síti a změnám v síti, a jsou plně podporována předním týmem aplikačních techniků a celou řadou doplňkových nástrojů, jako je například ProSoft Wireless Designer. Během nastavení musí uživatel nakonfigurovat značky v aplikaci ProSoft i-View a poté stanovit jejich přípustný rozptyl. Po zprovoznění aplikace zobrazuje aktuální hodnoty PLC v upravených seznamech a grafech. Dostupné jsou také alarmy, včetně místních oznámení, upozorňující například údržbové týmy, když dojde k odchylce od žádaných hodnot. Prostřednictvím připojení mobilním telefonem mohou tito technici monitorovat proměnné v reálném čase a provádět úpravy v podstatě odkudkoli, kde je pokrytí signálem mobilního telefonu.

„Možnosti použití této aplikace jsou široké,“ připomíná Adrienne Lutovská, specialistka na marketingovou komunikaci společnosti ProSoft. „Systémoví integrátoři používají tuto aplikaci s našimi mobilními rádiovými zařízeními pro vzdálené odstraňování problému s instalacemi zákazníka. Malý balicí závod mlékárenských produktů požadoval, aby aplikace dohlížela na řídicí systém z domova. K nejnovějším aktualizacím patří čtečka čárového kódu, která rozšiřuje použití do oblastí, jako je kontrola jakosti.“ Společnost ProSoft poukazuje na to, že jistá globální automobilka vyhodnocuje použití této koncepce v úseku zajištění kvality dokončovací linky, kde se u vozidel kontrolují úniky.

V současnosti kontroloři vjedou s vozidlem do tlakové mycí kóje, kde vizuálně kontrolují vnitřek každého vozidla, a vůz následně vjede do systému HMI, kde manuálně zadávají svá zjištění.V rámci nové koncepce bude každé vozidlo ve všech testovacích bodech označeno čárovým kódem a kontroloři budou vybaveni mobilními aplikacemi na tabletech bezdrátově připojených k PLC pomocí průmyslových hotspotů ProSoft 802.11. Všechny body na vozidle, které neprojdou kontrolou tlakového mytí, se naskenují a automaticky zapíší do PLC, což účinně zkracuje dobu testování.

Osvědčí se v praxi?

Jen čas potvrdí, zda výkon v síti splní očekávání zákazníků. Každý uživatel chytrých telefonů už se setkal se zdlouhavým načítáním stránek nebo s nefunkčností sítí. I když se technologie Wi-Fi a mobilní sítě zlepšují, konektivita v určitých místech bude zklamáním. Tyto zkušenosti určí, nakolik běžnými se tyto aplikace stanou. Přesto jsou jejich možnosti zajímavé. „Snadnost připojení ke cloudu v kombinaci s chytrými tablety a telefony znamená, že tyto informace mohou být dostupné jednoduchým a zabezpečeným způsobem, kdykoli a kdekoli budou zapotřebí,“ potvrzuje Vezza.

„Chytré tablety typu Android a iPad společně s chytrými systémy přinášejí bezkonkurenční informovanost, přesnost a kontrolu vedoucím pracovníkům a tím jim umožňují monitorování a spravování vlastních zdrojů téměř v reálném čase, čímž mohou plnit své obchodní cíle. K těmto cílům mohou patřit lepší dodávky služeb, nižší náklady, rychlá odezva zákazníkům, nové nebo rozšířené produkty, nabídka služeb atd.Díky nabídce standardizovaných vývojových sad pro zařízení M2M a optimalizovaných vývojových rámců pro hardware a software se výrobci zařízení mohou zaměřit na svou vlastní přidanou hodnotu a charakteristické funkce namísto základního technického vybavení, operačního systému a základního programového vybavení M2M.“

Peter Welander je obsahový ředitel časopisu Control Engineering.pwelander@cfemedia.com

Autor: Peter Welander, Control Engineering