Jaké jsou trendy v oblasti průmyslových sítí? Řešení přinesou větší flexibilitu a spolehlivost!

-- 27.06.10 20:08

Dva hlavní trendy ve sféře průmyslové komunikace ovlivní způsob navrhování, implementace a rozšiřování automatizačních a řídicích systémů. Jeden z nich souvisí s příchodem „integračních“ bran pro datovou výměnu mezi různými protokoly. Druhý se týká využití průmyslové bezdrátové techniky.

Přenos průmyslových dat

Přenos po digitální sběrnici v průmyslové automatizaci zaznamenal rozkvět zhruba před 35 lety, kdy se společnost Modicon (americká firma, která dnes tvoří jádro nabídky PLC společnosti Schneider Electric) rozhodla publikovat specifikace svého protokolu Modbus. Tímto způsobem se protokol Modbus stal de facto standardem, který nyní podporuje nezávislá organizace. Tento původní sériový protokol je založen na principech vysílače/přijímače využívaných téměř v každém protokolu typu Master/Slave v současném průmyslu. Sběrnice se využívá v pořadí za sebou pro každou jednotlivou transakci mezi vysílači a přijímači. Tyto protokoly jsou jednoduché a robustní, ale vykazují omezení, pokud jde o objem datového provozu a dobu odezvy.

V roce 1983 publikovala francouzská univerzita v Nancy své první studie o transakční technologii typu výrobce/spotřebitel, které v té době již měly být efektivnější, rychlejší a více orientované na průmyslovou komunikaci. Principy výrobce/ spotřebitel byly implementovány u mnoha protokolů. V současnosti je nejúplnějším CIP, výpočetní nástroj (core engine) protokolu Ether- Net/IP (původně vyvinutý společností Rockwell Automation a dnes propagovaný také společností Schneider Electric a dalšími výrobci PLC/PAC). V zásadě jde o to, že data jsou pravidelně „vyráběna“ zařízeními (v automatizační architektuře to může být zařízení typu Master nebo Slave) a periodicky dodávána do sítě, takže jakékoli jiné zařízení (všechna, která potřebují příslušné hodnoty) může „spotřebovávat“ tyto občas aktualizované hodnoty.

Šlo o revoluci, která umožnila rychlejší a robustnější komunikaci a dovolila deterministický provoz s pomaleji zasílanými zprávami, který mohl koexistovat na stejném komunikačním médiu. V současnosti slouží v automatizačních aplikacích desítky standardních průmyslových protokolů a stále mnoho protokolů specializovaných. Z několika důvodů existuje potřeba kombinace a vzájemné interakce těchto protokolů. Procesní a řídicí data musí být sdílena ve více částech automatizačních architektur. Zatímco některé z těchto protokolů jsou jako meziměstské „rychlíky“, jiné jsou velmi dobrým řešením typu „metra“ nebo „tramvaje“, optimalizovanými pro lokální služby. Pro úplnou integraci těchto systémů jsou zapotřebí dobrá „nádraží“ sloužící k usnadnění a zabezpečení přestupů z jednoho do druhého přepravního systému. A právě zde ve světě automatizace a řízení vstupují do hry brány.

Brány – od „konverze“ přes „rozhraní“ až po „integraci“

Data jsou po síti obvykle přenášena v „rámcích“; stručně řečeno, rámec specifikuje vysílač a přijímač (jejich adresu na sběrnici), obsahuje data a také sloužící pro kontrolu přenosu. Všechny kódovány specifickým a to v závislosti na protokolu. Pro zajištění rozhraní mezi protokoly existuje několik způsobů; původně to byla „konverze“ spočívající v dekódování rámce používaného jedním protokolem (extrakce dat a adres vysílače a přijímače) a jeho následném kódování pro druhý protokol (regenerace dat a adres pomocí jiného kódovacího systému). „Konvertory“ umožňují relativně pomalý provoz mezi dvěma protokoly.                     

Alternativní možnost – zajištění „rozhraní“ – přinesla pro brány rychlejší řešení. „Brány s rozhraním“ využívají při výměnách princip výrobce/spotřebitel. Výsledkem je rychlejší datový provoz a usnadnění datové výměny v rámci celé sítě. Během posledních 20 let tato technologie prokázala své silné stránky při každodenním provozu v aplikacích průmyslové automatizace (viz interní moduly inRAx a Pro- Talk společnosti ProSoft Technology nebo její samostatné brány ProLinx). Avšak u „integračních“ bran (jako je Message Manager společnosti ProSoft Technology) byl učiněn nový krok pro usnadnění výměny dat mezi různými řídicími systémy. Konfigurace výměny dat nezabere vůbec žádný čas. A tento trend bude získávat na síle; zvýšený výkon softwaru umožní uživatelům soustředit se na svou vlastní odbornost a věnovat méně času problémům se sítěmi.

Bezdrátová řešení „automatizační třídy“ na frekvenci 2,4 a 5 GHz

V současnosti běží na světě desítky až stovky aplikací průmyslových bezdrátových zařízení. Bezdrátové spojení se využívá (namísto kabelového spojení) k propojování řídicích prvků PLC/ PAC, pohonů elektromotorů, rozhraní HMI, přístrojové techniky a dalších průmyslových zařízení. Uživatelé si pochvalují následující přínosy: 

– technické zajištění a instalace: časové úspory při specifikaci a implementaci fyzických hardwarových zařízení sítě;

– údržba: méně přerušených kabelů, odpadá nutnost starat se o sběrací kroužky nebo kolejnicové kontakty;

– provoz: už žádné vycházky na pracoviště pro sběr procesních nebo jiných informací;

– větší flexibilita, zrychlení nebo vůbec umožnění lineárních (jeřáby, zdvihací zařízení atd.) nebo rotačních pohybů; a také (navzdory mnoha skeptikům):

– vyšší datová průchodnost: větší šířka pásma než u řešení s měděnými kontakty;

– vyšší spolehlivost: už žádné komunikační ztráty a žádné odstávky výroby.

Průmyslová bezdrátová řešení mohou využívat buď technologie přeskakování kmitočtů (FHSS) nebo normu 802.11 (kompatibilní s Wi-Fi). Rádiová zařízení musí být navržena s ohledem na průmyslové prostředí (hardware) a nabízet specifikace průmyslové třídy (provozní teplota -40 / + 80 °C, odolnost vůči nárazům a vibracím atd.). Musí rovněž využívat specifické algoritmy (software), aby mohla fungovat na základní výrobní úrovni, kde se vyskytuje mnoho kovů (odrážejících nebo odchylujících vlny), což způsobuje mnoho interferencí a vysokofrekvenčního šumu, a kde je nutno zajistit bezpečný a spolehlivý přenos náročných průmyslových protokolů. V současné době se bezdrátová technika využívá u vysokorychlostních strojů, u bezpečnostních aplikací (jeřáby) atd. Díky technologickým vylepšením (např. nejnovější verze průmyslového protokolu 802.11n RadioLinx) budou moci bezdrátová řešení využívat nové druhy aplikací.

Bruno Forgue je marketingový manažer EMEA společnosti ProSoft Technology. Kontaktovat jej můžete na adrese bforgue@prosoft-technology.com.

Autor: Bruno Forgue, ProSoft Technology