M2M ve výrobě

-- 19.10.11 20:08

Technologie komunikace strojů mezi sebou (M2M) přicházejí na nové trhy a přinášejí vyšší efektivitu strojních procesů a síťových spojení.

Technologie komunikace strojů mezi sebou (Machine-to-Machine – M2M) ve výrobě umožňují senzorům a řídicím prvkům vzájemně si vyměňovat a shromažďovat informace během kooperativních obráběcích procesů a polohování, v nových instalacích nebo při připojení ke stávajícím či starším síťovým instalacím, jako jsou sériové sítě. Ve výrobním prostředí je průmyslová technologie M2M nedílnou součástí mnohem větší a mnohem složitější výrobní infrastruktury. Průmyslová technologie M2M zahrnuje inteligentní obousměrnou komunikaci na základní výrobní úrovni, programovatelné automaty (PLC), systémy pro průmyslové řízení a sběr dat (SCADA), systémy plánování výrobních zdrojů (MRP) nebo systémy plánování podnikových zdrojů (ERP).

M2M je obvykle výchozí součástí v jádru jakéhokoli výrobního závodu, odkud se odvíjí další infrastruktura. Před příchodem technologií M2M do výroby se v průmyslové automatizaci používala přímá kabelová spojení mezi senzory, akčními členy a řídicími počítači PC. Dnes jsou příkladem M2M ve výrobě analogové senzory měřící v reálných podmínkách a systémy procesního řízení provádějící analýzu a řízení výrobních procesů. Dalším případem je, když jsou řídicí příkazy převáděny na analogové signály pro řízení akčních členů. Mnoho strojů má modulární konstrukci se standardním hardwarem pro logiku a řízení. Výrobce má mnohem více možností výběru jednotlivých součástí strojů, jako jsou zátkovače, dopravníky, nakladače nebo štítkovače, které lze vyrábět a testovat samostatně a následně zapojit do zkompletovaného stroje na pracovišti zákazníka.

M2M přicházejí do hry, jakmile jsou součásti nainstalovány, a po ustavení sběrnicového spojení se navzájem poznávají. Poté se obvykle okamžitě zahájí komunikace mezi řídicími prvky, a to bez nutnosti dalšího programování nebo konfigurování. Začíná přicházet nová generace inteligentních automatizačních strojů a zařízení založených na bázi komponent. Průmyslová M2M umožní distribuovanou inteligenci a lokální řízení. V zájmu zrychlení reakční doby strojů se logické funkce přesouvají směrem dolů na úroveň zařízení, aby bylo dosaženo lepšího lokálního řízení. Lokální řízení lze použít pro bezpečnostní funkce, jako jsou světelné závory a zábrany, což odstraňuje nutnost bezpečnostní sběrnice. Řídicí prvky komunikují horizontálně s jinými lokálními řídicími prvky v sekvenčních výrobních operacích nebo zasílají a přijímají stavové a příkazové signály z centrálního řídicího prvku. Díky pokroku informačních technologií mohou výrobci využívat levnou bezdrátovou komunikaci s nízkou spotřebou energie.

Bezdrátová komunikace se stává žádoucí alternativou přímých kabelových spojení. Bezdrátové systémy s nízkou spotřebou energie umožňují připojení ke strojům a zařízením, jejichž monitorování bylo s předchozími technologiemi obtížné. Většina výrobních závodů využívá určitou formu komunikace M2M pro průmyslovou automatizaci ve výrobních závodech. Průmyslová technologie M2M hraje klíčovou roli v automatizaci výrobních procesů, které jsou obvykle řízeny PLC, tj. v diskrétních a kontinuálních výrobních procesech. (Kontinuální výroba se označuje také jako procesní řízení.) Ve výrobě s M2M se pozornost soustředí na konektivitu v rámci všech výrobních operací a mezi systémy výrobního závodu. Prudký vývoj zaznamenaly technologie OPC a zabudovaná komunikace zařízení, zejména v oblastech komunikačních ovladačů pro automatizační řídicí prvky, I/O spojení a provozní zařízení.

Operační systémy podporující výrobu s M2M se rozšířily a zahrnují systémy Microsoft Windows Desktop, Server a Embedded (Windows CE a Windows NT/XP Embedded). Organizace OPC Foundation má zásadní význam pro iniciativu M2M ve výrobě tím, že upravuje a uplatňuje standardy a technologické specifikace trhu s obecnou výpočetní technikou s ohledem na specifické potřeby průmyslu. OPC podporuje otevřenou konektivitu v průmyslo vé automatizaci a v podnikových systémech pro průmysl. Otevřené standardy a specifikace zajišťují kompatibilitu pro komunikaci M2M ve výrobě. Dodavatelé softwaru a síťových technologií úzce spolupracují s organizací OPC Foundation na průběžném vytváření nových standardů, jako je OPC UA (Unified Architecture). Architektura OPC UA je nezávislá na platformě a operačním systému. Podporuje Microsoft Windows, Linux a celou řadu zabudovaných operačních systémů, které mohou dodavatelé technologie M2M využívat.

OPC Foundation vyvíjí a spravuje standardní sadu komunikačních rozhraní nezávislých na operačním systému. OPC UA se pravděpodobně rozšíří do oblasti lékařských zařízení, inteligentních rozvodných sítí a do výrobního sektoru. Trendem, který M2M do automatizace výroby přináší, je využívat data efektivněji pro zlepšení operací a zvýšení účinnosti. Ovladače OPC a kompatibilní technologie jsou stále inteligentnější při získávání dat ze zařízení a využívání dat pro automatické generování obsahu v rámci ovladače. Tento postup zlepšuje využití dat v klientských aplikacích a způsob, jakým aplikace využívají data ze serverových aplikací. Aktiva mohou pocházet ze standardizovaných značek, modelů zařízení, typů vybavení a jakýchkoli souborů shromážděných dat, která jsou spouštěna ze zdroje. Organizace OPC Foundation očekává, že formát OPC UA zvýší vytříbenost prezentování, přenášení a využívání informací.

V posledních 10 letech se OPC stal široce akceptovaným standardem komunikace M2M ve výrobě, který umožňuje výměnu dat mezi zařízeními a řídicími aplikacemi od různých dodavatelů, a to bez specializovaných omezení nebo limitů. Umožňuje kontinuální komunikaci v reálném čase. OPC se obvykle využívá v párech server/ klient a jinak distribuované architektuře klient/ server. Server OPC, softwarová aplikace, která funguje jako rozhraní pro programování aplikace nebo jako konvertor protokolu, se může připojovat k zařízením, jako je vzdálený terminál, PLC, dohledový řídicí systém a distribuované řídicí systémy. Software OPC se integruje s jakýmkoli zdrojem dat, jako je databáze nebo grafické uživatelské rozhraní, a překládá data do standardního formátu OPC. Po přeložení do formy komunikace OPC může z aplikací kompatibilních s OPC obousměrně zasílat data zařízení M2M do datového skladu, tabulky, aplikace sledující trend, rozhraní člověk-stroj nebo do jakéhokoli hardwaru nebo softwaru.

Klient OPC může zobrazovat data nebo zasílat příkazy, ale pro získávání dat M2M využívá server OPC. Komunikační sítě na základní výrobní úrovni zaznamenaly prudký rozvoj a podporují otevřené připojování zařízení vyhovujících standardním protokolům, jako je OPC. Většina dodavatelů softwaru začleňuje funkčnost klienta OPC, protože to zajišťuje kompatibilitu softwaru s tisícovkami hardwarových zařízení zabudovaných ve výrobních mechanismech, strojích a řídicích prvcích. To výrobci umožňuje vybrat si potřebný software klienta OPC s vědomím, že software bude komunikovat s hardwarem podporujícím OPC a naopak. Standard OPC má pozitivní dopad na trh M2M ve výrobě. Zvýšila se spolupráce mezi dodavateli technologií M2M. OPC pomáhá trhu s průmyslovou technologií M2M využívat otevřenou komunikační platformu a dává konečným uživatelům více možností a svobodu vyvíjet vyspělejší a robustnější automatizační aplikace umožňující tok dat mezi sítěmi a zařízeními.

Bezdrátová komunikace a zabudované systémy dále rozšiřují záběr technologie M2M. Rozpočtové omezení a zeštíhlování výrobních operací si vyžádalo snížení počtu pracovníků v diskrétní výrobě a procesním průmyslu. Protože výrobci musejí dokázat více s méně prostředky, jsou kladeny vyšší nároky na řídicí architektury, aby bylo možné zavádět více propojené výrobní prostředí a decentralizovat stávající soustředěná hnízda automatizace a inteligence. Technologie M2M vychází z této decentralizace a umožňuje strojům „rozhodovat“ se lokálně a zároveň inteligentně zasílat zásadní data, když je to zapotřebí.

Tony Paine je prezident a spolumajitel společnosti Kepware Technologies.

Autor: Tony Paine, Kepware Technologies