Uniwersalne rozwiązanie systemu sterowania zwiększa wydajność

Zorientowane przyszłościowo koncepcje automatyki muszą spełniać wymagania nie tylko techniczne. Powinny również zwiększać wydajność maszyny czy urządzenia – przy jednocześnie malejących kosztach inwestycji i eksploatacji. System sterowania Automationworx odpowiada tym wymaganiom. 

Ważnymi wskaźnikami oceny ekonomiczności maszyn i urządzeń są wydajność i elastyczność. Oba czynniki wywierają znaczny wpływ na koszty produkcji. Z powodu krótszego cyklu użytkowania, nieustannie rosnącej liczby wariantów i zmiennych wielkości partii coraz bardziej skomplikowane maszyny i urządzenia muszą dziś znacznie wcześniej osiągać zwrot z inwestycji. Chodzi tu o to, aby zoptymalizować uruchamianie i zminimalizować czasy postoju oraz wydatki na konserwację, stale podnosić dyspozycyjność urządzeń przez stosowanie komponentów i sieci komunikacyjnych dedykowanych do przemysłu. Tym samym decydującego znaczenia nabiera standard komunikacji, ponieważ stanowi jądro każdego zakładu produkcyjnego.

Dla optymalnego sterowania środkami produkcji podczas eksploatacji wizualizacja i analiza danych procesowych stawiane są nowe wymagania dotyczące integracji pionowej przepływających informacji od poziomu fabryki do systemów realizacji produkcji (Manufacturing Execution Systems – MES). Wraz z uniwersalną komunikacją pionową otwierają się liczne możliwości racjonalizacji.

 

 

 

 

Rys. 1. Nowoczesne maszyny i urządzenia składają się z modułowych zespołów funkcyjnych

 

Koszty zmniejszają się dzięki…

Koszty planowania i konstrukcji można zredukować przez rozłożenie skomplikowanych maszyn na rozproszone moduły. W ten sposób powstają przejrzyste, samodzielnie pracujące zespoły funkcyjne, które w sposób elastyczny są dołączane do maszyn i urządzeń (rys. 1.). Jeśli podejście projektowe systemu jest takie, że raz utworzone rozwiązania są archiwizowane i później jako moduł włączane do nowych koncepcji urządzeń, w ten sposób zmniejsza się czasy realizacji w projektowaniu i konstrukcji. Wydajne systemy projektowe, takie jak PC Worx firmy Phoenix Contact dbają o krótkie czasy uruchamiania. Stworzone programy mogą więc być na przykład testowane w ramach symulacji. Szybkość wdrożenia, a więc czas od uruchomienia do osiągnięcia planowanej liczby sztuk w serii, jest skrócony i skrócony czas zwrotu z inwestycji (rys. 2.).  

Rys. 2. Wpływ wdrażania produkcji seryjnej na rentowność całkowitą

Kolejnym kluczem do podniesienia dyspozycyjności jest konserwacja zapobiegawcza. Oprogramowanie diagnostyczne Diag+ umożliwia precyzyjne zlokalizowanie i usuwanie zakłóceń i błędów.

…uniwersalnej koncepcji komunikacji

Automationworx jest otwartym, elastycznym i skalowalnym rozwiązaniem automatyzacji z całym zestawem wzajemnie dopasowanych komponentów sprzętowych i programowych. Oprócz systemów wejść / wyjść o stopniu ochrony IP20, IP65 i IP67, napędów i systemów do obsługi i wizualizacji asortyment produktów obejmuje elementy infrastruktury sieci ethernetowej oraz wbudowane i oparte na komputerze PC rozwiązania sterowania. Włączenie do systemu globalnego następuje za pośrednictwem oprogramowania PC Worx. Podstawą komunikacji rozwiązania sterowania są Interbus – system magistrali obiektowej (fieldbus) oraz wejścia / wyjścia sieci Profinet oparte na protokole Ethernetu przemysłowego. Skalowalność wejść / wyjść sieci Profinet umożliwia parametryzowanie urządzeń za pośrednictwem łączności opartej na protokole TCP/IP, jak również korzystanie z izochronicznych kanałów czasu rzeczywistego IRT dla systemów Motion Control. Dzięki temu komunikacja może odbywać się płynnie od złączy MES do poziomu czujników i urządzeń wykonawczych za pośrednictwem jednego protokołu. Wszystkie urządzenia i systemy są dołączane do rozwiązania automatyzacji poprzez znormalizowane złącza. Sieci Interbus dają się integrować do systemu Profinet przez zastosowanie koncepcji serwera proxy.

Obszerne rozwiązania oprogramowania i sterowania

Wraz z PC Worx użytkownik otrzymuje jednolity program narzędziowy, zgodny z IEC 61131-3 [IEC 61131-3: 2003-01 Sterowniki programowalne – Część 3.: Języki programowania. Genewa / Szwajcaria: Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale], obsługujący wszystkie fazy projektowania – od konfigurowania sieci, poprzez programowanie sterowników, po parametryzowanie wejść / wyjść sieci Profinet i urządzeń sieci Interbus. Topologie sieci można tworzyć metodą „Drag & Drop” (przeciągnij i upuść) z importowanej biblioteki modułów. „Asystent” projektowania przyczynia się do skrócenia czasu realizacji, podczas gdy stworzone programy mogą być testowane już w fazie projektowania za pomocą symulacji. Wszystkie komponenty automatyzacji są diagnozowane w fazie uruchamiania i eksploatacji za pomocą zintegrowanego narzędzia Diag+.

Dostęp do sieci Profinet IO odbywa się poprzez kompaktowe sterowniki Inline. Dysponują one właściwościami kontrolera sieci Profinet IO opisanymi w standardzie sieci Profinet i dopasowują się elastycznie do różnorodnych wymagań aplikacji (rys. 3.). Oprócz kontrolerów wbudowanych są jeszcze sterowniki oparte na komputerach PC, przez co do dyspozycji stoi kompletny asortyment produktów dla zastosowań standardowych jak i profesjonalnych (high-end). 

Rys. 3. Rozwiązanie ethernetowe i radiowe na bazie systemów Automotionworx

Dopracowane komponenty

Stacje serii Inline, które sterują wielorakimi sygnałami analogowymi i cyfrowymi oraz mogą zawierać moduły funkcyjne, są dołączane do sieci Profinet IO za pośrednictwem łącznika magistrali Inline. Wszystkie informacje diagnostyczne komponentów o stopniu ochrony IP20 są pokazywane na bieżąco w PC Worx i mogą być udostępnione do systemu sterującego za pośrednictwem protokołu SNMP. Umożliwia to podejmowanie zapobiegawczych czynności konserwacyjnych i uniknięcie czasów przestoju.

Dyspozycyjność rozwiązania sterowania zależy również od jakości zastosowanej infrastruktury sieci. Dlatego wszystkie zarządzalne switche z rodziny produktów Factory Line obsługują wymagania protokołu sieci Profinet IO dotyczące pracy w czasie rzeczywistym. Oprócz tego za pośrednictwem protokołu Rapid Spanning Tree, który opiera się na mechanizmach TCP/IP, można budować redundancję pierścieniową. Mobilność uzyskuje się za pomocą klientów i punktów dostępu do sieci WLAN, które umożliwiają bezprzewodowe powiązanie ruchomych, tymczasowo zainstalowanych lub trudnodostępnych urządzeń sterowania zgodnych z IEEE 802.11 w systemie Profinet IO.

Podsumowanie

Automationworx łączy szczególne właściwości systemu Interbus z zaletami sieci Profinet IO. Na bazie modułowej koncepcji integrowania i za pomocą serwera proxy możliwa jest sukcesywna migracja rozwiązań od opartych na magistrali Fildbus do opartych na sieci Ethernet. Do tego duże inwestycje są chronione z użyciem techniki magistrali Fieldbus. Do realizowania wszystkich zadań automatyzacji stoi do dyspozycji kompletny asortyment produktów, bazujący na przyszłościowych technologiach i otwartych interfejsach. PC Worx jako jądro Automatioworx umożliwia projektowanie wszystkich systemów komunikacyjnych. Wszystkie komponenty sprzętowe i programowe są nastawione na zwiększanie wydajności oraz elastyczności maszyn i urządzeń przy jednoczesnym obniżaniu kosztów. 

Mgr inż. Frank Knafla studiował Elektrotechnikę na Uniwersytecie w Hannowerze i Uniwersytecie w Padeborn (Technika Regulacji). W firmie Phoenix Contact kieruje marketingiem automatyzacji w dziale Business Unit Automation Systems. Od 2004 roku jest rzecznikiem Interbus Club Deutschland e. V.
E-mail: fknafla@phoenixcontact.com.