Otevřené a zabezpečené řízení strojů

Tradiční výzvy, jimž čelí výrobci originálních zařízení (OEM) a koncoví uživatelé, které obsluhují, často zahrnují maximalizaci rychlosti výroby, kvality a doby provozuschopnosti. Ačkoli tato základní témata zůstávají aktuální, existují další významné vnější problémy, které mají stále větší dopad na výrobce OEM a jejich zákazníky. Slabiny v oblasti dodavatelského řetězce, nedostatek kvalifikované pracovní síly a obavy o kybernetickou bezpečnost ovlivňují způsob, jakým výrobci OEM dodávají svá zařízení a co požadují koncoví uživatelé (obrázek 1).

Před několika lety mohly být technologie a funkce potřebné k řešení všech těchto problémů k dispozici pouze ve vlajkových řadičích, ale dnes se možnosti automatizace rozšířily. Moderní možnosti automatizace zahrnují vysoce výkonné kompaktní řídicí jednotky vhodné pro použití se všemi typy strojů, které pomáhají výrobcům OEM a koncovým uživatelům efektivně řešit problémy.

Moderní a flexibilní automatizační platformy umožňují i nadále uspokojovat typické potřeby řízení strojů a zároveň nabízejí nové možnosti řešení nejnovějších výzev v současném tržním prostředí, a to díky využití nejnovějších inovací, jako jsou rozšiřující se možnosti průmyslového internetu věcí (IIoT). Přijetí těchto pokrokových technologií pomáhá výrobcům OEM a koncovým uživatelům řešit tyto a další výzvy a zároveň zlepšuje jejich partnerství.

Náprava dodavatelského řetězce

Problémy dodavatelského řetězce představují výzvu pro navrhování a provoz strojů. V době tvorby návrhu může být pro vývojáře obtížné získat různé komponenty a chytrá zařízení. Po zahájení výroby může být zapotřebí rychle měnit komponenty, protože se mění zdroje materiálu a výrobní požadavky, jinak se může výroba nečekaně zastavit.

Konstruktéři mohou do řízení svých strojů nejlépe integrovat flexibilitu, pokud zvolí automatizační platformu postavenou na otevřených hardwarových, softwarových a komunikačních standardech (obrázek 2). Tím mohou vznikat otevřenější systémy, což také umožňuje nahrazení komponent, pokud problémy v dodavatelském řetězci omezují dostupnost.

Obrázek 2: Architektury automatizace strojů mohou být úzce koordinovány, pokud jsou postaveny na platformách podporujících gigabitový Ethernet s integrovaným přepínáním, spolu s nativní podporou otevřených standardů a protokolů a moderních programovacích funkcí

Například:

• zařízení vybavená gigabitovým Ethernetem a integrovaným přepínáním Ethernetu;
• vývojová prostředí nabízející normu IEC 61131 a modernější programovací jazyky;
• nativní, předem licencovaná podpora průmyslových protokolů založených na otevřených standardech, jako jsou zabezpečené OPC UA, Profinet, Modbus TCP, IOLink a DNP3.

Otevřená platforma se škálovatelným provozním prostředím nakonfigurovaným pomocí běžných sad nástrojů poskytuje návrhářům flexibilitu při výběru zařízení, která jsou nejlépe dostupná pro splnění potřeb. Po uvedení stroje do provozu pomáhají tyto funkce konstruktérům provádět změny v reálném čase s cílem optimalizovat provoz, snížit rizika a zvýšit konkurenceschopnost.

Sladění řídicích prvků s pracovními dovednostmi obsluhy

Tradiční průmyslové programovací jazyky podle normy IEC 61131 jsou sice stále relevantní, ale s nástupem nové generace pracovníků v oblasti technického zajištění a údržby dochází k posunu. Noví zaměstnanci budou pravděpodobně lépe ovládat moderní programovací jazyky, jako jsou C/C++ a Python. Pokročilé aplikace, jako je agregace dat a analýza využívající strojové učení (ML) nebo umělou inteligenci (AI), se nejlépe implementují pomocí těchto jazyků.

Mezi další moderní metody programování patří využívání přenositelných knihoven kódu, které podporují opakovaně použitelné, rozšiřitelné a udržovatelné postupy kódování. Programování založené na značkách, uživatelsky definovaných datových typech (UDT) a uživatelsky definovaných funkčních blocích (UDFB), implementované pomocí běžných sad automatizačních nástrojů a rozsáhlých vestavěných knihoven funkcí, umožňuje snadnou standardizaci kódu, rychlé nasazení a snížení rizika.

Automatizace odolávající kybernetickým útokům

S tím, jak se automatizační platformy stávají chytřejšími a stále více propojenými s nadřazenými systémy a internetem, nabývají obavy o kybernetickou bezpečnost na významu. Pro snížení rizika kybernetických útoků a zajištění vhodné ochrany musí být zabezpečení nativně zabudováno do každé vrstvy, včetně:

• dodavatelských řetězců výrobků (používání nástrojů pro ověřování, že s výrobky nebylo manipulováno, a sledovatelnost součástí použitých ve výrobcích);
• hardwarových spouštěcích systémů;
• základních služeb operačního systému;
• softwarových aplikací;
• komunikace a sítí.

Jednou z klíčových vlastností moderních automatizačních platforem je otevřená konektivita. Otevřená konektivita může být nejefektivnější pouze tehdy, je-li doplněna kompletním zabezpečením díky technickému řešení.

Přizpůsobte se tempu automatizace

Tradiční programovatelné logické automaty (PLC) a programovatelné automaty (PAC) jsou vyspělé a zůstávají zásadní, ale stále vznikají nové technologie, které mění základní přístupy k řešení automatizačních problémů. Ne všechny nové technologie však vydrží zkoušku časem. Výrobci OEM a koncoví uživatelé se mohou potýkat s problémem, jak nejlépe využít to, co je k dispozici, bez neustálých obav ze zastarávání.

Nejspolehlivějším způsobem, jak držet krok s tímto vývojem, je spolupracovat s dodavatelem, jenž nabízí kompletní portfolio automatizačních produktů, které zahrnuje PLC a PAC a rozšiřuje se o okrajové brány, okrajové řídicí jednotky a okrajové průmyslové počítače (obrázek 3). Jak kompletní portfolio umožňuje výrobcům OEM držet krok? Využíváním koordinovaného řídicího a výpočetního softwaru založeného na otevřené komunikaci k podpoře standardizace dat, analytiky, konverze protokolů a iniciativ v oblasti konektivity, které vyžadují výrobci OEM a koncoví uživatelé.

Obrázek 3: Okrajové řídicí jednotky Emerson CPL410 jsou součástí širokého portfolia hardwaru a softwaru, které výrobcům OEM a koncovým uživatelům umožňuje vytvářet automatizační řešení škálovatelná do libovolné velikosti

Použití těchto komponent umožňuje návrhářům nasazovat nové stroje a vytvářet mosty mezi tradičními ostrůvky automatizace. Adaptabilní konektivita se uplatňuje dvěma významnými způsoby. Zaprvé podpora OPC UA a dalších průmyslových protokolů Ethernet usnadňuje komunikaci strojů mezi sebou a s dohledovými systémy. Zadruhé u procesních závodů s rozsáhlejšími distribuovanými řídicími systémy (DCS) podpora otevřeného standardního balíčku modulů (MTP) NAMUR znamená, že stroje –  ať už jsou automatizovány pomocí PLC, PAC nebo okrajových řídicích prvků – jsou integrovány s DCS. To je běžný požadavek pro společnosti používající stroje v hybridním a procesním průmyslu.

Spolupráce výrobců OEM a koncových uživatelů

Otevřená a zabezpečená automatizace pomáhá OEM a koncovým uživatelům jednotlivě i ve vzájemné spolupráci. Povýší výrobce OEM z prodejce strojů na poskytovatele hodnotné škály služeb. Urychluje také úsilí koncových uživatelů o optimalizaci a koordinaci všech jejich operací a zároveň rozšiřuje možnosti jejich podpory.

Výrobci OEM, kteří zavedou moderní platformy pro řízení strojů, mohou svým zákazníkům poskytovat pokročilá řešení IIoT, jež oběma stranám poskytnou možnost monitorovat a podporovat zařízení pomocí dat v reálném čase a aplikovat optimalizaci na bázi analytiky. Výrobci OEM také získají možnost poskytovat beznástrojové nasazení aplikací, aktualizace a standardizované ladění zařízení bez použití nástrojů, stejně jako zabezpečené vzdálené aktualizace firmwaru. Nativní ověřování a šifrování komunikace zajišťuje, že tyto činnosti zůstávají bezpečné. Integrované zámky duševního vlastnictví pomáhají výrobcům OEM zavádět nejpokročilejší novinky.

Koncoví uživatelé mají prospěch ze snadného přístupu k cenným provozním datům a z klidu, který jim přináší vědomí, že jejich výrobci OEM mohou udržovat stroje v optimálním provozu prostřednictvím bezpečného připojení IIoT. Řada uživatelů zjistila, že jejich stroje neposkytují plnou funkčnost nebo hodnotu, pokud jsou nainstalovány jako samostatné ostrůvky, ale často je obtížné správně integrovat mnoho různých značek a modelů. Moderní platformy pro řízení strojů využívající komunikaci založenou na otevřených standardech a funkce, jako je MTP, umožňují koncovým uživatelům integrovat mnoho různých strojů a subsystémů a získat tak komplexnější provozní přehledy a informace.

Integrace výkonnějších řídicích prvků

Pro řízení strojů již nestačí soustředit se na tradiční výzvy týkající se výroby, kvality a doby provozuschopnosti jednotlivých strojů. Výrobci OEM a jejich zákazníci z řad koncových uživatelů čelí dalším vnějším tlakům souvisejícím s narušením dodavatelského řetězce, s náborem a udržením kvalifikovaného personálu a s obranou proti kybernetickým útokům.

Zavádějí nové moderní automatizační platformy a technologie, které zahrnují vysoce výkonné kompaktní řídicí jednotky s širokou podporou otevřených připojení, moderní možnosti programování a vestavěné zabezpečení. To pomáhá výrobcům OEM a koncovým uživatelům překonat tyto a další výzvy. Mají také možnost připravit se na výzvy zítřka vytvořením nových pracovních modelů pro efektivní integraci v rámci celého závodu, a to implementací technologií ML a AI a zlepšením vzdálené podpory.

Autorem článku je Darrell Halterman, ředitel pro řídicí produkty PACSystems v divizi řešení pro automatizaci strojů společnosti Emerson. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..