Výběr automatizačního řídicího prvku

Výběr automatizačního řídicího prvku

Při výběru automatizačního řídicího prvku pro polohování, robotiku, řízení strojů a další aplikace zvažte níže uvedená kritéria. 

Automatizační řídicí prvek je prospěšný mnohem více, nenahrazuje jen relé, jak bylo původně zamýšleno u programovatelného automatu PLC. Nyní dokáže řídicí prvek integrovat logiku, polohování, robotiku a komunikaci s ostatními stroji a se systémy pro správu. Výkonem mohou sahat od jednoduchých zařízení až po prvky s vícejádrovými procesory.

Rozdíly mezi tradičním PLC, programovatelným řídicím automatem PAC a průmyslovým PC jsou do značné míry nepodstatné – stále mají k dispozici dostatečný výpočetní výkon. Díky zavedení normy pro programování IEC 61131-3 získal software pro řízení určitou míru standardizace. Zásluhou dostupnosti robustních operačních systémů běžících na pozadí již není nutno používat operační systémy na bázi Microsoft Windows. Spíše než používat označení „řízení na bázi IPC“, přesnější by bylo říci řízení „na bázi Intelu“ nebo „na bázi AMD“, což by lépe vystihovalo použití výkonných, běžně používaných procesorů.

Protože dnešní automatizační řídicí prvky dokážou provádět více než jen logiku, „PLC“ je pravděpodobně zastaralým pojmem. A protože všechny automatizační řídicí prvky jsou programovatelné, písmeno „P“ v označení PAC se také jeví jako zbytečné. Řídicí prvky jsou v zásadě počítače a na témže procesoru může běžet více operačních systémů (reálného času, Microsoft Windows a Linux). IPC lze používat pro řízení, sběr dat a pro nově vznikající role, jako je „edge computing“. 


Funkce řídicího prvku

Stalo se populárním koordinovat všechny funkce stroje ve stejném softwarovém prostředí, ve stejném programu, jenž běží na stejném procesoru. Umožňuje to synchronizaci všech funkcí stroje; modulární struktura kódu zajišťuje organizovaný a konzistentní přístup. Přesto je zde stále místo i pro méně integrované řízení, například u jednodušších aplikací, u nichž se nepočítá se škálováním.

Potřebné specifikace řídicího prvku jsou dány složitostí aplikace a požadavky na výkon. Níže jsou uvedena kritéria platforem, jejichž splnění si možná (v závislosti na konkrétní aplikaci) budete potřebovat odškrtnout. 


Logika

Existuje fundamentální potřeba řízení logiky, což je důvodem, proč automatizační řídicí prvky nadále označujeme jako „PLC“. PLCopen je organizace, která udržuje a rozšiřuje rozsah působnosti normy IEC 61131-3 pro programování a spravuje rozsáhlou databázi znalostí, školení a knihoven. Aktivity skupiny zasahují do oblastí daleko nad rámec řízení logiky a zahrnují polohování, zabezpečení, architekturu OPC Unified Architecture (UA), XML a mnoho dalšího. 


Víceosové polohování

V závislosti na požadované složitosti a synchronizaci pohybů je možno automatizačním řídicím prvkem ovládat desítky i stovky os pohybu. Díky Moorově zákonu a průmyslovým standardům již není zapotřebí samostatný řídicí prvek pro polohování nebo robot s vyhrazenou polohovací sítí. 


Síťová bezpečnost

V Severní Americe jsou stále preferovaná napevno začleněná opatření pro síťovou bezpečnost. Síťová bezpečnost běžící na stejné síti, která ovládá stroj, se stala osvědčenou a užitečnou funkčností při řízení. Síťovou bezpečnost lze implementovat do redundantního jádra řídicího procesoru, do samostatného řídicího prvku a následně do bezpečnostních I/O u malých systémů. Síťová bezpečnost zahrnuje zabezpečení polohování a funkce pro robotiku, které umožňují strojům běžet v bezpečném režimu, místo aby se vypnuly, čímž poskytuje mimořádnou provozní efektivitu. 


Použití více robotů

Jeden automatizační řídicí prvek může integrovat více robotů, jako je robot Delta, roboty typu SCARA (Selective Compliant Articulated Robot Arm – horizontální kloubové roboty) nebo portálové roboty, společně se všemi ostatními funkcemi pro ovládání strojů. Dále je možné provádět kinematické funkce v prostředí splňujícím požadavky normy IEC 61131-3.

Řídicí prvky vyhrazené pro robotiku nadále odvádějí cennou službu s ohledem na funkce zabudované v systému robotu – od paletizačních algoritmů až po vzorce pro montáž. 

Monitorování strojů

Monitorování technického stavu stroje je klíčem k plánu prediktivní údržby a k omezování neplánovaných odstávek. Řídicí prvek lze kombinovat s různými komerčně dostupnými snímači, jako jsou teplotní čidla a akcelerometry, za účelem monitorování aktuálního stavu. Monitorování strojů může přispět i k odhalování anomálií, dříve než dojde ke katastrofickým selháním. Monitorování spotřeby energie lze uplatnit například v oblastech spotřeby stlačeného vzduchu, fluktuací, spotřeby zemního plynu u topných těles a sušiček a spotřeby vody pro proces a čištění. 


Práce s daty

Automatizačním řídicím prvkem může být web a server a klient s architekturou OPC UA. Disponují funkcemi pro shromažďování dat z průmyslového internetu věcí (Industrial Internet of Things – IIoT) a pro zpětné přijímání instrukcí z cloudu nebo z okrajových zařízení (edge) kvůli optimalizaci procesu. Automatizační řídicí prvky typicky odesílají data do softwaru systému pro operativní řízení výroby (Manufacturing Execution System – MES), do systému plánování podnikových zdrojů (Enterprise Resource Planning – ERP), do systému pro celkovou účinnost zařízení (Overall Equipment Effectiveness – OEE), do systému modulu důvěryhodné platformy (Trusted Platform Module –TPM) a do systému pro správu životního cyklu produktů (Product Lifecycle Management – PLM). V prostředí IIoT je stejně důležité získávat i prakticky využitelná analytická data. 


Automatická konfigurace

Když se dříve vyměňovala určitá součást za novou (například pohon), bylo nutno manuálně určit a nahrát správnou verzi firmwaru pro dané zařízení. Dnes mohou automatizační řídicí prvky načíst zařízení automaticky a upozornit technika, aby provedl nezbytná nastavení, v současné době i bez nutnosti fyzického zásahu. 

Možnosti komunikace

Dnes mají i levné řídicí prvky jeden nebo více ethernetových komunikačních portů pro komunikaci s panely rozhraní HMI, systémy pro správu, pro programování a další časově kriticky nevýznamné úkony. Řídicí prvky také běžně podporují určitou variantu průmyslového Ethernetu pro deterministické sítě strojů, jako jsou EtherNet/IP, EtherCAT, Powerlink, Profinet a další. Bohužel stále neexistuje jednotný, univerzálně uznávány standard průmyslového Ethernetu, který by zajistil vysokorychlostní deterministickou komunikaci vhodnou pro řízení strojů.

Velká očekávání jsou však spojena s vývojem technologie časově senzitivní sítě (Time-Sensitive Networking – TSN), která společně s architekturami OPC UA a OPC UA Publish/Subscribe (Pub-Sub) přinese určitou míru determinismu do rodiny ethernetových standardů IEEE 802 organizace Institute of Electrical and Electronics Engineering. Sdružení Industrial Internet Consortium vytvořilo testovací systém, na němž několik dodavatelů průmyslové automatizace demonstrovalo v rámci testovací akce „plugfest“ použitelnost časově senzitivní sítě pro komunikaci mezi stroji.

Časově senzitivní sítě jsou důležité, protože aby mohl průmyslový internet věcí fungovat, bude muset existovat komunikační interoperabilita mezi různými řídicími platformami používanými v závodě či podniku a v cloudu. Pokud jsou zapotřebí sériová rozhraní, musejí být výslovně specifikována, protože jejich popularita klesá.

ridici prvky BR


Fyzické formáty

Níže jsou uvedeny tři nejobvyklejší fyzické formáty automatizačních řídicích prvků.

  • Krytí IP20, montáž ve skříni: Jde o tradiční formát PLC, který má samostatné rozhraní HMI a typicky využívá buď integrované I/O, nebo montované na zadní desce/liště, anebo vzdáleně umístěné I/O.
  • Utěsnění s krytím IP65/67/69K, montáž na podstavci nebo čelním panelu: Tento formát v sobě integruje rozhraní HMI a řídicí prvek a stále oblíbenější je jeho montáž na výkyvném rameni poskytujícím ergonomické výhody. 

Tento formát může mít začleněny i funkce PC a mohou na něm běžet různé aplikace pro Microsoft Windows až nad rámec řízení, jako je rozhraní HMI, ačkoli stále sílí trend používání webových rozhraní HMI.

Požadavky na utěsnění se mohou lišit v závislosti na podmínkách prostředí a metodách čištění. Montáž na podstavec bývá dražší než montáž na panel, a to s rámem z nerezové oceli a vyšším stupněm krytí u srovnatelných řídicích prvků.

Někteří uživatelé preferují montáž PLC a rozhraní HMI v samostatných panelech, aby v případě poškození jednoho z nich nemuseli měnit obě součásti. To však už nyní nehraje roli, protože jsou k dispozici integrované jednotky se zabudovaným řídicím prvkem, který je od rozhraní HMI odnímatelný. Díky tomu je jednodušší přejít na větší obrazovku nebo vyměnit výkonnější řídicí hardware bez nutnosti měnit obrazovku. 

  • Krytí IP20, průmyslové PC montované ve skříni, se samostatným rozhraním HMI: Podobně jako v případě integrovaného formátu může tento formát sloužit jako řídicí prvek s operačním systémem reálného času, s různými počítačovými operačními systémy a webovými službami. Řídicí prvek může být samostatný a průmyslový počítač může být vyhrazený pro úkony nesouvisející s řízením, jako je edge, fog nebo cloud computing. K běžným aplikacím patří také datový sklad, serializace a inspekce pomocí počítačového vidění. 

Škálovatelnost

I když je většina prostředí pro vývoj softwaru často navázána na hardware (PLC ve formátu nano, micro, středně velké a velké prvky PLC), je možné pracovat i ve vývojových prostředích, která jsou na hardwaru nezávislá. To znamená, že je možné psát kód projektu a řídicí hardware lze vybrat nebo změnit později. Tato flexibilita se týká i typů motorů a pohonů. Stroj na bázi základního provedení krokového motoru nebo frekvenčního měniče může využívat stejný program jako špičkový stroj se servopohony. Škálovatelnost je nejcennější v situaci, kdy se navrhuje řada strojů a je možné opětovně použít klíčové elementy softwaru.

Procesory CPU

Vybírat lze z mnoha možností, od základních až po vícejádrové procesory, přičemž jejich výkonové parametry se často překrývají. Proto se doporučuje spolupracovat s technickou podporou a obchodně technickým týmem poskytovatele technologie na výběru varianty s optimálním poměrem ceny a výkonu s ohledem na očekávané požadavky aplikace a využívat jejich znalostí.

V ideálním případě by měly být procesory škálovatelné, aby byl řídicí software kompatibilní napříč produktovou řadou řídicího prvku. Poskytovatelé automatizačních technologií investují do značných skladových zásob kriticky významných komponent, aby zajistili dostupnost produktů a migraci u přímých náhrad.

Určete také, zda budete potřebovat bezventilátorový provoz, a vyhodnoťte, jaké jsou očekávané teploty v prostředí, kde bude řídicí prvek instalován. K dalším možnostem odvodu tepla patří ventilátory, klimatizace, chladiče a vodní chlazení.

Paměť

Polovodičové paměti se staly u automatizačních řídicích prvků velmi populární. Používají se vyjímatelná paměťová média, jako jsou paměťové karty C-Fast, nebo v případě nákladově citlivějších aplikací trvale instalovaná paměťová zařízení. Výhodou vyjímatelné paměti je to, že ji lze snadno vyměnit, jednoduše se vytvářejí a ukládají zálohy a není náročné kapacitu paměti rozšířit.

Dbejte však, abyste používali paměťové karty vhodné pro průmysl, a zajistěte, aby paměťová média splňovala specifikace požadované aplikací. Různé typy pamětí mají různou provozní životnost, která závisí na počtu cyklů čtení a zápisu. I toto téma byste měli s dodavatelem automatizace prodiskutovat. ce 

John Kowal je ředitel pro rozvoj obchodu společnosti B&R Industrial Automation Corp. Upravila Emily Guentherová, zástupkyně obsahového ředitele, Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com