Čím vyniká riadiaci systém pre Industry 4.0?

Moderné stroje musia byť vybavené úplne odlišnou technológiou. Je asi nevyhnutné začať používať otvorené platformy, ktoré vývojárom dovolia aplikovať akúkoľvek priemyselnú komunikačnú zbernicu.

Téma Priemysel 4.0 je diskutovaná čoraz častejšie už aj v slovenskej kotline. Jej implementácia má dosah nielen na zvýšenie produktivity a konkurencieschopnosti podnikov, ale aj na trh práce a kvalifikáciu pracovnej sily. Ide teda o celosvetový trend a túto iniciatívu podporujú všetky svetové priemyselné mocnosti.

Ako sa však reálne tieto snahy prejavia v konštrukcii strojov? Ako budú stroje v budúcnosti komunikovať? Ako a čím sa budú programovať? Poďme si túto problematiku rozobrať z pohľadu vývojára, elektro-konštruktéra a programátora.

Priemysel 4.0 je čoraz častejšie diskutovanou témou už aj v slovenskej kotline


Industry 4.0 v kocke

Jedným z kľúčových pojmov Industry 4.0 sú tzv. kyber-fyzikálne systémy. Stručne povedané ide o to, že už neriešime, či stroj funguje alebo nie, to sa predpokladá tak nejako samozrejme.

Základnou myšlienkou kyber-fyzikálných systémov je spolupráca samostatných riadiacich jednotiek, ktoré sú schopné autonómne sa rozhodovať, riadiť zverený technologický celok a najmä stať sa samostatnými a plnohodnotnými členmi komplexných výrobných celkov.

V praxi si to môžeme predstaviť napríklad ako niekoľko spolupracujúcich výrobných hál, v ktorých je niekoľko liniek. Tieto linky nevyrábajú už len vopred určený typ výrobku, ale sami sa prispôsobujú aktuálnemu dopytu zo strany zákazníkov či podľa stavu zásob na sklade.

Automatický sklad vyšle sám podľa potreby objednávku dodávateľovi. Automatický systém údržby dostane okamžite informáciu o tom, že určitá súčasť konkrétneho stroja vykazuje známky opotrebenia a je teda nutné vykonať daný typ preventívnej údržby.

Jedným z kľúčových pojmov Industry 4.0 sú tzv. kyber-fyzikálne systémy

Takzvaný Condition Monitoring je dnes veľmi diskutovaná téma a mnohé výrobné závody sa týmto spôsobom snažia predísť drahým výpadkom vo výrobe spôsobeným nepredpokladanými odstávkami. Všetko musí byť samozrejme prepojené s ERP systémom výrobného závodu a manažment má teda perfektný prehľad nielen o vyrobenom množstve, ale aj o stave technológie.

Je logické, že takto navrhnutá výrobná technológia bude mať oveľa viac požiadaviek na použitie automatizačných prvkov a najmä potom na riadiaci systém. Stroj bude vybavený oveľa väčším množstvom senzorov, RFID čítačmi či kamerovými systémami.

Každý stroj bude tiež generovať veľké množstvo dát o výrobe aj o svojom vlastnom stave. Je teda nutné zamyslieť sa nad vhodným priemyselným štandardom komunikácie na všetkých procesných úrovniach.

Údržba podniku bude využívať tablety či smart hodinky, ktoré pracovníka okamžite upozornia na akýkoľvek problém a navrhnú možné riešenie, vrátane grafických inštrukcií a zoznamu náradia a materiálu potrebných pre vykonanie opravy.

Údržba podniku začína využívať tablety či smart hodinky pre nevyhnutnú analýzu a získanie inštrukcií


Technológie a požiadavky na riadiace systémy

Z predchádzajúceho textu je jasné, že moderné stroje musia byť vybavené úplne odlišnou technológiou. Je asi nevyhnutné používať otvorené platformy, ktoré vývojárom dovolia aplikovať akúkoľvek priemyselnú komunikačnú zbernicu.

Klasické PLC programovacie jazyky nebudú postačovať a riadiace algoritmy sa budú vyvíjať v moderných objektových jazykoch, ako sú C ++ či C #.

Úplnou nevyhnutnosťou sú vizualizačné nástroje podporujúce štandard HTML 5, čím sa vizualizácie stanú multi-platformové a budú k nim mať prístup aj nateraz menej používaní klienti, napr. už spomínané tablety.

Pre Industry 4.0 je vhodný riadiaci systém na platforme PC, ktorá má dostatočný výkon pre spracovanie obrovského množstva dát. Vo veľkom meradle sa uplatnia nové algoritmy z oblasti Big Data / Data Mining a schopnosť spolupráce s podnikovými SQL databázami sa stane všeobecne štandardným vybavením každého stroja.

Pre Industry 4.0 je vhodný riadiaci systém na platforme PC

Za zmienku tiež stoja dnešné najvýkonnejšie viacjadrové procesory, ktoré sú vyvíjané práve pre platformu PC. Možno predpokladať, že práve riadiace systémy, ktoré podporujú viacjadrové procesory, budú v budúcnosti pre riadenie výrobných liniek kľúčové.

Pokiaľ ide o spomínané komunikačnej zbernice, neexistuje asi na svete unifikovaný štandard. Zatiaľ sa ako vhodná zdá byť kombinácia dvoch štandardov, a to protokol OPC-UA pre úroveň komunikácie medzi strojmi a smerom k ERP systémom a ku cloudovým službám.

Na procesnej úrovni sa štandardom stáva napríklad zbernica EtherCAT, ktorá je extrémne rýchla a vhodná aj pre real-time riadenia (časy cyklov sa v EtherCATe pohybujú v desiatkach mikrosekúnd pre tisíc distribuovaných I / O).

EtherCAT zbernica je vhodná pre riadenie veľkého množstva servopohonov (desiatky aj stovky). Zbernica v súčasnosti podporuje obrovské množstvo výrobcov priemyselných komponentov a EtherCAT Group patrí medzi najväčšiu asociácie  združujúcu viac ako 4 000 výrobcov priemyselných zariadení z celého sveta.

Na procesnej úrovni sa štandardom stáva napríklad zbernica EtherCAT


OPC-UA a kybernetické útoky

Neoddeliteľnou súčasťou dnešnej doby sú aspekty kybernetickej bezpečnosti. Nie je žiadnym tajomstvom, že mnohé riadiace systémy nie sú dostatočne zabezpečené, a je len otázka času, kedy sa takýto systém stane obeťou kybernetického útočníka.

Vhodný riadiaci systém budúcnosti by mal byť proti týmto útokom vysoko zabezpečený. Tu opäť víťazí štandard OPC-UA, ktorý je proti kybernetickým útokom zaopatrený.

Ako poslednú, avšak možno najdôležitejšiu požiadavku na moderné riadiace systémy je potrebné spomenúť efektívny vývojový softvér. Pre programátora musí byť vývoj priemyselných aplikácií nielen prívetivý, ale mal by mu poskytovať možnosť integrovať všetky zmienené komponenty, riadiace algoritmy v reálnom čase a umožniť podporu objektovo orientovaných jazykov.

Platforma SIesta kyberneticka bezpecnost
Riadiace systémy sa často stávajú obeťou kybernetického útoku


Ako môže vyzerať vhodná voľba?

Jednou z možných alternatív by mohli byť real-time riadiace systémy na platforme priemyselných PC. Okrem výkonného hardvéru by mal byť k dispozícii aj veľmi zaujímavý a efektívny spôsob programovania, napríklad pomocou vývojového softvéru TwinCAT.

Tento nástroj je zaintegrovaný do Microsoft Visual Studia, čo programátorom umožňuje vyvíjať real-time aplikácie v prostredí, ktoré je im dôverne známe, a navyše môžu v jednom projekte kombinovať hneď niekoľko techník – napríklad použitie bežných PLC jazykov pre riadenie stroja a .NET aplikácie pre spracovanie obrazových dát z kamery či napojenia na podnikový ERP systém.

TwinCAT ponúka možnosť programovania real-time aplikácií v C ++, integráciu pohonov, bezpečnostných funkcií, vizualizáciu a mnohé ďalšie funkcie. Napríklad prepojenie PLC s aplikáciou naprogramovanú v .NET je otázka len niekoľkých málo riadkov kódu.

TwinCAT podporuje viac-jadrové procesory a my si môžeme sami zvoliť, aké jadro bude spracovávať danú časť programu.

Efektívny spôsob programovania pomocou vývojového softvéru TwinCAT

Zdroj: www.beckhoff.com, upravil Automatizacia365.sk

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *