Aktuální vydání

celé číslo

06

2019

Počítačová podpora vývoje a výroby, software pro řízení údržby 

celé číslo

Nastupuje nová generace PAC: přichází ePAC Modicon M580

Společnost Schneider Electric dlouhodobě usiluje o plnohodnotné řešení pro oblast automatizace procesní výroby: řízení kontinuálních a dávkových procesů. Na český trh uvádí novou generaci PAC založenou na Ethernetu – ePAC Modicon M580.

 

Robustní provedení a otevřenost

Hardware systému Modicon M580 se umísťuje na robustní kovový rám z lehké slitiny se čtyřmi, osmi nebo dvanácti sloty. Unikátní je rozšíření vnitřní sběrnice x-bus o Ethernet. Speciální moduly s ethernetovou komunikací tak mohou vzájemně komunikovat prostřednictvím páteřní sběrnice integrované přímo v rámu. K napájení lze využít jak stejnosměrné (24, 48, 100 nebo 150 V), tak střídavé (100 až 240 V) zdroje. Maximální výpočetní kapacita systému je dána procesorovou jednotkou. Pro připojení sběrnicových přístrojů je určeno množství komunikačních modulů s podporou protokolů a sběrnic:
  • Modbus RTU,
  • EtherNet/IP,
  • Modbus TCP,
  • AS-Interface,
  • Profibus-DP,
  • HART,
  • IEC 60870-5-101/104,
  • DNP3.
Připojení signálů zajišťuje I/O systém Modicon X80 (obr. 1), který vychází z osvědčeného PAC Modicon M340. Nabídka analogových, binárních, čítačových a dalších signálů pokrývá veškeré běžně používané standardy. Pro náročné průmyslové prostředí jsou určeny typy s rozšířeným rozsahem pracovních teplot –25 až +70 °C a odolností proti vlhkosti i agresivním plynům.
 

Velký výpočetní výkon, navíc s odolností proti poruchám

Základní část PAC Modicon M580 představuje procesor systému (obr. 2). Ačkoliv u řízení kontinuálních a dávkových procesů není rychlost zpracování instrukcí na prvním místě, věnoval tým specialistů Schneider Electric jeho vývoji mimořádnou pozornost.
 
Mikroprocesor je typu ARM (Advanced RISC Machine). Využívá nejnovější metodu pro minimalizaci a opravu chyb ECC (Error Correction Code). Vícefunkční dvoujádrová jednotka CPU pracuje s taktovací frekvencí 600 MHz. Díky velkému výkonu nejenže zvládá náročné výpočetní operace, ale zároveň zajišťuje rozsáhlé služby ethernetové komunikace.
 
Samotná jednotka CPU má port USB mini B pro připojení inženýrské stanice nebo operátorského panelu. Na čelní straně modulu jsou tři ethernetové porty RJ45. Dolní dva mají vlastnosti a realizují služby pokročilého řízeného ethernetového přepínače s podporou připojení vzdálených I/O systémů Modicon X80 (I/O scanning). Patří k nim např. protokol RSTP pro vytvoření redundantní kruhové sítě (obr. 4).
 
Jednotky jsou odstupňovány podle výkonu a velikosti paměti. Maximální kapacita paměti je následující: program 16 MB, data 2 048 MB a volitelná paměťová karta SD 4 GB. Nejvýkonnější provedení procesoru obsáhne připojení 4 096 diskrétních signálů, 1 024 analogových signálů a 128 zařízení připojených po Ethernetu. Jednotka nepotřebuje lithiovou baterii pro zálohu paměti, nevyžaduje tedy ani její údržbu a výměnu.
 

Kompletní služby Ethernetu a precizní diagnostika

Externí zařízení s ethernetovým rozhraním lze k ePAC Modicon M580 připojit přímo nebo prostřednictvím volitelného modulu BMENOC301. Nad rámec běžných služeb (např. HTTP, BOOTP nebo DHCP) Modicon M580 podporuje tyto pokročilé vlastnosti:
  • řízení I/O systému (I/O scanning) prostřednictvím sběrnic Modbus TCP a EtherNet/IP,
  • řízení redundantní kruhové sítě RSTP,
  • automatické nastavení výměny zařízení – FDR (Fast Device Replacement),
  • diagnostiku prostřednictvím SNMP,
  • synchronizaci prostřednictvím NTP,
  • vygenerování e-mailu prostřednictvím SMTP,
  • řízení datových toků prostřednictvím QoS.
Koncoví uživatelé, zejména pracovníci údržby, jistě ocení unikátní spektrum možností diagnostiky řídicího systému na dálku prostřednictvím webových služeb FactoryCast. Integrovaný webový server podporuje běžné prohlížeče jak pro PC (např. Internet Explorer, Google Chrome nebo Safari), tak pro tablety a chytré telefony (Android nebo iOS; obr. 3). Uživatel si dokáže snadno zobrazit diagnostiku procesoru nebo síťových služeb (včetně statistiky portů), program, trendy apod. Pro jednoduchou prezentaci HMI si může dokonce vytvořit vlastní grafické stránky.
 
Fyzicky lze subsystémy propojit bez externích síťových prvků. Na větší vzdálenost, až 16 km, je nutné použít tzv. mediakonvertor s podporou optického připojení (singlemode nebo multimode). K bezdrátovému připojení poslouží modul WiFi s externí anténou.
 

Kybernetická bezpečnost

Dnes již všechny větší podniky intenzivně řeší zabezpečení nejen podnikové informační a komunikační infrastruktury, ale i systémů řízení technologických procesů. Modicon M580 splňuje požadavky normy IEC 62443 (dříve ISA 99) a zároveň úspěšně prošel u firmy Wurldtech certifikací Achiles na úrovni 2. K zabezpečení svěřených procesů využívá množství nástrojů:
  • ochranu proti přístupu neautorizovaných uživatelů,
  • ochranu heslem při vzdáleném přístupu,
  • možnost zakázat nebo povolit služby HTTP a FTP,
  • možnost zakázat nebo povolit spuštění příkazů start/stop na dálku,
  • autentizaci a kontrolu integrity firmwaru i souborů v Unity Pro,
  • šifrovací metodu AES256 k ochraně proti neoprávněné změně firmwaru,
  • zpětnou dohledatelnost změn u aplikací vytvořených v Unity Pro,
  • ochranu samotné aplikace heslem.

Připojení měřicích přístrojů a akčních členů

Pro úlohy řízení kontinuálních procesů je typický požadavek na sběrnicové připojení např. měničů frekvence nebo provozní přístrojové techniky. Je proto logické, že nový Modicon M580 podporuje v rámci jednotného inženýrského prostředí Unity Pro hojně využívaný standard FDT/DTM. Díky tomu lze jednoduše a bez ohledu na typ sběrnice připojit všechny přístroje, které tuto normu podporují. Zajímavou možnost představuje také přímá podpora protokolu HART pomocí analogového vstupního nebo výstupního modulu.
 
Převážná většina úloh v energetice a petrochemii vyžaduje rovněž záznam události s přiřazením časové značky. Modicon M580 proto obsahuje speciální binární modul, který po příchodu události přiřadí časovou značku s rozlišením 1 ms. Sled událostí (sequence of events) lze zaznamenat v systému SCADA Vijeo Citect. Synchronizace je realizována protokolem IRIG-B nebo DCF77. Nová verze Unity Pro potom poskytne možnost přiřadit časovou značku také interní proměnné.
 

Vážní systém pro potravinářství a farmacii

K jednomu PAC ePAC Modicon M580 lze připojit až dvanáct expertních modulů pro vážní systémy, kde každý z nich dokáže pracovat až s osmi tenzometry s rozlišením 24 bitů. Pro systém dávkování nebo regulaci (např. vypouštění sypkých hmot z nádrží) jsou určeny dva binární vstupy a čtyři reflexní výstupy. Pro místní zobrazení a nastavení je možné přímo na modul připojit dotykový panel LCD.
 

Dostupnost

Kontinuální a kritické procesy vyžadují maximální dostupnost řídicího systému. Jejich případné odstávky, nebo dokonce neplánovaná přerušení znamenají pro uživatele i investora velkou finanční ztrátu. Proto byla do ePAC Modicon M580 rovněž implementována nová vlastnost CCOTF (Change of Configuration On The Fly), která umožňuje měnit konfiguraci bez nutnosti přerušit nebo zastavit programovatelný automat (uvedením do stavu stop). Za běhu lze přidat nové vstupní i výstupní jednotky, nahrát změny programu nebo vyměnit závadnou kartu.
 

Flexibilní návrh a ochrana investic

Struktura systému Modicon M580 se vždy dokáže přizpůsobit požadavkům úlohy. Centrální systém propojený s distribuovanými I/O subsystémy se může postupně rozšiřovat v návaznosti na průběh realizace a rozfázování projektu. Díky subsystému Modicon X80 lze nejen lokálně připojit panel HMI, ale i využít speciální komunikační či expertní moduly.
 
Programovatelné automaty Modicon M580 rovněž nabízejí jednoduchou migraci ze starší generace řídicích systémů Modicon Premium – se zachováním původní kabeláže a I/O jednotek.
 

Výhody integrovaného systému PlantStruxure

Modicon M580 lze použít bez ohledu na nadřazený systém SCADA a bez nutnosti brát v potaz snímače a akční členy. Z hlediska tvorby aplikace a diagnostiky je ovšem vhodné (a výhodné) využít integraci s měniči frekvence Altivar Process. Knihovny Unity Pro totiž obsahují objekty nejen pro vlastní komponenty, ale také validované a otestované ovladače DTM pro měniče Altivar Process (obr. 5). Jednotné inženýrské prostředí Unity Pro usnadňuje jak nastavení, tak následnou údržbu. Terminály HMI Magelis GTU navíc dokážou exportovat svá data do prostředí Unity Pro a synchronizovat své alarmy se systémem SCADA Vijeo Citect.
 
Integrovaný systém PlantStruxure – využívající Modicon M580, Altivar Process, Vijeo Citect i Magelis GTU – citelně sníží riziko omylů a zkrátí dobu potřebnou k realizaci daného projektu.
 

Typické oblasti použití systému Modicon M580

Systém Modicon M580 je tedy předurčen pro náročné úlohy z oblasti řízení kontinuálních a dávkových procesů. Uplatnění najde jak v potravinářství, chemii a farmacii, tak ve vodárenství. Díky velké dostupnosti a odolnosti proti drsnějším provozním podmínkám je vhodný rovněž pro kontinuální procesy v metalurgii, plynárenství a energetice.
Michal Křena,
Obr. 1. Robustní ePAC Modicon M580 a I/O systém Modicon X80
Obr. 2. Výkonná procesorová jednotka Modicon M580 s integrovaným ethernetovým rozhraním
Obr. 3. Příklad zobrazení diagnostické stránky pro mobilní aplikace
Obr. 4. Připojení I/O systému a zařízení v síti s kruhovou topologií
Obr. 5. Ukázka Unity Pro – jednotného inženýrského softwaru pro ePAC Modicon M580 a měniče frekvence Altivar Process