Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Komunikace USB v průmyslové automatizaci

Produkce zařízení pro průmyslovou automatizaci je relativně konzervativní obor. Hlavním požadavkem na všechna zde používaná zařízení je velká spolehlivost. U systémů řídících náročné a drahé technologie opravdu není radno příliš riskovat. Naproti tomu je ale tato argumentace často zneužívána v zájmu prodeje koncepčně zastaralých a drahých řešení.
 
Komunikačnímu standardu USB v jeho začátcích skutečně nedělaly dobrou reklamu mnohdy závadné ovladače nejrůznějších konvertorů USB/RS-232 a podobných zařízení asijské provenience. Často zaznívaly hlasy kritiků, vesměs technických principů USB zcela neznalých, že USB je standard pro průmyslovou automatizaci nevhodný. Tato situace se téměř shodovala s dřívějším obdobím, kdy byla takto zpochybňována i užitečnost Ethernetu. Dnes je již dominance Ethernetu v rozlehlých sítích a USB v periferních zařízeních počítačů natolik jednoznačná, že neposkytuje žádný prostor k pochybnostem ani u těch nejkonzervativnějších uživatelů.
 

Průmyslový počítačový systém DataLab – pět let rozvoje

Ve standardu USB skutečně není skryta žádná závada nebo chyba, která by omezovala použitelnost této sběrnice v nejnáročnějších podmínkách trvalého provozu v průmyslovém prostředí. Rozhodujícím kritériem spolehlivosti je kvalita kódu použitých ovladačů. A právě programové vybavení, které je vyvíjeno a zdokonalováno již déle než pět let, určuje většinu vlastností a funkcí systému DataLab (obr. 1). Kvalita a spolehlivost systému jsou do současné doby potvrzeny velkým počtem systémů trvale běžících v náročných podmínkách nepřetržitých provozů.
 

Krátká doba odezvy a vysoká přenosová rychlost

První jednotky DataLab komunikovaly s řídicím počítačem podle standardu USB 1.1 rychlostí 12 Mb/s. Pro průmyslovou automatizaci byla i tato přenosová rychlost více než dostatečná. Současné jednotky systému DataLab komunikují podle standardu USB 2.0, který umožňuje přenést 480 Mb/s při době komunikace přibližně 0,4 ms. Komunikační sběrnice je natolik výkonná, že např. dokáže přenášet nekomprimovaný živý obraz z digitálních kamer DataCam. Je tedy jisté, že doba odezvy i přenosová kapacita budou ještě určitou dobu vyhovující i pro budoucí automatizační projekty a že tento systém pravděpodobně rychle nezastará.
 

Vysoká spolehlivost a odolnost proti poruchám

Linková přenosová vrstva sběrnice je překvapivě vysoce odolná proti elektrickému rušení. Má-li kabel funkční nepřerušenou stínicí síťku, je téměř nemožné komunikaci rušit. Není rušena, ani když je komunikační kabel ovinut okolo transformátorové pájky nebo okolo stykače. Při typických použitích sběrnice uvnitř jednoho rozváděče nebo jednoho stroje s délkou propojení několik metrů je odolnost proti rušení zcela dostatečná. Důležitou roli v celkové spolehlivosti systému hraje i programové vybavení, které dokáže reagovat na libovolnou případnou poruchu v komunikaci a regenerovat se i při rozpadu spojení a poruše některé komponenty.
 

Vlastnosti plug and play a snadná práce se systémem

Jednotlivé komponenty systému jsou propojeny hotovými kabely různých délek s nezaměnitelnými konektory. To zjednodušuje práci při budování, oživování a konfiguraci systému na nejvyšší možnou mez. Jednotlivé jednotky jsou po připojení automaticky detekovány a obsluhovány prostřednictvím patřičných ovladačů.
 

Vstupní a výstupní jednotky i kompaktní softPLC

Pro obsluhu vstupních a výstupních signálů jsou k dispozici jednotky DataLab pro jeden, dva nebo čtyři moduly s obvykle osmi vstupy nebo výstupy. Jednotky lze tedy osadit úsporně a přesně podle požadavků úlohy. Vstupní a výstupní moduly jsou dodávány v bohatém sortimentu pokrývajícím veškeré potřeby běžné v systémech průmyslové automatizace. Moduly se vyznačují kvalitním návrhem a nízkou spotřebou, jsou vždy galvanicky odděleny od rozhraní USB a většina sestav jednotek může být napájena přímo z USB. Robustní skříňky jednotek jsou uzpůsobeny k montáži na lištu DIN.
 
Vstupní a výstupní jednotka může být integrována přímo do sestavy průmyslového počítače. Získá se tak softPLC (obr. 2) úsporný na prostor a vybavený vysokým výpočetním výkonem a veškerými komunikačními rozhraními.
 

Kompaktní průmyslové počítače

Důležitou součástí systému DataLab jsou kompaktní průmyslové počítače. Jsou rovněž přizpůsobeny montáži na lištu DIN, je možné je vybavit napájecími zdroji 230 V AC nebo 11 až 28 V DC. Počítače jsou obvykle dodávány se systémem Windows XP Embedded nainstalovaným na paměťové kartě Compact Flash. Takové počítače neobsahují žádné rotující komponenty a vyznačují se značnou odolností a spolehlivostí.
 

Převodníky komunikačních rozhraní

Součástí systému DataLab jsou i komunikační převodníky mezi USB a sběrnicemi KNX pro automatizaci budov nebo sběrnicemi CAN pro řízení strojů v reálném čase. I při používání těchto převodníků uživatel nepřichází o podstatné výhody plynoucí z ovladačů plug and play a výkonu USB 2.0.
 

Programové vybavení

Klíčovým prvkem kvality všech současných automatizačních systémů je právě kvalita a funkčnost programového vybavení. Ke všem průmyslovým počítačům a jednotkám DataLab jsou zdarma dodávány ovladače pro softwarový systém Control Web. Podporou tohoto prostředí pro rychlý vývoj úloh je zajištěno maximálně snadné a efektivní použití systému DataLab ve velkém množství různých aplikací. Jednotky DataLab mohou být použity s libovolným programovým vybavením, které může s jednotkami komunikovat např. prostřednictvím dodávaných komponent ActiveX. K dispozici je rovněž server OPC, zajištující spojení s libovolnou konfigurací jednotek DataLab.
 

Rozvoj do budoucna

Systém DataLab má dnes za sebou více než pět let vývoje a růstu, ale potenciál jeho struktury není ani zdaleka vyčerpán. Možnosti použití jsou nyní rozšiřovány o digitální kamery DataCam, které jsou rovněž připojovány pomocí USB. Funkce systému se stále rozšiřují, snadnost použití přitom zůstává zachována. Zavedení do praxe a spolehlivý několikaletý trvalý provoz různých zařízení potvrzují spolehlivost tohoto řešení. Podrobnější informace o systému lze nalézt na stránkách www.mii.cz
 
Roman Cagaš, Moravské přístroje a. s.
 
Obr. 1. Rozváděč řízený jednotkou DataLab
Obr. 2. Kompaktní softPLC DataLab s operačním systémem Windows XP Embedded