Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Moderní automatizace a řízení vyžadují flexibilitu, rychlou a snadnou záměnu zařízení a průběžné vyhodnocování dat s možností datové komunikace prostřednictvím širokého spektra moderních sběrnic a komunikačních systémů. Tyto požadavky je možné řešit modulární koncepcí strojů a decentralizovanou automatizací.
Co je decentralizovaná automatizace?
Decentralizace automatizace je moderní koncept pro digitální továrny umožňující přenést základní zpracování signálů ze snímačů nebo řídicích povelů pro akční členy (motory, pneumatické komponenty) z dříve vzdálené řídicí jednotky typu PLC (umístěné v centrálním řídicím rozváděči výrobní či balicí linky) přímo na jednotlivá místa na lince a na strojích. Tyto malé, ale dostatečně výkonné jednotky označované firmou Turck jako FLC (Field Logic Controller) pak již prostřednictvím sběrnicové datové komunikace, ať již po kabelu, nebo bezdrátově, obousměrně komunikují s nadřazeným zařízením. Tím může být místo PLC řídicí jednotka typu edge či výkonný průmyslový počítač, ale bez mnoha I/O rozhraní pro jednotlivé snímače a akční členy. Tyto jednotky se mohou soustředit na zpracování dat a komunikaci s vizualizačními aplikacemi, databázovými servery či cloudovými aplikacemi, které realizují systémy řízení výroby MES a podnikové systémy řízení ERP, systémy řízení kvality, prediktivní údržby a ekonomického vyhodnocování.
Současné trendy v automatizaci tak není možné „umístit“ na jednu konkrétní úroveň klasické pyramidy automatizace, kde základnu tvoří snímače a akční členy, nad nimi je vrstva PLC a následují vrstvy SCADA, MES a ERP. Nyní lze využít snímače s rozhraním IO-Link, které detekují opotřebení stroje, tagy RFID, jež informují stroj o správné konfiguraci pro další krok, nebo I/O moduly s vestavěným procesorem, které mohou plnit řídicí úlohy. Decentralizované předzpracování dat co nejblíže koncovým prvkům redukuje celkový objem dat ze stroje a umožňuje do vyšší úrovně řízení posílat jen důležité relevantní informace. To je pokládáno za základ nové éry automatizace. Výhody realizace tohoto konceptu prostřednictvím techniky od firmy Turck jsou v tom, že je možné ji využívat i při řízení v prostředí s nebezpečím výbuchu Ex do zóny 0 a nově i v úlohách používajících komunikační rozhraní EtherCAT.
Kontrola stavu strojů a zařízení
Výhodou autodiagnostiky přímo na strojích a zařízeních je odlehčení zátěže na komunikačních linkách do centrálního řídicího systému. Informace se řídicímu systému neposílají, dokud není zjištěna chyba nebo anomálie. Moderní snímače a zařízení mohou samy rozhodnout, kdy dochází k anomálii. Výhodou systémů kontroly stavu strojů a zařízení je zejména zvýšená dostupnost stroje, jednoduché použití informací o stavu díky efektivní redukci dat realizované lokálně, v provozním prostředí, a úspora PLC a komunikačních zdrojů.
Modulární stroje
Decentralizovaná inteligence značně usnadňuje konstrukci modulárních strojů a linek (obr. 1). Každý modul pracuje samostatně a dodává sousedním modulům (včetně centrálního řídicího systému) prostřednictvím snadno použitelných a servisně orientovaných rozhraní značně zkoncentrovaná data pro řídicí účely. Programovatelné automaty IP67 PLC TBEN-L (obr. 2) využívající standardy Codesys umožňují i modularizaci řídicích programů. Takto mohou být zapojeny a řízeny dokonce i bezpečnostní aplikace, a samostatný modul stroje tak nepotřebuje žádný vlastní rozváděč. Výhodami jsou zejména rychlejší uvedení nových systémů na trh, rychlejší uvedení zařízení do provozu, možnost velmi flexibilního rozšiřování a omezení počtu chyb v důsledku možnosti snadnějšího předběžného testování jednotlivých částí a modulů stroje. I/O moduly TBEN-S, TBO-LL a TBPN s integrovanou logikou např. zjednodušují parametrizaci motorů válečkových dopravníků nebo parametrizaci snímačů.
Sledování průmyslových výrobků
Decentralizovaná identifikace umožňuje pomocí RFID a komunikačního standardu IO-Link přímou komunikaci výrobků a komponent výrobní linky opatřených nosiči dat. Toto řešení nabízí různé výhody od výroby až po poprodejní servis. Hlavní výhodou je urychlení procesů prostřednictvím předzpracování dat přímo na stroji a úplná transparentnost výroby i logistiky, a to i bez centralizované databáze.
Decentralizovaná automatizace v praxi
Společnost Turck vždy směřovala k decentralizované automatizaci. Mnoho jejích zákazníků tak už objevilo výhody decentralizovaných řešení.
Například nizozemská společnost Asbreuk Service B. V., dodávající automatizované nakládací a vykládací zařízení, vybavila svého zákazníka, nizozemského poskytovatele logistických služeb, modulárním, plně automatizovaným nakládacím a vykládacím systémem pro nákladní automobily, který je decentrálně řízen robustními moduly Turck TBEN-L-PLC s krytím IP67. Díky odolnosti do –25 °C je systém vhodný i do prostředí chladíren a mrazíren (obr. 3).
Britský výrobce balicích strojů DS Smith využívá modulární kompaktní decentralizované řešení Turck TBEN-S s integrovaným PLC, které se programuje v prostředí ARGEE, pro monitorování svých lisů na odpadní papír bez nutnosti použít centrální řídicí rozváděč. Toto řešení poskytuje pracovníkům informace, že slisované balíky papíru dosáhly svého maximálního objemu a musí být odsunuty. Pracovníci již nemusí neustále sledovat celý proces (obr. 4).
Decentralizovanou bezpečnostní techniku využívá i nizozemská společnost AWL-Techniek u svých modulárních svařovacích strojů řady M-Line (obr. 5). Používá k tomu i hybridní řídicí a bezpečnostní komponenty Turck TBEN-L a TBPN s rozhraním IO-Link a krytím IP67. Snadná montáž bez nutnosti dodatečného zakrytování zrychluje vývoj zařízení a hybridní řídicí a bezpečnostní systém zjednodušuje návrh stroje a šetří kabeláž i celkové náklady. Komunikační rozhraní modulů navíc poskytuje i cenná diagnostická data pro monitorovací aplikaci Lyla od AWL.
V oblasti farmaceutického průmyslu je podnětem k co nejrychlejšímu zahájení sériové výroby nově vyvinutého produktu. Řešením jsou modulární výrobní linky, kde se jednotlivé moduly (v provedení „skid“, vhodné pro umístění do standardního rámu a přepravu kontejnerem) sestaví podle potřeby (obr. 6). S decentralizovaným systémem mohou být moduly testovány už u výrobce, před sestavením do výrobní linky a uvedením do provozu u zákazníka. Výsledkem je, že modulární výrobní linky lze uvádět do provozu mnohem rychleji než monolitické provozy. Navíc nový certifikát jednotek TBEN-S a TBEN-L podle ATEX umožňuje jejich montáž bez rozváděče i přímo do Ex zóny 2.
Novinka pro rok 2022: I/O modul pro EtherCAT
Společnost Turck do svého sortimentu I/O modulů IP67/69K s rozhraním IO-Link přidala jednotku EtherCAT/IO-Link master TBEC-LL-8IOL (obr. 6). Kromě protokolů Profinet, EtherNet/IP a Modbus TCP tak společnost Turck nyní nabízí moduly i pro sítě průmyslového Ethernetu s protokolem EtherCAT. I/O modul v robustním pouzdru TBEC-L má osm portů IO-Link. Plné galvanické oddělení mezi napájecími zdroji dovoluje realizovat bezpečnostní odpojení. Akční členy s rozhraním IO-Link, jako jsou ventilové bloky, robotická chapadla nebo motory, lze napájet proudem až 4 A. Napájecí zdroj je připojen konektorem M12-L, který vyhovuje současným i budoucím požadavkům.
Moduly TBEC-LL-8IOL jsou stejně jako moduly TBEN-S vybaveny procesorovým modulem pro logické řízení (FLC) s webovým programovacím prostředím ARGEE, které umožňuje uživateli velmi snadno programovat logické a sekvenční úlohy bez nutnosti instalovat další software, dokonce i pomocí mobilních terminálů v terénu.
(Turck, s. r. o.)
Obr. 1. Decentralizovaná inteligence značně usnadňuje konstrukci modulárních strojů a linek
Obr. 2. IO moduly s integrovaným programovatelným automatem IP67 PLC TBEN-L umožňují instalaci v provozním prostředí
Obr. 3. Nakládací a vykládací systém, který je decentrálně řízen robustními moduly Turck TBEN-L-PLC s krytím IP67, může pracovat i v prostředí mrazíren, protože rozsah jeho pracovních teplot začíná na –25 °C
Obr. 4. PLC vestavěné v IO modulu Turck dovoluje sledovat objem slisovaných balíků a nahlásit obsluze, kdy je třeba je odsunout
Obr. 5. Decentralizovanou bezpečnostní techniku využívá nizozemská společnost AWL-Techniek u svých modulárních svařovacích strojů řady M-Line
Obr. 6. V modulárních výrobních linkách pro farmaceutický průmysl se jednotlivé moduly (v provedení „skid“, vhodné pro umístění do standardního rámu a přepravu kontejnerem) sestaví a zapojí podle potřeby