Aktuální vydání

celé číslo

05

2021

Perspektivy automatizace, umělá inteligence v automatizaci; prostředky automatizace v době lockdownu
celé číslo

One tool, many targets – efektivita v automatizaci v podání B&R

Automa 8/2000

Ing. Karel Bílek,
B&R automatizace s. r. o.

One tool, many targets – efektivita v automatizaci v podání B&R

Článek přináší pohled firmy B&R na současný stav automatizační techniky. Představuje ústřední myšlenku výrobkové strategie firmy B&R vedoucí k úsporám nákladů při aplikacích řídicí techniky. Na základě porovnání jednotlivých typů současných automatizačních prostředků ukazuje směr nových řešení, která se uplatní v blízké budoucnosti. V závěru představuje vývojové prostředí B&R Automation Studio™, bez něhož by efektivní vývoj aplikací nebyl myslitelný.

Nikdo asi nebude polemizovat s tvrzením, že vývoj elektroniky pro automatizaci zaznamenává v posledních letech velkou akceleraci a v mnohém kopíruje bouřlivý vývoj kancelářské počítačové techniky. Nová technika umožňuje snáze a levněji řešit problémy dříve řešitelné jen stěží nebo vůbec anebo při stejných nákladech zvyšovat užitnou hodnotu automatizovaného zařízení. Tento veskrze pozitivní trend je ovšem provázen vzrůstající složitostí řídicí techniky a její různorodostí danou potřebou speciálních řešení pro nové aplikační oblasti. V důsledcích tak rostou požadavky na odbornost a časová zátěž pracovníků, kteří tuto techniku aplikují. Že rostoucí nároky na pracovníky mají přímé finanční dopady, o tom není pochyb. Tento faktor začíná stále více nabývat na významu i v našem státě.

Obr. 1.

Co tedy požadují firmy aplikující automatizační techniku? Záměrně hovořím o firmách „aplikujících“, protože mezi ně patří nejen firmy tzv. aplikační, zavádějící automatizační techniku převážně v oblasti řízení procesů „na klíč“, ale i výrobci strojů a zařízení, kteří tuto techniku montují do svých sériových produktů. Pomiňme dnes již „samozřejmé“ požadavky na kvalitu, odolnost atd. a soustřeďme se na požadavky vyplývající z již zmíněného vývoje.

Významné místo mezi nimi zaujímá požadavek na dostatečnou šíři nabídky automatizačních prostředků, umožňující optimálně řešit různorodá zadání, což vede k možnosti volby z mnoha technických prostředků – tzv. cílových systémů. A je-li použit větší počet cílových systémů, je naprosto legitimním požadavkem vedoucím k minimalizaci vývojových nákladů jejich podobnost co do programování. Ideální situace nastává, jsou-li všechny cílové systémy programovány tímtéž nástrojem, a v důsledku toho jsou softwarově kompatibilní. Tehdy lze přebírat a upravovat staré projekty, používat typová řešení a stejné podpůrné knihovny i plynule přecházet mezi různými cílovými systémy podle vyvíjejících se požadavků aplikace. Jsou-li cílové systémy navíc mezi sebou kompatibilní i co se týče komunikačních schopností a hardwaru, dostává aplikující firma do ruky ucelený systém, se kterým je schopna velmi efektivně řešit obrovskou šíři automatizačních úloh.

„One tool, many targets“ – tedy jeden vývojový nástroj, mnoho cílových systémů – to jsou předchozí dva odstavce shrnuté do jednoho sloganu. A také koncepce prosazovaná firmou B&R, která již tradičně přináší do oboru řídicí techniky zásadní inovační prvky. Za označením řady produktů B&R System 2000 se dnes skrývá mnohem víc, než jen ucelená řada osvědčených a výkonných řídicích systémů.

Podívejme se tedy nejprve blíže na jednotlivé navzájem kompatibilní cílové systémy, tzv. Automation Targets, firmy B&R a pokusme se najít jejich hlavní výhody a nevýhody. Předpokladem přitom je, že typická automatizační úloha vyžaduje část řídicí a část obslužnou – vizualizační. Porovnání berme jako modelové, s jistým nadhledem, protože to, co se v jedné úloze jeví výhodné, může v jiné úloze být nevýhodou a naopak. Více technických podrobností o systémech B&R lze najít v [1].

Cílové systémy – Automation Targets
Za „klasické“ cílové systémy je možné považovat tři řady volně programovatelných řídicích systémů B&R 2003, 2005 a 2010, které vycházejí z koncepce programovatelných automatů (Programmable Logic Controller – PLC), ale svým výpočetním výkonem, kapacitou paměti a mnoha dalšími vlastnostmi jsou o kategorii výše.

K přednostem „konvenčního“ řešení automatizační úlohy v konfiguraci PLC – komunikace – vizualizace (ovládací panel, PC – obr. 1) patří široká akceptance a žádné obavy a námitky ze strany zákazníků, téměř neomezené možnosti kombinace v/v, ovládacích panelů a PLC (síťové aplikace), modularita, snadná výměna a rozšiřitelnost komponent při zachování funkce apod. Ovládací panel nemusí být umístěn v bezprostřední blízkosti PLC a případné PC není řídicí komponentou, a nemusí tedy mít zálohovaný zdroj (UPS). Slabiny tohoto řešení spočívají v přece jen omezeném výkonu procesorové jednotky PLC (i při jejich rostoucích výkonech), v úzkém hrdle, které mnohdy představuje komunikační linka k vizualizaci, a dále v tom, že z hlediska programování jde o dva oddělené projekty (PLC a panel anebo systém pro sledování a řízení typu SCADA).

Obr. 2.

Dalším cílovým systémem je tzv. slotPLC v podobě zásuvné karty do PC – B&R Logic Scanner (obr. 2). Na kartě je implementována procesorová jednotka řídicího systému B&R 2005. Tímto krokem se řídicí systém dostává přímo do PC, ale přitom na něm zůstává naprosto nezávislý a zachovává si své vlastnosti, a to především deterministické časové chování, nezbytné pro řízení v reálném čase. Výpadek napájení ani „modré obrazovky“ Windows tak pro řídicí systém nepředstavují žádný zásadní problém, neboť data i algoritmy se ukládají a zpracovávají na kartě opatřené zálohovým napájením z baterie. Navíc si Logic Scanner zachovává široké komunikační schopnosti, obdobné schopnostem systémů B&R 2005, a slouží jako univerzální komunikační brána do světa PC, což je i jeho hlavní oblastí použití, zejména v rozlehlejších aplikacích (třeba i v síti s dalšími PLC). PC se stará pouze o vizualizaci a není výrazněji zatěžován komunikací s řídicím systémem, protože ta se uskutečňuje hladce po jeho vnitřní sběrnici (PCI Bus). Vstupy a výstupy jsou přivedeny distribuovaně prostřednictvím systému vzdálených vstupů a výstupů. Výhodou je i kompaktnost řešení. Nevýhodou je, že nelze použít inteligentní v/v moduly. Rychlost omezuje též systém vzdálených v/v. Mnohdy se na tuto koncepci nahlíží jen jako na mezikrok směrem k soft-PLC.

Panelový PLC je dalším cílovým systémem. Firma B&R sice již dříve nabízela řešení, kde procesorová jednotka panelu nahrazovala procesorový modul PLC a v/v byly připojeny systémem vzdálených vstupů a výstupů. Na letošním MSV v Brně však měl premiéru hardware nové konstrukce – B&R Power Panel. Na rozdíl od podobných panelových PLC zůstává řešení B&R modulární co do skladby vstupů, výstupů a komunikačních rozhraní. Výhodou je kompaktní řešení, celý aplikační software je v jednom projektu, ve kterém není nutné programovat komunikaci. Cena panelového PLC je nižší než cena srovnatelné konfigurace PLC – panel, montáž je jednodušší (méně komponent) a odezvy na povely zadávané tlačítky jsou rychlejší (důležité v automatizaci strojů a linek). Nevýhodou je dosti omezená modularita centrálně realizovaných v/v, výkon procesorové jednotky taktéž nelze jednoduše zvětšit prostou náhradou výkonnějším typem, na výběr není tolik sestav panelů jako u modulárního systému B&R Panelware™, zástavbová hloubka provedení Power Panel je větší než u obyčejného panelu a v/v je nutné přivést k panelu, a nikoliv do rozváděče, jak bývá obvyklé (není-li Power Panel na dveřích rozváděče).

Obr. 3.

Řešení označované jako softPLC, tedy program umožňující uskutečňovat řídicí algoritmy přímo v procesoru průmyslového PC, je v poslední době skloňováno ve všech pádech. Pro firmu B&R bylo toto řešení použitelné pro seriózní aplikace až tehdy, kdy nabídlo tytéž vlastnosti ohledně časování, zálohování, provozní bezpečnosti a komunikací jako konvenční systémy s PLC. U softPLC s označením B&R Automation Runtime™ tomu tak je. Automation Runtime existuje ve dvou variantách – jako řešení, které na jednom počítači koexistuje s Windows NT, a dále jako tzv. B&R Embedded operační systém (OS), tedy řešení, kdy softPLC funguje na průmyslovém počítači bez dalšího operačního systému (existuje provedení pro průmyslová PC B&R IPC2001 a B&R IPC5000 – obr. 3). Mezi výhody softPLC jednoznačně patří velký výpočetní výkon (navíc stále rostoucí s příchodem stále nových mikroprocesorů do PC) a velká kapacita paměti, rychlá komunikace mezi řídicí částí a vizualizací (svým způsobem je softPLC vlastně pokročilý panelový PLC), možnost připojit v/v centrálně (přes zásuvné v/v karty nebo s využitím v/v modulů systémů B&R 2005/10 připojených po vnitřní sběrnici systémů 2005/10 prostřednictvím zásuvné karty) nebo decentrálně systémem vzdálených v/v. Samozřejmé jsou i široké komunikační možnosti, je zachována možnost směrování programů (routing) atd.

Ve verzi softPLC s Windows NT lze jedno PC použít současně pro řízení, vizualizaci i programování. Automation Runtime je navíc konstruován tak, že pracuje nezávisle na Windows NT, a nevadí mu tedy „modré obrazovky“ zhrouceného systému. K nevýhodám patří bezpodmínečná nutnost použít UPS a skutečnost, že průmyslové PC je finančně náročnější (plnohodnotný softPLC není levnější alternativou ke konvenčním PLC, přináší však novou kvalitu). Z hlediska dostupnosti náhradních dílů přináší problémy rychlý vývoj PC, takže je nutné volit průmyslová PC seriózních výrobců, skýtajících potřebné garance. Verze s Windows NT je navíc zatížena licenčními poplatky (lze však předpokládat, že taková aplikace by stejně byla poplatky zatížena jinde).

U verze s B&R Embedded OS nelze počítat s možnostmi Windows a rozsáhlým systémům SCADA nemůže konkurovat ani vizualizace. Jde tedy o řešení vhodné spíše pro strojní aplikace, kde je potřeba velký výpočetní výkon. Jenom poznámku na okraj – strávit myšlenku použití PC jako plnohodnotného řídicího systému chce asi svůj čas. První zkušenost s připojením vývojového prostředí k jinému PC, které se zahlásí s klasickými osmi třídami úloh víceúlohového operačního systému, lze na něm provozovat aplikace psané pro PLC, využívat směrování přes rozhraní COM apod., je hodně neobvyklá.

Specifickým cílovým systémem jsou inteligentní servozesilovače B&R Acopos™, jejichž inteligence může sahat dále než jen ke komplikovaným polohovým vazbám os. Mohou nabízet i funkce PLC a vzdálené v/v, a dokonce mohou nahradit konvenční řídicí systém nad sebou a pracovat samostatně.

Obr. 4.

Vývojové prostředí – B&R Automation Studio™
Integrujícím nástrojem pro všechny zmíněné cílové systémy firmy B&R je vývojové prostředí Automation Studio™. Uspořádání projektově orientovaného prostředí pracujícího pod Windows je přehledné a strukturované. Zkracuje se tím doba nutná k pochopení prostředí a k zapracování aplikačních techniků. Pro programování PLC lze využít známé jazyky podle IEC1131 (LAD, IL, ST, SFC), a navíc i vyšší jazyk B&R Automation Basic a standardní ANSI C. Dva naposled jmenované jazyky představují v rukách zkušeného programátora velmi silný nástroj pro efektivní řešení automatizačních úloh. Barevně zvýrazněná syntaxe je u všech jazyků samozřejmá.

B&R Automation Studio nabízí technikům větší komfort, důslednější kontrolu možných chyb a tím i vyšší bezpečnost cílové aplikace (např. díky propracované kontrole použitých verzí knihoven a systémového softwaru, automatickému začleňování a upgrade knihoven apod.). K jeho velmi přínosným funkcím patří možnost tvorby a správy vlastních funkčních bloků a knihoven, automatické rozpoznání konfigurace cílového systému a možných konfliktů, dokumentace on-line k jednotlivým modulům, rozšířené ladicí nástroje pro testování aplikací (line coverage, tracer – vlastně digitální osciloskop, source level debugger, funkce force pro v/v proměnné) atd. Součástí produktu Automation Studio jsou i technologické editory a nástroje pro úlohy spojené s řízením polohy, tzv. Motion Components (tvorba profilových vaček, programů CNC apod., testování digitálních servopohonů Acopos a jejich uvádění do provozu).

S pohodlným programováním úzce souvisí i propracovaná koncepce komunikací, tzv. B&R Automation Net™. Ta představuje jednotnou komunikační platformu pro systémy B&R nezávislou na použitém komunikačním médiu (sériová linka, sběrnice CAN, Ethernet, Profibus, RAM v PC, přeneseně internet a vytáčené spojení prostřednictvím modemů), operačním systému (konvenční PLC, softPLC, Acopos) a komunikačním protokolu B&R. Důležitá je skutečnost, že činnost sítě Automation Net zabezpečují operační systémy jednotlivých cílových systémů nezávisle na aplikaci, takže odpadá pracné programování a práce programátora se omezuje jen na správné nakonfigurování sítě. Protože stejné služby sítě Automation Net může kromě aplikací využívat i Automation Studio, je bez problémů možné programovat metodou směrování programu do cílového systému přes několik procesorů a několik fyzikálně rozdílných segmentů sítě (včetně propojení modemy). Bránu do světa Windows v síti Automation Net zajišťuje tzv. Process Visualization Interface (PVI), které podporuje shora uvedená média a stará se o sběr dat a jejich poskytování aplikacím Windows přes standardní rozhraní OPC a DDE, ve formátu HTML (Web server) nebo přímo voláním funkcí z DLL. PVI mohou využívat programy SCADA i jiné aplikace Windows.

Zjednodušeně lze říci, že aplikace je naprogramována v B&R Automation Studiu a pomocí B&R Automation Netu přenesena na B&R Automation Runtime (ve smyslu operačního systému cílového systému, tedy PCCSW u PLC, Automation Runtime u softPLC, popř. operačního systému Acopos). Automation Runtime je chápán jako vrstva, která obaluje konkrétní cílový systém a zajišťuje jednotné rozhraní směrem navenek. Potom je zřejmé, že změna cílového systému neznamená změnu zdrojového kódu aplikace.

Závěr
Z uvedeného textu alespoň v základních rysech vyplývá, jak komfortní a efektivní nástroj pro řešení automatizačních úloh má nyní technik k dispozici v podobě uceleného systému produktů B&R. Připočteme-li nebyrokratickou technickou podporu umocněnou stále se rozšiřujícím množstvím informací na domovských stránkách B&R a možnost tvorby vzorových aplikací týmem B&R, otevírá se aplikačním technikům možnost plně se soustředit na problémy řešené aplikace a nezabývat se nástrojem jako takovým.

Literatura:

[1] CHARVÁT, R.: Automatizační technika B&R. AUTOMA, 6, 2000, č. 6, s. 9-11.