Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Přepínače rychlého průmyslového Ethernetu při třídění balíků

Většina příjemců v Německu při obdržení balíku ani nepomyslí na značné logistické úsilí, které musela vynaložit tamní největší logistická společnost v oboru přepravy listovních zásilek a balíků. Klíčové komponenty zajištující chod třídicího procesu v balíkových stře­discích společnosti Deutsche Post AG jsou navzájem propojeny do složitých sítí s mno­honásobně redundantními větvemi, umožňujících zajistit bezporuchový provoz. Hlavní roli přitom hrají výkonné přepínače průmyslového Ethernetu.
 
Společnost Deutsche Post AG provozuje po celém Německu celkem 33 velkých balí­kových středisek s víceméně stejnou struktu­rou a vybavením. Přepravované balíky, které jsou na místech svého podání opatřeny ná­lepkou s čárovým kódem, přijímá ve středis­ku úsek se čtyřmi až pěti stroji, na nichž jsou balíky předběž­ně tříděny. Ze strojů pro předběžné třídění jdou balíky k jedné nebo dvěma hlavním třídičkám (obr. 1), z nichž se posléze dostanou k přísluš­nému terminálu, kde jsou ručně vkládány do oběžných přeprav­ních schránek, které se poté nakládají na nákladní automobi­ly (obr. 2). Na cestě k příjemci následně každý balík projde ještě druhým balíko­vým střediskem (s výjimkou případů, kdy místo podání i místo určení balíku spadají pod totéž středisko).
 
Na začátku roku 2006 se Deutsche Post AG rozhodla zmodernizovat automatizační techniku a komunikační sítě ve všech svých balíkových střediscích. Za hlavního dodava­tele projektu modernizace si vybrala společ­nost Siemens AG.
 

Vysokorychlostní kruhové sítě s vysokým stupněm redundance

 
Uzavřený kontrakt požadoval současně s modernizací všech řídicích systémů zave­dením řídicích jednotek Simatic S7 také úpl­né přepracování struktury komunikační sítě. „K dosažení určeného cíle musela být dosa­vadní síť nahrazena strukturou založenou na přístrojích současné technické úrovně, kte­ré mohou mnohem efektivněji plnit veškeré současné i budoucí požadavky uživatelů sítě,“ říká manažer projektu Michael Märtl ze spo­lečnosti Siemens. V plánu tudíž bylo nejen nezbytné zvýšení rychlosti přenosů dat, ale také zavedení konfigurovatelných síťových přepínačů, umožňujících vytvořit redundant­ní struktury nutné pro splnění požadavku na spolehlivou dostupnost zařízení.
 
Společnost Siemens v daném případě pou­žila systém skládající se ze dvou hierarchicky uspořádaných redundantních kruhových sběr­nic typu průmyslového Ethernetu s průmyslo­vými přepínači řady Scalance X. Nadřazená primární kruhová sběrnice je tzv. gigabitová, typu HSR (High-Speed Redundancy, tj. s vel­mi rychlým přechodem na záložní prostřed­ky) a propojuje terminály v sekci předběž­ného třídění balíků do sítě s prostředky sní­mací a řídicí techniky. Podřízená, sekundární kruhová sběrnice s přenosovou rychlostí do 100 Mb/s je redundantně připojena k primár­ní gigabitové sběrnici. Sekundární sběrnice propojuje terminály hlavních třídiček a další úseky třídicího zařízení s menšími požadav­ky na šíři přenosového pásma.
 
Termín HSR označuje speciální způsob správy redundantních zapojení vyvinutý spo­lečností Siemens. Charakteristickým znakem tohoto způsobu je, že kruhová síť se při po­ruchách typu přerušení kabelu nebo výpad­ku přepínače zrekonfiguruje a je opět pro­vozuschopná nejdéle do 300 ms. Zabrání se tak tomu, aby terminály ztratily spojení a aby procesy v zařízení dál pokračovaly neříze­ně, takže by třídicí zařízení bylo nutné nou­zově vypnout.
 

Pohotovostní režim a integrovaný správce redundance

 
Typové uspořádání primární a sekundár­ní ethernetové komunikační sítě a další auto­matizační techniky v balíkových střediscích Deutsche Post ukazuje obr. 3
 
V každém stroji pro předběžné třídění je v primární síti jako přepínač nainstalován pří­stroj Siemens Scalance X408-2 se čtyřmi gi­gabitovými porty (obr. 4). Dva z přepínačů jsou využívány také ke spojení s redundant­ně uspořádanými hlavními přepínači nadřa­zené úrovně.
 
V sekundární kruhové síti s přenosovou rychlostí 100 Mb/s je zapojeno dvanáct až patnáct řízených přepínačů Scalance X204-2, každý se dvěma elektrickými a dvěma optic­kými porty. Společně se svými výkonnější-mi protějšky, přepínači řady Scalance X-400, tyto přístroje umožňují realizovat redundantní síť. Klíčovou úlohu zde má funkce správce redundance, integrovaná v přepínači Scalance X408‑2, která nepřetržitě sleduje čin­nost sítě a v případě potřeby dokáže za dobu kratší než 300 ms přepnout na náhradní trasu.
 
„Přepínače jsou kritickými prvky každé průmyslové komunikační sítě. Ať už ve vaší struktuře selže hlavní přepínač nebo některý z přepínačů v kruhové síti, ostatní přepína­če to nijak neovlivní,“ zdůrazňuje pan Mär­tl. Aby vadný přepínač bylo možné vyměnit co možná nejrychleji, používají všechny pře­pínačů typové řady Scalance X200 – na­místo toho se většího počtu rozhraní do­sahuje použitím jednoduchých neřízených přepínačů Scalance X005. Signály ze sní­mačů instalovaných v nakládacích termi­nálech ve středisku jsou svedeny do cel­kem pěti PLC Simatic S7-300 s proceso­rovými jednotkami s rozhraním Profinet (CPU 315-2PN/DP). K sekundární kruho­vé sběrnici (100 Mb/s) jsou řídicí jednotky terminálů připojeny přes přídavný komuni­kační procesor CP 343-1. Každý ze strojů pro předběžné třídění má svou vlastní řídi­cí jednotku typu Simatic S7-400.
 
Významnou předností celého systému jsou funkce konfigurování a diagnostiky na dálku, integrované ve všech použitých auto­matizačních i síťových zařízeních. Díky nim je dosahováno zejména značných úspor času při projektování, uvádění do provozu a při údržbě zařízení, což platí i pro případné roz­šiřování systému v budoucnu.
 
Stěžejní pro úspěch projektu bylo roz­hodnutí zákazníka obrátit se s požadavkem na dodávku řídicí­ho hardwaru a síťo­vé techniky i všech souvisejících služeb na jediného dodava­tele. Peter Trescher, vedoucí útvaru orga­nizace a řízení práce v balíkovém středis­ku ve Feuchtu u No­rimberku, je s vý­sledkem spokojen: „Naše zařízení pra­cuje od té doby, co byla modernizována řídicí síť, mimořád­ně dobře. Především zmizely problémy, o nichž jsme vědě­li, že jejich příčinou je zastaralá struktu­ra sítě, ale které jsme nebyli schopni od­stranit.“
 
Společnost Sie­mens nyní rozpraco­vává možnosti pou­žití dané síťové kon­cepce v poštovních dopravních středis­cích v dalších ze­mích i dalších ob­lastech logistiky, např. na letištích, a také, bude-li zá­jem, možnosti ná­hrady kabelových sběrnic s kruhovou topologií prů­myslovými bezdrátovými místními sítě­mi (IWLAN).
                              
Obr. 1. Adresní údaje a čárové kódy z pohybujících se balíků snímá kamerový systém
Obr. 2. Po roztřídění podle místa určení balíky putují k určeným koncovým terminálům, kde jsou baleny pro další přepravu
Obr. 3. Typová topologie komunikační sítě balíkového střediska: úsek předběžného třídění využívá gigabitovou kruhovou síť s přepínači Scalance X-400 s vestavěným správcem redun­dance, zatímco zbytek zařízení spojuje podřízená kruhová síť s přenosovou rychlostí 100 Mb/s
Obr. 4. Řídicí rozváděč s PLC Simatic S7-400 připojeným k primární redundantní gigabi­tové síti v úseku předběžného třídění přes přepínač Scalance X408-2 (dole vlevo)
Obr. 5. Instalace přepínače Scalance X204-2 v sekundární kruhové síti (100 Mb/s) hlavní třídičky a nakládacích terminálů
Obr. 6. Detail provedení záložního spojení (Standby) redundantních kruhů HSR