Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Profinet a systémová redundance v oborech procesní výroby

Profinet se stává jedním z předních komunikačních standardů v automatizaci strojní výroby. Počet uživatelů rychle roste a výrobci strojů oceňují jeho výkonnost a schopnost komunikovat v reálném čase. Profinet umožňuje flexibilně přizpůsobovat strukturu sítě potřebám dané řídicí úlohy. Očekává se, že využití sítí Profinet poroste i v automatizaci procesní výroby. V této oblasti jsou však na řídicí systémy a provozní zařízení kladeny speciální požadavky.

Velká pozornost je věnována ochraně provozů před neplánovanými odstávkami. Ve srovnání s automatizací strojní výroby, kde převažují diskrétní výrobní operace a důraz je kladen na zkrácení doby cyklu a snižování nákladů, avšak krátkodobá odstávka výroby není kritická, může vést v oborech procesní výroby s převažujícími kontinuálně probíhajícími procesy každé přerušení výroby ke značným ztrátám. V procesní výrobě se navíc často pracuje s nebezpečnými kapalinami nebo plyny, a proto je nutné přísně dbát na dodržování bezpečnostních předpisů – zvláště z hlediska ochrany proti výbuchu. Jako preventivní opatření investují firmy zaprvé do techniky omezující možné zdroje výbuchu a zadruhé do systémů s vysoce dostupnou architekturou. Řídicí a I/O moduly v provozních zařízeních mají obvykle pro dosažení požadované funkční bezpečnosti zajištěnou redundanci. Jestliže jedno zařízení selže, aktivuje se druhé, které dosud bylo neaktivní. Projektanti implementují tyto kompletně nebo částečně redundantní systémy v souladu s odpovídajícími požadavky – jak s redundancí fyzických zařízení, tak s redundancí souvisejících řídicích aplikací.

Příspěvek firmy Turck k integraci komunikačního systému Profinet do oblasti vysoce dostupných systémů výrazně zvyšuje funkčnost komunikačních produktů podporou systémové redundance úrovně S2. Na veletrhu Hannover Messe v dubnu letošního roku představila firma Turck I/O modul TBEN-L5-8IOL, svůj první modul IO-Link Master s krytím IP67, který podporuje systémovou redundanci úrovně S2*). Jednotka master vytváří logickou komunikační relaci s několika řídicími procesory najednou a kombinuje velkou dostupnost s širokými možnostmi využití rozhraní IO-Link v provozních zařízeních.

 Preferovaná systémová redundance S2

Sdružení PI (PROFIBUS & PROFINET International) stanovilo čtyři úrovně systémové redundance s různou konfigurací: S1, S2, R1 a R2 (obr. 2). Označení odráží stupeň odolnosti proti selhání, který systém vykazuje. Na úrovni S1 není implementována žádná redundance a řídicí procesor komunikuje s provozním zařízením prostřednictvím jednoho komunikačního kanálu. Jestliže zařízení Profinet podporuje komunikační relaci s primárním i záložním procesorem prostřednictvím jednoho kanálu, je architektura klasifikována jako S2. Jestliže hlavní procesor selže, komunikace se bez přerušení přesměruje na jeho fyzické dvojče. K tomu musí I/O systém a I/O moduly umět udržovat logicky zdvojené spojení se dvěma zcela oddělenými procesory. Řešení s redundancí úrovně S2 splňuje požadavky mnoha úloh a v praxi je preferované.

Vyšší dostupnosti je možné dosáhnout jen se systémy s architekturou R1 nebo R2. Ty předpokládají instalaci provozních zařízení s redundantním komunikačním rozhraním a jsou často využívány u systémů se vzdálenými I/O. Architektura R2 s čtyřkanálovým spojením představuje nejvyšší úroveň redundance. Každé provozní zařízení v architektuře R2 má dva komunikační kanály, které komunikují s hlavním i záložním procesorem. Takto silná ochrana před selháním však v praxi není příliš častá. 

Vysoká dostupnost provozních zařízení

Implementaci komunikačních sítí Profinet s redundancí iniciovala společnost Siemens, jejíž řídicí systémy jsou navržené tak, aby podporovaly redundantní infrastrukturu. Zařízení Profinet však dříve systémovou redundanci S2 nepodporovala. Společnost Turck nyní odpovídá na tento požadavek výrazným rozšířením funkcí svých I/O modulů. První implementace modulu IO-Link Master od firmy Turck s podporou systémové redundance S2 se plánuje u farmaceutického výrobce v USA, který chce ve svém závodě využívat Profinet se systémovou redundancí a rozhraní IO-Link. V oboru farmacie se pracuje s vysoce citlivými a velmi drahými produkty, proto je zde zajištění funkční bezpečnosti nezbytné. 

(Přeloženo se souhlasem firmy Turck z časopisu Profinews, květen 2019.)

(Bk)

Obr. 1. Modul TBEN-L5-8IOL IO-Link Master s krytím IP67 (foto: Turck)

Obr. 2. Systémová redundance v sítích Profinet (zdroj: PI)