Aktuální vydání

celé číslo

08

2021

Digitální transformace a konvergence provozních, informačních a inženýrských systémů

Výzkum, vývoj a vzdělávání v automatizaci

celé číslo

Průmyslový Ethernet jako jednotná komunikační síť pro automatizované výrobní provozy

Podle nedávných studií provedených agen­turou IMS Research využívá 65 % současných automatizovaných systémů výroby na světě tři nerozšířenější ethernetové protokoly: Ether­Net/IP, Profinet a Modbus TCP. Nové instala­ce s těmito třemi protokoly v letech 2010 až 2015 předpokládají více než osmnáct milionů uzlů. Rozšiřování průmyslo­vých automatizačních sítí a vzájemné propojová­ní podnikových systémů znamenají nevyhnutelnost přechodu na ethernetové protokoly a vzájemné pro­pojování různých sběrnic.

 
Jednotná etherneto­vá síť umožňuje provo­zovatelům účinnou cen­tralizovanou správu sítě, větší škálovatelnost, vět­ší šířku pásma, lepší do­stupnost a rychlejší zota­vení z poruch. Aby bylo možné optimalizovat mož­nosti průmyslového Ether­netu a zefektivnit návrh průmyslového komuni­kačního systému, je nutné překonat dvě hlavní pře­kážky:
  • běžné průmyslové ethernetové přepína­če nepodporují průmyslové automatizač­ní protokoly, a proto je nelze monitorovat a spravovat ve stejném systému SCADA jako PLC a I/O zařízení,
  • běžné průmyslové ethernetové přepínače neumějí spolupracovat se zařízeními pro průmyslové sběrnice a vyžadují pro je­jich integraci komunikační brány; kromě konfigurace PLC tedy integrátoři systé­mů musí trávit spoustu času ruční konfi­gurací ethernetových přepínačů a komu­nikačních bran.
  •  

Pro vyřešení těchto problémů nabízí mno­ho výrobců přepínače a komunikační brány pro integraci zařízení využívajících průmyslo­vé sběrnice do ethernetové sítě. Hlavní ohled je přitom kladen na vlastnosti připojovaných I/O jednotek a PLC. To je ale jen jeden ze zá­kladních požadavků při sjednocování systé­mů. Většina průmyslových přepínačů a komu­nikačních bran, které jsou dnes k dispozici, je navržena z pohledu požadavků automati­zace. Optimalizace sítě z pohledu celkového výkonu, efektivity instalace a správy a flexi­bility aplikací je přehlížena.
 

Tři složky optimalizace sítí programovatelných automatů

Tak, jak jsou zařízení postupně zapojová­na do rozsáhlejších řídicích sítí prostřednic­tvím ethernetových komunikačních bran, stá­vá se správa sítě složitější a výkon sítě velmi kritickým. Chce-li uživatel optimalizovat vý­kon sítě pro PLC a průmyslová zařízení, oce­ní průmyslové ethernetové přepínače a komu­nikační brány Moxa.
 

Optimalizace výkonu

Optimalizace výkonu průmyslových ko­munikačních sítí je rozhodujícím činitelem pro maximalizaci produktivity a spolehlivosti automatizovaných výrobních zařízení. Pro za­chování velké dostupnosti sítě je vyžadováno rychlé zotavení sítě při poruše, a to v řádech milisekund, krátké doby náběhu síťových prv­ků a co nejjednodušší výměna síťových prv­ků při servisu. Přepínače a komunikační brá­ny Moxa mohou být snadno optimalizovány pro co nejlepší výkon sítě. Například přepí­nače sítě Profinet a komunikační brány Pro­fibus od firmy Moxa s certifikací od sdruže­ní PI jsou ověřovány na shodu se specifikací a propojitelnost v uvedených průmyslových komunikačních systémech.
 
Programovatelné automaty jsou navrženy tak, aby k jejich uvedení do provozu po při­pojení napájení stačila obvykle méně než 1 min. Průmyslové ethernetové přepínače Moxa s funkcí rychlého startu jsou připrave­ny k provozu za méně než 10 s. Tím, že sí­ťové prvky začnou fungovat dříve než PLC, je zabráněno vyvolání alarmů v sítích propo­jujících PLC.
 
Nové automatizační systémy mohou využívat techniku pro zajištění redundance Turbo Chain, která může ušetřit značné ná­klady na kabeláž a umožňuje přidávat síťové segmenty bez nutnosti prostojů a změn konfi­gurací existujících přepínačů. Při selhání ně­které síťové cesty je s technikou Turbo Ring či Turbo Chain obnoven provoz sítě za méně než 20 ms.
 
Komunikační brány Moxa pro protokol Modbus TCP jsou vybaveny výkonným 32bi­tovým procesorem ARM a zvládají požadav­ky na současné propojení až šestnácti řídicích zařízení (master; např. stanic SCADA, HMI nebo PLC) a až 31 zařízení slave.
 

Efektivita konfigurace

Efektivita konfigurace přepínačů a ko­munikačních bran pro integraci průmyslo­vých sběrnic do sítě Ethernet bývala závislá na zkušenostech integrátora. Zejména konfi­gurace bran může být časově velmi náročná, protože vyžaduje ruční nastavování a ověřo­vání funkce metodou pokus-omyl. Mimo to izochronní povaha systémů hard real-time v průmyslové automatizaci netoleruje zpož­dění a vyžaduje přesné nastavení kritických parametrů, jako je time-out při čekání na od­pověď ze zařízení slave.
 
Při požadavku na co nejjednodušší insta­laci jsou průmyslové ethernetové přepínače Moxa přednastaveny pro připojení plug-and--play a průmyslové komunikační brány na­bízejí funkce pro efektivní konfiguraci, jako jsou AutoScan a QuickLink, díky nimž je průmyslová sběrnice připojena do sítě Ether­net velmi rychle. Automatická detekce a na­stavení modulů Profibus I/O a zařízení Mod­bus eliminují možnost ručního chybného zadání. Kromě toho jsou komunikační brá­ny Moxa vybaveny reléovými výstupy pro signalizaci poruch, protokolováním událos­tí, sledováním stavu zařízení (to je zvláště cenné pro řešení problémů v síti) a výkon­ným nástrojem pro analýzu a monitorová­ní protokolů.
 

Flexibilita

Flexibilita přepínačů a bran z pohledu po­čtu portů, volby typů konektorů a rozhraní, stupně krytí (IP) a kompatibility s jednotli­vými protokoly umožňuje provozovatelům optimalizovat investice do instalací sítí PLC. Mnoho průmyslových automatizačních systé­mů pracuje v náročných provozních podmín­kách a může vyžadovat široký rozsah provoz­ních teplot a specifické oborové certifikace.
 
Komunikační přepínače
Průmyslové ethernetové přepínače Moxa jsou nabízeny ve více než 500 modelech za­hrnujících široké spektrum kombinací portů: optika, PoE, GbE a 10GbE. Mají certifika­ci EN 50155 (Drážní zařízení – Elektronic­ká zařízení drážních vozidel) a EN 50121-4 (Drážní zařízení – Elektromagnetická kom­patibilita – Část 4: Emise a odolnost zabez­pečovacích a sdělovacích zařízení), rozsah provozních teplot –40 až +75 °C, vysoký stu­peň krytí, konektory M12, ověřenou podpo­ru protokolu IPv6, možnost distribuce napá­jení po ethernetovém kabelu (PoE) a montují se na lištu DIN nebo do skříní (rack mount).
 
Komunikační brány
Průmyslové komunikační brány Moxa umožňují inteligentní přemostění sběrnico­vých protokolů (např. Modbus RTU, Profibus nebo DF1) a vynikají provozním teplotním rozsahem –40 až +75 °C, podporou různých topologií, průvodci pro automatickou konfi­guraci a diagnostickými nástroji.
 

Dodávky produktů Moxa a odborné služby

Dodavatelem širokého sortimentu síťo­vých prvků, zahrnujícího průmyslové ether­netové přepínače a komunikační brány pro protokoly EtherNet/IP, Profinet a Modbus TCP, a také dalších zařízení pro průmyslo­vou komunikaci od firmy Moxa je společ­nost ELVAC, a. s. Podrobnější informace mo­hou zájemci najít na internetových stránkách www.moxa.cz.
(ELVAC a. s.)
 

Obr. 1. Komunikační brány Moxa pro konverzi nejrozšířenějších průmyslových protokolů