Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Zasedání PI a technické novinky v systému Profibus & Profinet

Zájem o Profibus a Profinet a zastřešující organizaci Profibus & Profinet International, která tyto technologie podporuje, pokračuje. Článek stručně informuje o zatím největším společném zasedání reprezentantů poboček organizace Profibus & Profinet International z celého světa a také, a to zejména, o čerstvých technických novinkách v oblasti Profibus & Profinet. Autor článku byl jako čelný představitel organizace Profibus CZ přímým účastníkem společného zasedání.
 

Největší společné zasedání Profibus & Profinet International

 
Dvacáté první společné zasedání organizace Profibus & Profinet International (PI) se konalo počátkem července v Krakově v Polsku. Zúčastnilo se jej více než 80 reprezentantů z 22 zemí, včetně Austrálie, Jihoafrické republiky, Číny, Japonska, Jižní Koreje, Singapuru, USA, Chile a mnoha evropských zemí včetně České republiky (obr. 1).
 
Uvedené společné zasedání bylo největší od doby vzniku organizace PI v roce 1995. Bylo to také první zasedání, kterého se zúčastnil zástupce z Indie, kde se právě zakládá tamní regionální organizace Profibus & Profinet. V České republice je zástupcem organizace PI sdružení Profibus CZ, které působí při katedře řídicí techniky na ČVUT v Praze, Fakultě elektrotechnické.
 
Hlavním cílem každoročních zasedání organizace PI je podpořit výměnu a přenos informací mezi jednotlivými regionálními organizacemi Profibus & Profinet. Díky této mezinárodní spolupráci dochází k významným synergickým efektům ve vývoji inovativních řešení, která jsou projektována a realizována podle konkrétních potřeb konečných zákazníků a průmyslových úloh. Vznikají a jsou zde podporovány projekty a marketingové akce v různých zemích, stejně jako jsou zde vyvíjeny a koordinovány globální marketingové strategie.
 
Zasedání PI bylo rovněž příležitostí k setkání reprezentantů Kompetenčních center (PI Competence Center – PICC), Školicích center (PI Training Center – PITC) a Testovacích laboratoří (PI Testing Laboratory – PITL), které poskytují technickou podporu a zajišťují kvalitu služeb v oblasti technické i v oblasti vzdělávání. Počet akreditovaných poskytovatelů těchto služeb také stále roste. Dnes již celosvětově existuje 42 Kompetenčních center a šestnáct Školicích center, která jsou součástí globální organizace PI. Poskytují podporu uživatelům a výrobcům v technických otázkách a nabízejí certifikované kurzy, jejichž absolventi získávají osvědčení Certified Engineer nebo Certified Installer. Obsáhlé síti expertů a know-how vlastních organizaci PI nemůže v současnosti konkurovat žádná jiná komunita v oblasti průmyslových komunikačních systémů.
 
V České republice působí dvě certifikovaná Kompetenční centra pro Profibus i Profinet, certifikovaná Testovací laboratoř pro Profinet i certifikované Školicí středisko pro Profibus.
 
Na ukázku, jak organizace PI reaguje na požadavky zákazníků z celého světa a přizpůsobuje jim technický vývoj svých systémů, jsou v dalším textu stručně uvedeny některé příklady technických novinek v oblasti Profibus & Profinet. Vesměs jde o nejnovější dosažené výsledky prezentované v rámci technické sekce uvedeného zasedání organizace PI.
 

Profinet plní požadavky automobilového průmyslu

 
Sdružení německých výrobců automobilů AIDA (Automatisierungs-Initiative Deutscher Automobilhersteller), jehož členy jsou automobilky Audi, BMW, Daimler, Porsche a Volkswagen, již v roce 2004 vyjádřilo podporu systému Profinet a vybralo jej jako systém průmyslového Ethernetu, který bude používat ve svých automatizovaných provozech. Snahou sdružení AIDA tenkrát bylo podpořit vývoj jednotného protokolu, který je neutrální vzhledem k výrobcům i uživatelům, využívá standardizované vývojové nástroje a podporuje bezpečnostní úlohy prostřednictvím integrované bezpečnostní komunikace.
 
Organizace PI od té doby neustále reaguje na požadavky sdružení AIDA vývojem nejen samotné specifikace protokolu Profinet, ale také dalších profilů a doporučení jako např. ProfiSafe, Tool Calling Interface (TCI) atd., jak je ukázáno dále.
 

Redundance

 
V současné době je redundance součástí specifikace Profinet. Zde jsou definovány tři třídy redundance podle požadavků úlohy, přičemž síť musí být uzavřena do kruhu, aby mezi libovolnými dvěma zařízeními vždy existovaly dvě možné cesty. V úlohách, které nekladou zvýšené požadavky na spolehlivost, se používá třída 1, kdy jsou cyklicky testovány dvě možné cesty od zdroje k cíli a při výpadku jedné z nich se během 200 ms začne využívat cesta druhá. Typickým případem je přenos dat prostřednictvím zpráv protokolu TCP/IP, což odpovídá protokolu Profinet CBA nebo Profinet IO s využitím protokolu UDP. Pro přenos časově kritických dat s využitím protokolů Profinet IO RT nebo IRT jsou k dispozici další dvě třídy redundance. Zprávy jsou posílány oběma možnými cestami současně a příjemce si vybere jednu z nich. Díky tomu nedochází v případě přerušení jedné cesty ke zpožděnému doručení zprávy, protože zprávu není nutné opakovat.
 

Parametrizace zařízení

 
Pro snadnou výměnu zařízení v případě jeho poruchy je třeba, aby při výměně nebylo nutné znovu nastavovat jeho parametry a uživatelská nastavení. Jednou z možností, jak toho dosáhnout, je uložit konfiguraci zařízení na paměťovou kartu typu MMC, takže při výměně zařízení lze konfigurační data z předešlého zařízení použít i v novém. Takto však nebývají uchovány např. parametry datových modulů, pro jejichž nastavení se používá speciální konfigurační nástroj dodávaný výrobcem zařízení. Tuto situaci řeší použití tzv. serveru iPar, kde označení iPar je zkratkou pro „inteligentní parametry“. Server iPar je znám už z profilu ProfiSafe, kde se používá k uchování bezpečnostních parametrů vzdálených I/O. Na základě požadavku sdružení AIDA byl server iPar začleněn i do specifikace Profinet IO k použití v dalších oblastech průmyslové automatizace.
 
Předností serveru iPar je skutečnost, že veškeré parametry určené pro zařízení Profinet IO Device jsou uchovány v programovatelném automatu (PLC) nebo řídicím počítači (Profinet IO Controller). Jestliže je zařízení nahrazeno jiným, server iPar v PLC pošle novému zařízení všechny parametry, takže po výměně není nutné znovu nastavovat moduly I/O při použití specifického konfiguračního nástroje. Důležitou roli při výměně zařízení hraje také protokol LLDP, který zajistí automatickou adresaci nového zařízení a poskytuje celkový přehled o topologii sítě.
 

Úspory energie

 
Významnou novinkou je práce na profilu ProfiEnergy, který má být v první verzi hotov koncem roku 2009 a zaměřuje se i na možnost úspory energie v těch částech výrobních linek, kde v danou chvíli neprobíhá žádná konkrétní výrobní činnost. Vznik tohoto profilu byl rovněž iniciován sdružením AIDA, aby bylo možné flexibilně podle aktuálních potřeb snižovat spotřebu energie ve výrobním závodě. Klasický princip „hlavního vypínače“, kterým se linka vypne např. při odstávce nebo celopodnikové dovolené, neumožňuje reagovat dostatečně pružně např. na nečinnost určitých částí linky při výrobě různých variant modelu automobilu.
 
Profil ProfiEnergy umožní specifikovat různé režimy úspory energie pro každé zařízení a tyto jednotně aktivovat z řídicího systému podle aktuálních požadavků. Díky tomu bude možné řídit spotřebu energie, aniž by byl negativně ovlivněn řízený proces. Mezi jednotlivými režimy úspory energie je možné zařízení přepínat buď při použití funkce Wake on LAN, která je standardem ve světě lokálních sítí a informatiky od roku 1995, nebo prostřednictvím specializovaných zpráv protokolu Profinet IO. Možnosti každého zařízení týkající se dostupných režimů budou uvedeny ve standardním popisném souboru GSDML a nadřazená úloha určená k řízení spotřeby energie v rámci celé výrobní linky bude s těmito informacemi pracovat tak, aby byla zajištěna plná připravenost libovolného zařízení v okamžiku, kdy se má zapojit do výrobního procesu. Naproti tomu, pokud zařízení po určitou, byť relativně krátkou dobu do výrobního procesu zapojeno nebude, může nadřazená úloha vydat pokyn, aby zařízení přešlo do úsporného režimu.
 

Dodatky k profilu Profibus-PA pro automatizaci technologických procesů

 
Nová specifikace profilu Profibus-PA v 3.02 obsahuje rozšíření, která do ní byla zapracována na základě požadavků zákazníků z průmyslových odvětví se spojitými technologickými procesy. K verzi 3.0 z roku 1999 byly postupně přidávány dodatky, jejichž splnění ze strany výrobců zajišťuje jednotnou identifikaci i jednotnou formu diagnostiky. V poslední verzi 3.02 byly navíc přidány mechanismy správy životního cyklu přístrojů.
 

Správa životního cyklu provozních přístrojů

 
Úkolem posledního dodatku ve verzi Profibus-PA v 3.02 je co nejvíce zjednodušit výměnu zařízení, která výměnu nebo údržbu vyžadují, za nová nebo náhradní. Zařízení odpovídající profilu Profibus-PA umožňují realizovat diagnostiku podle doporučení NAMUR NE107 a signalizují stavy jako vyžadována údržba, výpadek, kontrola funkce apod. Díky tomu lze s předstihem odhalit dosluhující zařízení a zajistit jeho výměnu. Během životního cyklu celého technologického celku je ale běžné, že potřebný přístroj se již nevyrábí ve stejné verzi jako ten, který měřil tlak posledních např. deset let. U klasických přístrojů s rozhraním 4 až 20 mA tato situace nepředstavovala žádný problém, protože vlastní firmware zařízení nebyl z pohledu integrace do systému podstatný a prostě stačilo přístroj vyměnit. Až do verze 3.01 profilu Profibus-PA by taková výměna vyžadovala ještě dodatečný zásah do nastavení parametrů zařízení právě z důvodu rozšířených funkčních schopností obsažených v novém firmwaru. Verze 3.02 profilu Profibus-PA obsahuje mechanismus dovolující řídicímu systém (PLC, DCS) vznést požadavek např. požaduji verzi 4 a nové zařízení, které interně podporuje např. verze 3 až 9, přizpůsobí své funkční schopnosti v souladu s požadavkem. Takto jednoduchý postup je téměř identický jako u zařízení s rozhraním 4 až 20 mA a představuje výraznou motivaci pro přechod na moderní sběrnicovou techniku. První ohlasy uživatelů již hovoří o výrazné úspoře nákladů na provoz a při uvádění do provozu, o první specifikaci na trhu, která aktivně bere v potaz životní cyklus zařízení, minimalizuje náklady na jeho správu apod.
 

Závěrem

 
Technické inovace prezentované na zasedání organizace Profibus & Profinet International (PI), které jsou buď ve verzi prvního návrhu, nebo je jednotliví výrobci již zavádějí do svých zařízení, ukazují, že požadavky zákazníků hrají pro PI důležitou roli a že při tvorbě specifikací a při vývoji nových vlastností jejích systémů je konečný uživatel vždy na prvním místě. Hlavní důraz je kladen na unifikovaná konformní řešení, která co nejvíce usnadňují integraci systémů a výrazně snižují náklady na uvádění do provozu, samotný provoz i údržbu zařízení.
 
Pavel Burget, Profibus CZ
 
Obr. 1. Účastníci 21. společného zasedání organizace Profibus & Profinet International v Krakově v Polsku (foto: Geoff Hodgkinson 2009)