Koncept Industry 4.0 star je nekoliko godina, a u stručnim časopisima i člancima iz područja industrijske automatizacije gotovo je „istrošen” pojam. Obzirom da je uz digitalizaciju proizvodnih operacija, glavna svrha koncepta povezivanje inteligentnih proizvodnih procesa, jedan od problema na putu prema konceptu Industry 4.0 je premošćavanje komunikacionih čvorova. Taj problem se javlja na nivou proizvodnog pogona kao posledica upotrebe različitih komunikacionih protokola na opremi za automatizaciju. Tema ovog članka su komunikacioni pretvarači koji rešavaju problem nekompatibilnih industrijskih protokola, komunikacioni interfejsi i rešenja za bežični pristup uređajima.
Transportne trake, pogoni i drugi uređaji predstavljaju krvotok proizvodnje. Većinu industrijske opreme prate i kontrolišu PLC kontroleri, koji predstavljaju „mozak” proizvodnih objekata. Na nivou proizvodnog pogona prilikom povezivanja više PLC uređaja u jedinstvenu mrežu često dolazi do nekompatibilnosti industrijskih protokola. Do nekompatibilnosti protokola, na primer, može doći između dve mreže koje se zasnivaju na dva različita komunikaciona protokola, ili zbog različitih komunikacionih Fieldbus protokola mreže i industrijskih uređaja. Slanje podataka iz PLC kontrolera u jedinstveni interfejs izveštavanja i odlučivanja tada predstavlja izazov. S navedenim problemima susreću se proizvođači mašina, proizvođači uređaja, sistem integratori i krajnji korisnici, a moguće ih je rešiti na nekoliko načina. U nastavku se opisuju komunikacioni pretvarači Anybus kompanije HMS Industrial Networks.
HMS Industrial Networks nudi jednostavno rešenje za prevođenje dva industrijska komunikaciona protokola putem pretvarača u obliku spoljne jedinice. Pretvarač, koji deluje kao „prevodilac“ između industrijskih uređaja i nadzorne mreže zove se Anybus Communicator. HMS nudi 50 različitih verzija ovog pretvarača.
Slika 1: Anybus Communicator komunikacioni interfejsi koriste se za povezivanje mašine i upravljačkog uređaja.
Anybus X-Gateway pretvarači koriste se za spajanje dve različite mreže unutar jednog proizvodnog pogona. Komunikaciju između različitih protokola moguće je jednostavno podesiti preko konfiguracionog alata Anybus Configuration Manager. HMS nudi više od 250 verzija „X-Gateway” pretvarača, koji mogu pokriti većinu kombinacija komunikacionih protokola.
Slika 2: Anybus X-Gateway pretvarači koriste se za pretvaranje dva različita komunikaciona protokola pri integraciji interfejsa unutar proizvodnog pogona.
Za potrebe proizvođača elektronike ili proizvođača mašina dostupni su komunikacioni interfejsi u obliku priključnog modula, integrisanih sklopova ili komunikacione kartice. Za komunikaciju između mašine i Fieldbus mreže, komunikacioni interfejsi predstavljaju ulaznu tačku u mrežu. Kod velike količine proizvedenih mašina odnosno serijske proizvodnje industrijskih uređaja, ukazuje se potreba za komunikacionim rešenjima za integraciju mašina i opreme u komunikacionoj mreži. Kao gotovo rešenje HMS Industrial Networks nudi priključni komunikacioni modul (vidi sliku 3).
Pri proizvodnji, proizvođač mora već u fazi projektovanja planirati upotrebu i ubacivanje komunikacionog modula u mašinu. Slot za modul mora omogućiti pravilno povezivanje komunikacionog modula i željenog uređaja. Neka Anybus komunikaciona rešenja već imaju instaliran mrežni procesor, koji deluje komplementarno s procesorom uređaja koji želite povezati s mrežom.
Slika 3: Priključni moduli namijenjeni su proizvođačima elektronskih komponenti. Integrisano rešenje omogućuje direktnu vezu s uređajima na mreži.
HMS Industrial Networks inače proizvodi tri vrste integrisanih rješenja – pored priključnih modula za komunikaciju, još postoje integrisani sklopovi i komunikacione kartice. U poređenju sa komunikacionim pretvaračima u obliku spoljne jedinice (slike 1 i 2), utrošak po instaliranoj jedinici se smanjuje s povećanjem broja proizvedenih uređaja u koje se instaliraju adapteri.
Slika 4: Integrisani sklop i kartica, za razliku od komunikacionih modula dopuštaju izradu rešenja po meri.
Treća mogućnost za prevazilaženje problema različitih komunikacionih protokola je razvoj vlastitog komunikacionog rešenja. Ta opcija zahteva vreme, resurse i iznad svega znanje. Ako postoji potreba prevesti komunikacione protokole samo u jednoj komunikacionoj mreži, razvoj vlastitog rešenja se isplati za veće količine. Kada postoji potreba za komunikaciju uređaja sa više različitih komunikacionih protokola, tada je potrebno razviti rešenja za sve protokole na koje želimo spojiti industrijski uređaj. Treba napomenuti da razvoj vlastitih integrisanih rešenja zahteva više vremena i ulaganja u fazi projektovanja i dizajna mašine.
Glavni faktori pri odabiru između ove opcije su troškovi komunikacionog pretvarača, i vreme potrebno za razvoj vlastitog rešenja. Razvoj nezavisnog rešenja (po meri) s jedne strane može eliminisati troškove nabavke već razvijenih rešenja, ali zahtevaju vreme za razvoj, što u konačnom zbiru znači troškove osoblja i programera. Razvoj prilagođenih rešenja iziskuje troškove i vreme, ali donosi uređaj prilagođen dizajneru ili krajnjem korisniku. Proizvođači mašina, s druge strane, moraju obratiti više pažnje na razvoj funkcionalnosti i namenu mašine, a ne probleme povezivanja na mrežu.
Pri izboru odgovarajućeg komunikacionog pretvarača potrebno je uzeti u obzir nekoliko faktora. Vlastiti razvoj komunikacionog pretvarača daje kontrolu nad implementacijom rešenja, osim toga, izbegnuta je zavisnost od spoljnih dobavljača. Brzina prenosa podataka u mreži dolazi do izražaja, posebno u zahtevnim projektima automatizacije, na primer servo i »motion« aplikacijama (za razliku od jednostavnih pogona), gde kašnjenje u prenosu podataka nije prihvatljivo. Zaštita i sigurnost komunikacije je važna zbog povećanja integracije industrijske opreme u Internet mrežu. Različiti mrežni protokoli se razlikuju po složenosti izvođenja i funkcionalnosti koju pružaju. Važno je ponovno naglasiti da se komunikacioni protokoli stalno ažuriraju i obnavljaju, pa je potrebno osigurati rešenje koje ta ažuriranja podržava.
Komunikacioni pretvarači između različitih industrijskih protokola u obliku spoljne jedinice su najprikladniji kada je korisnik suočen sa manjim brojem čvorova industrijskih protokola. U slučaju da proizvođač mašina vrši masovnu proizvodnju uređaja, ima više smisla da se odluče za opcije koje se mogu ugraditi ili razvijati svoja vlastita rešenja, gde se cena po jedinici smanjuje zbog velikih količina. HMS Industrial Networks isporučuje komunikacione adaptere u obliku „spoljnih” pretvarača, spremnih za upotrebu. Osim toga, na raspolaganju su komunikacioni interfejsi, takođe spremni za upotrebu, ali je na mašini potrebno predvideti odgovarajuće mesto za instalaciju (slot za ubacivanje).
Još jedno od komunikacionih rešenja kompanije HMS je bežično povezivanje uređaja ili mreže koja se nalazi na teško dostupnim mestima. Anybus Wireless Bridge i Wireless Bolt su rešenja koja omogućavaju bežično povezivanje između mreža i bežični pristup uređajima. Uređaj koji želimo povezati se sa bežičnom pristupnom tačkom spaja preko Etherneta, CAN protokola ili serijskom komunikacijom (Wireless Bolt), a mreža koju želimo povezati se s bežičnom pristupnom tačkom spaja preko Etherneta ili serijskom komunikacijom (Wireless Bridge).
Slika 5: Konceptom »Bring-your-own-Device« omogućuje parametrizaciju i održavanje preko pametnih uređaja
Bežična komunikacija se u oba slučaja vrši putem Bluetooth ili WLAN komunikacijskog protokola. Primenom rešenja u slučaju Wireless Bolt-a moguće je uspostaviti koncept »Bring-your-own-Device« gde operater ili lice koje održava mašinu pristupaju istoj preko tableta ili pametnog telefona, bez potrebe za fizičkim pristupom mašini putem HMI interfejsa. Dakle, moguće je smanjiti troškove rada i održavanja te olakšati rad osoblja, jer bežični pristup omogućuje daljinsko podešavanje parametara, rad i održavanje mašina, koji se nalaze na udaljenim ili teško dostupnim lokacijama.
Kompanija HMS Industrial Networks iz Švedske važi za proizvođača uređaja za komunikaciju između različitih industrijskih protokola, industrijskih Ethernet mreža i rešenja za daljinski pristup uređajima. Drugim rečima, HMS rešenja omogućavaju komunikaciju između industrijskih uređaja, na način koji omogućava uslove za uspostavljanje koncepta Interneta stvari i Industry 4.0.
Članak je izrađen prema:
1. „The guide to connecting automation devices to industrial networks“, Whitepaper, HMS Industrial Networks.
2. katalozima HMS Industrial Networks – Anybus Wireless i Anybus Gateways.
Više informacija: INEA SR d.o.o., Ul. Karađordjeva 12/217, 11300 Smederevo, Republika Srbija, Telefon: + 381 64 68 55 187 ili +381 69 1722 724, http://www.inea.rs
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.