Procesní vážení. Integrace procesních váhových dat Průmyslové vážení Bílá kniha

Transkript

1 Procesní vážení Integrace procesních váhových dat Průmyslové vážení Bílá kniha Účinný přenos procesních dat z vážení do systémů MES nebo ERP na vyšších úrovních může pomoci zprůhlednit výrobní procesy. Vyšší transparentnost procesů pak může znamenat zlepšení využití provozních prostředků, snížení provozních nákladů a usnadnění zajišťování shody s certifikačními normami a průmyslovými předpisy. Identifikace a realizace účinného systému shromažďování a integrace dat může být obtížná, zejména v provozech vybavených staršími přístroji. Tato bílá kniha se zabývá otázkami integrace vážení do výrobních procesů a poskytuje cenné informace o hlediscích, která je třeba brát v úvahu při definici provozních omezení a cílů v oblasti zpracování dat. Při zohlednění uvedených otázek se výrazně zvyšuje pravděpodobnost, že investice do váhových a komunikačních řešení přinese kýžený výsledek v podobě plnění stanovených cílů a měřitelné návratnosti. Obsah 1 Stanovení požadavků souvisejících s integrací dat 2 Posouzení záměru integrace dat 3 Posuzování řešení pro integraci dat 4 Doporučení osvědčených postupů 5 Řešení problémů s komunikací 6 Shrnutí 7 Další zdroje

2 1 Stanovení požadavků souvisejících s integrací dat Mezi výzvy, které výrobci řeší při integraci váhových dat do automatizovaného systému ERP/MES, se řadí: Rychlost schopnost poskytovat filtrovaná váhová data do automatizačních systémů vyšší úrovně v rámci aplikací s vysokou důležitostí času (například vysoce přesné plnění), která umožní včasné přizpůsobování výroby. Flexibilita schopnost poskytovat informace, které ovlivňují přesnost vážení, využití materiálů a rychlost výroby a kterými jsou například ID výrobku, cílová hmotnost, tára, provozní stav váhy, hlášení obsluze nebo informace o chybách. Náklady možnost využívat řešení integrující data z vyššího počtu vah do jediného automatizovaného systému. Omezení přístrojů možnost počítat s přístroji nebo s jejich výměnou za nové ovladače umožňující automatizaci. Nepříznivé podmínky vysokotlaké oplachování; výbušné/korozivní prostředí; silné vibrace; elektromagnetické rušení a/nebo extrémní teploty. Odborné posouzení podmínek, za kterých má váhový systém fungovat bez ztráty přesnosti nebo komunikačních možností se systémy na vyšší úrovni, pomáhá stanovit provozní meze systému. Poté lze při zohlednění cílů integrace dat přikročit k výběru nejvhodnějších váhových přístrojů a řešení datové komunikace. 2 Posouzení záměrů integrace dat Před výběrem váhového terminálu nebo komunikačního systému je třeba posoudit cíle integrace dat. V rámci tohoto posouzení je třeba zodpovědět zejména tyto otázky: Jaký typ informací bude přenášen mezi váhovým terminálem a automatizačním systémem? Kdo nebo co tato data potřebuje a proč? Co spouští přenos dat a jak často budou data přenášena? Jaké jsou současné požadavky na formát dat? Lze tyto požadavky přehodnotit? Jaké bude komunikační médium? Je toto médium použitelné? Hned několik těchto otázek má strategickou povahu: jaký druh informací je požadován, kdo tyto informace vyžaduje a kam budou odesílány? Jakmile budou tyto otázky zodpovězeny, lze se blíže zaměřit na ostatní řešení s cílem zvýšit celkový výkon systému. Tento postup zvyšuje pravděpodobnost dosažení měřitelné a dokonce rychlé návratnosti investic do celkové integrace procesů. 2 METTLER TOLEDO Bílá kniha Integrace procesních váhových dat

3 3 Posuzování řešení pro integraci dat Zvažujete-li řízení pomocí PLC, typ sběrnice může ovlivnit specifikaci váhového zařízení. Výběr síťové sběrnice PLC je založen na faktorech, jakými jsou například typ sběrnice dodavatele automatizačních technologií, požadovaný počet uzlů, typy přístrojů, objem síťových dat, požadovaná rychlost datových přenosů a rozpočet projektu. Dodavatel automatizačního vybavení Vám pomůže porovnat přínosy i nevýhody různých typů sítí. Výběr správného váhového terminálu Vám poskytne možnosti, jakými jsou například: Nahrávání cílové hmotnosti a tolerancí do váhového terminálu Získávání/shromažďování kalibračních dat a/nebo kalibrace pomocí programu PLC Statistika ze sledování váhy Jestliže nevyžadujete integraci dat v rámci PLC, můžete zvážit datovou komunikaci prostřednictvím sériové linky nebo ethernetu a TCP/IP. Ethernetové systémy TCP/IP využívají bezdrátovou komunikaci snáze než systémy PLC. Rozhraní OPC dokáží integrovat váhová data prostřednictvím OPC serveru do ostatních aplikací podporujících OPC. OPC poskytuje standardizovaný datový formát, který snižuje náklady na integraci a podporu, zjednodušuje celý systém a zrychluje vývoj projektů průmyslové automatizace. S ohledem na sortiment výrobků METTLER TOLEDO níže uvádíme všeobecné porovnání systémů PLC a TCP/IP. Požadovaný typ terminálu a rozhraní bude záviset na cílech vážení, jakými jsou celková přesnost systému a rychlost plnění, a na zvolené síťové sběrnici PLC. Terminál METTLER TOLEDO IND131 velikosti DIN Způsob komunikace Základní váhová data pomocí sériového rozhraní nebo ethernetového rozhraní TCP/IP Požadavky/omezení Standardní formát dat terminálu s předdefinovanými, omezenými datovými sadami Tisková šablona uložená ve váhovém terminálu a odesílaná do externího hardwaru OPC server odesílá formát váhových dat Základní váhová data prostřednictvím analogového signálu 4 20 ma nebo 0 10 V DC Omezený objem a/nebo rychlost komunikace U některých funkcí, například nulování nebo tiskových příkazů, vyžaduje oddělenou komunikaci mezi řídicím systémem a váhovým terminálem Váhová data přes sběrnici PLC fieldbus, např. EtherNet/IP, Profibus DP K integraci dat vyžaduje PLC hardware/program Možnosti rozhraní PLC omezují velikost datového paketu / zprávy 3 METTLER TOLEDO Bílá kniha Integrace procesních váhových dat

4 4 Doporučení osvědčených postupů Osvědčené postupy pro integraci váhových terminálů do systémů na vyšší úrovni se obvykle řídí doporučeními dodavatele automatizačního vybavení. Ačkoli popis osvědčených postupů u všech typů automatizačních sítí není primární náplní této bílé knihy, uvádíme zde alespoň několik příkladů osvědčených postupů pro realizaci ethernetových sítí, například EtherNet/IP, Modbus TCP nebo ProfiNet. Průmyslová vs. kancelářská síť Při návrhu průmyslové sítě je třeba zohledňovat jiná hlediska než v případě kancelářských sítí. Síťový provoz generovaných při programování, konfiguraci a diagnostice EtherNet/IP přístrojů a provoz generovaný v důsledku výměny dat bez vysoké časové důležitosti, je obvykle velmi nízký a v zásadě i sporadický. Ve výrobním procesu však síťový provoz při výměně dat s vysokou časovou důležitostí obsahuje především unicastové a multicastové datové pakety UDP/IP. Multicastový IP provoz v síti typu EtherNet/IP je trvalý, vysokorychlostní provoz s krátkými datovými pakety. Optimalizace průmyslové sítě EtherNet/IP Společnost Rockwell Automation poskytuje k optimalizaci výkonu sítě EtherNet/IP níže uvedená doporučení. Je-li to jen trochu možné, volte unicastovou EtherNet/IP komunikaci. Unicastový vstup a výstup pro účely sítě EtherNet/IP umožňuje přímou komunikaci mezi dvěma zařízeními v síti. Tento typ komunikace je účinnější, jestliže vstupní a výstupní data není třeba sdílet mezi vyšším počtem přístrojů. Další informace o unicastové a multicastové komunikaci jsou uvedeny v publikaci ODVA č. 70, Doporučená funkce přístrojů EtherNet/IP. Odkaz na publikaci naleznete na konci tohoto dokumentu. Minimalizujte vytížení přístrojů v důsledku nežádoucího multicastového IP provozu. V závislosti na konfiguraci podsítě a možnostech připojení přístrojů lze tohoto cíle dosáhnout pomocí správy ethernetových přepínačů podporujících virtuální sítě LAN (sítě VLAN) a směrování multicastové IP komunikace. Je-li podsíť typu EtherNet/IP připojena k podnikové síti, je třeba toto trvalé šíření multicastových paketů blokovat. Zatímco průběžný tok informací z podsítě může být vhodný z hlediska optimalizace vážení, může též způsobit bouři multicastových paketů, která může výrazně degradovat celkový výkon podnikové sítě. 4,000 3,500 Minimalizujte vytížení přepínačů v důsledku nežádoucího multicastového IP provozu. Používejte plně duplexní a řízené průmyslové síťové přepínače, které podporují protokol IGMP (Internet Group Multicast Protocol), zrcadlení portů, nastavení sítě VLAN, statistické informace SNMP, blokování OP adres, automatické obnovování konfigurace, kontrolu nadměrného vysílání a multicastové komunikace dle jednotlivých portů, protokol Spanning Tree (STP) a hierarchizaci rámců. 3,000 2,500 2,000 1,500 1, Počet dodávek ethernetových zařízení (v tisících jednotek) 2008 ARC Advisory Group Oblíbenost ethernetových přístrojů je na vzestupu díky jejich vyšší rychlosti, větší šířce pásma, využití společných součástí a snadné instalaci. 4 METTLER TOLEDO Bílá kniha Integrace procesních váhových dat

5 Minimalizujte vytížení sítě v důsledku nežádoucího provozu z multicastového IP provozu / Získejte možnost blokovat multicastový IP provoz v rámci podsítě EtherNet/IP od zdroje do rozsáhlejší podnikové sítě. Při návrhu průmyslových sítí se obvykle upřednostňují konektory na síťové kabely se stupněm krytí IP67 a rozšířenou teplotní snášenlivostí až 80 C. V prostředích s vysokou úrovní šumů je třeba používat kabeláž s průmyslovým stíněním CAT6 nebo CAT6a. V některých případech může elektrické rušení 5 Řešení problémů s komunikací Postup při řešení problémů s datovou komunikací u váhového terminálu a automatizačního systému závisí na použité komunikační metodě. U sériových připojení nebo u ethernetových připojení TCP/IP může jednoduché připojení s využitím počítačové aplikace, například aplikace HyperTerminal, pomoci ověřit přenos základních váhových dat prostřednictvím komunikačního portu terminálu. Řešení problémů se sítěmi Ethernet se obvykle rozděluje do několika základních oblastí: síťová média (kabeláž, konektory, síťové karty) nastavení softwaru / konfigurace sítě výkon sítě. minimalizovat uzemnění stínění. Správné uzemnění je důležité i z hlediska prevence vzniku smyček, které mohou způsobovat oslabení komunikace nebo rušení signálu. Použití vzorového PLC kódu dodavatele nebo jiného integračního nástroje, například automatizačních doplňkových profilů Rockwell (Rockwell Automation Add-on-Profiles, AOP) a doplňkových instrukcí (Addon-Instructions, AOI) může usnadnit integraci přístrojů do automatizační sítě a pomoci minimalizovat chyby v programování. Při odstraňování potíží se síťovými médii se používá řada technických nástrojů, například TDR (Timedomain Reflectometer), ruční síťové analyzátory a analyzátory výkonu sítě. U aplikací založených na PLC někteří dodavatelé poskytují počítačový simulační software, který pomáhá zobrazit a ověřit data odesílaná z PLC portu váhového terminálu. Diody umístěné na komunikačním PCB poskytují základní informace o provozním stavu. Přemostění PLC aplikačního programu a přímý zápis výstupních příkazů a datových slov může rovněž výrazně přispět k odstranění potíží. K řešení problémů potíží s váhovými terminály lze také využít vzdálený přístup ke konfiguračnímu souboru. Váhové terminály METTLER TOLEDO IND560 5 METTLER TOLEDO Bílá kniha Integrace procesních váhových dat

6 6 Shrnutí Účinný přenos procesních dat do systémů MES nebo ERP na vyšší úrovni, společně s upgradem na inteligentní váhový můstek/systém může: Zefektivnit kontrolní mechanismy výrobního procesu Zvýšit využitelnost surovin a polotovarů Snížit provozní náklady Dosáhnout měřitelné návratnosti investice Jednoznačná identifikace cíle buď interní, nebo pomocí externího odborníka na vážení může pomoci zajistit skutečnou návratnost investice do hardwaru a softwaru v podobě zamýšlených zlepšení procesů. Mezi hlediska, která se doporučuje zvážit při návrhu upgradu systému, se řadí: Rychlost procesu (například vysokorychlostní plnění), která ovlivňuje i rychlost výměny dat Možnosti připojení existujícího vybavení Rozpočtové možnosti Nepříznivé provozní podmínky, například vysokotlaké oplachování, působení korozivních chemických látek, prostředí s nebezpečím výbuchu nebo extrémní teploty Samotná data kdo a co tato data potřebuje, proč a v jakém formátu? Vyžaduje se připojení PLC, nebo bude stačit sériové nebo ethernetové připojení TCP/IP do PC? Řešení problémů se sítěmi Ethernet vyžaduje znalost síťových médií, konfigurace a signálů. Někteří dodavatelé poskytují počítačový simulační software, který pomáhá ověřit data odesílaná z PLC portu váhového terminálu. Samotní dodavatelé Vám pak mohou pomoci s porovnáním různých váhových můstků a řešení systémové komunikace. 7 Další zdroje Podrobné informace o komunikačních možnostech, datových formátech a specifických požadavcích sítě se sběrnicí fieldbus pro váhové terminály METTLER TOLEDO jsou k dispozici na našem webu na adrese Níže uvedené odkazy obsahují všeobecné a dodavatelské informace, které Vám mohou pomoci optimalizovat automatizované procesy související s vážením. Terminály METTLER TOLEDO Integrované architektonické nástroje Rockwell pro automatizaci Integrovaný architektonický software Rockwell Knihovna ODVA DeviceNet tabid=73 Knihovna ODVA EtherNet/IP tabid=76 Profibus/ProfiNet Síťový analyzátor Wire Shark Fluke Networks Kepware OPC Mettler-Toledo, s.r.o. Třebohostická 2283/ Praha Tel.: Fax: Další informace Technické změny vyhrazeny 01/2012 Mettler-Toledo s.r.o.