Evropský polytechnický institut, s.r.o. BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. 2009 David BLAŤÁK

Evropský polytechnický institut, s.r.o. BAKALÁŘSKÁ PRÁCE 2009 David BLAŤÁK

Evropský polytechnický institut, s. r. o. Kunovice Studijní obor: Ekonomická informatika Analýza a návrh průmyslové sítě k podpoře automatizace technologických procesů (Bakalářská práce) Autor: Vedoucí práce: David Blaťák Ing. Ludvík Prášil Kunovice, červen 2009

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně pod vedením pana Ing. Ludvíka Prášila, a uvedl v seznamu literatury všechny použité literární a odborné zdroje. Kunovice, červen 2009

Dovoluji si tímto poděkovat panu Ing. Ludvíkovi Prášilovi za jeho odborné vedení při vypracování této bakalářské práce, za metodické pokyny, konzultace a podnětné připomínky, které mi byly poskytnuty v průběhu jejího zpracování. Děkuji také panu Ing. Františkovi Bednářovi za jeho vedení a konzultace při zpracování bakalářské práce. Kunovice, červen 2009... podpis

Obsah Úvod...6 1 Průmyslové sítě v podnicích ČR...8 1. 1 Modernizace podniků...8 1. 2 Počátky sítí sedmdesátá léta...11 1. 2. 1 ArcNet...12 1. 2. 2 Token-ring...13 1. 2. 3 100VG-AnyLAN...13 1. 2. 4 FDDI...14 1. 2. 5 EtherNet...14 1. 3 Počátky automatizace...17 2 Analýza automatizace technologických procesů v Precheza a.s...19 2. 1 Precheza a. s...19 2. 2 Automatizace provozu v Precheza a. s....20 2. 2. 1 EtherNet/IP...22 2. 2. 2 ControlNet...24 2. 2. 3 DH+...26 2. 2. 4 DeviceNet...26 2. 3 SLC automat...27 2. 3. 1 Procesory...30 2. 3. 2 Vstupy a výstupy...33 2. 3. 3 Operátorský panel...34 2. 3. 4 RSLogix 5000...35 2. 3. 5 RSView32...36 2. 3. 6 RSLinx...38 2. 4 Záložní zdroje...39 2. 5 Kabely...41 2. 5. 1 Vedení kabelů...42 3 Návrh komunikační průmyslové sítě v Precheza a. s. k podpoře automatizace technologických procesů...43 3. 1 Redundance komunikačních sítí...43 3. 2 Oddělení komunikačních sítí...44 3. 2. 1 Propojování přístrojů...46 3. 2. 2 Stínění kabelů...46 3. 3 Napájení...48 3. 3. 1 Jednotné napájení řídících automatů...49 3. 3. 2 Přepěťové ochrany...50 3. 4 Úspora elektrické energie...51 Závěr...53 Použitá literatura...57

Úvod Tato bakalářská práce se zaměřuje na analýzu a návrh průmyslové komunikační sítě k podpoře automatizace technologických procesů, které se používají ve výrobních podnicích. V této práci jsem se především zaměřil na průmyslové komunikační sítě, které jsou využívány pro řízení automatických systémů, přenos technologických dat a průmyslové programovatelné logické automaty v podniku PRECHEZA a. s. Snažil jsem se provést rozbor jednotlivých typů komunikačních sítí, se zaměřením na jejich jednotlivé výhody a nevýhody. Dále se zabývám návrhem na automatizaci jednotlivých výrobních linek a na zlepšení komunikace programovatelných logických automatů. Zabývám se otázkami z pohledu funkčnosti, stability, spolehlivosti a bezpečnosti jednotlivých výrobních linek. Při psaní bakalářské práce jsem využil mnoho informací z různých pramenů. Potřebnou literaturu jsem získal z Vědecké knihovny v Olomouci a od vedoucího práce. Další cenné informace jsem získal na základě teoretických podkladů zabývajících se touto problematikou. Po shromáždění množství informací jsem analyzoval získaný materiál, následovala komparace. Závěrečnou fází byla samostatná tvorba textu. Využil jsem metodu literární a analytickou. Použitím odborné literatury, doplňováním, opravováním a zdokonalováním získala bakalářská práce definitivní podobu. V první kapitole jsem se zaměřil na podniky, ve kterých se využívají automatické řídicí systémy. Na jejich historii, rozvoj a počátky modernizace. V této kapitole dále popisuji jednotlivé typy komunikačních sítí z hlediska historie a jejich rozšíření do běžného života. Dále se zabývám počátky automatizace a robotizace podniků, jejich postupné zavádění a využívání. Druhá kapitola se zaměřuje na analýzu automatizace technologických procesů v chemickém podniku PRECHEZA a. s. Sledoval jsem využívání moderních trendů v řízení výrobních procesů pomocí programovatelných logických automatů. Dále jsem sledoval jejich stabilitu, flexibilitu, vizualizaci a používané komunikační karty. Sledoval jsem využívání záložních zdrojů energie a průmyslové síťové prvky určené pro komunikaci mezi jednotlivými automaty. Operátorské panely, které slouží k vizualizaci jednotlivých výrobních linek. Kapitola také slouží k zmapování současné situace v oblasti 6

automatizace v podniku, sběru technických informací a analýzy. Z analýz trendů jsem analyzoval jednotlivé vyskytující se slabé články současného řídicího systému. Po konzultacích s vedoucím práce jsem navrhl opatření, které vedou ke zlepšení současného stavu zařízení, aby nedocházelo k výpadkům výroby z hlediska nestabilního řídicího systému. Třetí kapitola obsahuje návrh na zlepšení a stabilitu ve vazbách v komunikaci mezi jednotlivými komunikačními sítěmi v PRECHEZA a. s. V této kapitole se především zaměřuji na zvýšení stability a bezpečnosti jednotlivých výrobních linek. Dále navrhuji řešení centralizovaného napájení, aby nedocházelo ke krátkodobým výpadkům v důsledku nestability komunikační sítě a řídicích automatů, protože i krátkodobý výpadek může mít za následek zdlouhavé a složité najíždění výrobní technologie. Navrhuji využít zapojení automatů v redundantní komunikační síti, aby se zamezilo náhodným výpadkům z hlediska nestabilní funkce jedné komunikační sítě. Dále jsem navrhl řešení ke snížení spotřeby elektrické energie jednotlivých pohonů výrobních linek. Tím by došlo ke snížení přímých nákladů na výrobu. 7

1 Průmyslové sítě v podnicích ČR 1. 1 Modernizace podniků Vstoupili jsme do 21. století a koncepce sjednocení světa se uplatňuje téměř v každé oblasti související s výrobou. Ve zpracovatelském průmyslu se tento trend projevuje například stupněm globálního rozvoje nadnárodních společností. Je těžké najít výrobce jakékoli velikosti, který by neměl závody na několika různých kontinentech, aby byl blíže k surovinám, zákazníkům nebo zdroji levné a přitom dostatečně kvalifikované pracovní síly. Pokračující optimalizace řady výrobních operací je (a nadále zůstane) technickým a technologickým fenoménem této doby. Její pozitivní technické, organizační i ekonomické efekty jsou zjevné nejenom bezprostředně ve sféře hromadné a sériové výroby. Vnitropodniková automatizace, opírající se o progresivní výrobní, servisní, technologickou, technickou a obslužní techniku (zvláště o výpočetní techniku), generuje zásadní transformaci managementu výrobních a logistických procesů, ale i potřebu komplexního zkvalitňování podnikového řízení [1]. Automatizace se v zostřujícím konkurenčním prostředí stává životně nezbytnou nejenom ve velkých mezinárodních firmách, ale i v malých výrobních podnicích. Aktivně k ní přistupují i podniky v České republice. Hlavní trendy v rozvoji průmyslové automatizace je modernizace výrobních linek, které jsou přímým důsledkem globalizace světového obchodu. Pro výrobce znamená větší trhy, větší počty a různorodost produktů i více partnerů, a tím značně podporuje jejich zájem o automatizaci. Výrobcům se na jedné straně rozšiřují příležitosti k podnikání, ale na druhé straně jsou před ně stavěny nové náročné úkoly, které musí splnit, pokud chtějí jako světoví výrobci uspět. Firmy prodávající své produkty na celém světě musí počítat s tím, že budou čelit tvrdé konkurenci a stále rostoucího počtu globálních hráčů. Trvalý tlak na snižování cen v globalizované ekonomice nepřipouští žádnou jinou alternativu než neustále zdokonalovat výrobní i obchodní procesy ve firmách. Klíčovými úkoly pro podniky jsou zejména: naučit se rychle reagovat na požadavky uživatelů a dokázat se vyrovnat s neustálým úbytkem vzdělaných a zkušených pracovníků i s rostoucím tlakem na zlepšení finanční výkonnosti podniku. To vyžaduje 8

především zvýšit produktivitu v celém výrobním a obchodním procesu, zlepšit využití výrobního zařízení, zvýšit výnosy, zajistit špičkovou kvalitu produktů při zachování bezpečnosti, flexibility a dodavatelské výkonnosti a rovněž, při trvale rostoucích cenách energie, zvýšit energetickou účinnost všech aktivit. Koneční uživatelé si velmi dobře uvědomují, jaké výhody jim v tomto úsilí mohou přinést moderní automatizační prostředky, a také je ve stále větší míře využívají. V oblasti automatizace nespojitých výrobních činností hlavními odběrateli automatizačních systémů a komponent zůstávají tradiční průmyslová odvětví s velkým podílem předvýrobních, montážních a kontrolních operací, od automobilového a leteckého průmyslu, přes strojírenství a zpracování kovů, výrobu polovodičů, elektronických a elektrotechnických přístrojů a zařízení, plastikářský a gumárenský průmysl až po automatizaci technických zařízení budov. Zajímavým trendem v poslední době je využití průmyslových robotů jako osobních asistentů, které s dělníkem vzájemně spolupracují na jednom pracovišti bez oddělující ochranné mříže. Přímá spolupráce člověka a robota účelně kombinuje a využívá schopnosti a specifické přednosti každého z nich a rozšiřuje možnosti použití robotů v nových, netradičních výrobních oborech. V oblasti automatizace spojitých technologických procesů zůstane klíčovým odběratelem automatizačních systémů a komponent i v budoucnu chemický, energetický, potravinářský, plastikářský a petrochemický průmysl. Zájem o automatizaci výrazně poroste v rychle expandujícím farmaceutickém průmyslu, při kontinuální výrobě potravin a nápojů, ve vodohospodářských soustavách i v sektoru biotechnologií (např. při výrobě biopaliv). Očekává se také, že rekordně vysoké ceny ropy a zemního plynu budou impulzem k realizaci velkých projektů zaměřených na modernizaci a rozšiřování zpracovatelských kapacit ropných, plynárenských a rafinerských společností. Hlavní indikátory profilující růst obratu na trhu s průmyslovou automatizací v jednotlivých regionech, a to zejména z hlediska růstu produktivity a objemu průmyslové výroby a jeho možného dopadu na světový trh v příštích letech? Výsledky analýz jsou prezentovány v mnoha tabulkách a grafech, z nichž jednoznačně vyplývá, že rozhodující podíl na světovém trhu se systémy a prostředky pro automatizaci v průmyslu mají stále USA, EU a Japonsko. Jejich dominance však rok od roku mírně klesá, protože rychle přibývají další regiony, kde strmě roste průmyslová výroba s velkými požadavky na automatizaci. 9

To, že celosvětový zájem o automatizaci průmyslu dále poroste, je podle názoru analytiků téměř jisté i přes obavy, že by americká ekonomika mohla v důsledku dlouhodobých problémů na trhu s nemovitostmi přejít do recese. Je to dáno hlavně tím, že investoři a distributoři se nyní začínají soustřeďovat především na rozvíjející se trhy, kde se očekává významný nárůst objemu investic. Jde především o rychle rostoucí národní ekonomiky v jihovýchodní Asii (Čína, Indie, Indonésie, Tchaj-wan, Malajsie atd.), které se stávají centrem růstu průmyslové výroby ve světě. Jedním z důvodů, proč se s automatizačními systémy v současné době na světových trzích tak dobře obchoduje, je obrovský tlak na výrobní podniky, aby se co nejrychleji přizpůsobovaly měnícím se podmínkám v globalizovaném prostředí. Koneční uživatelé čelící globalizaci jsou nuceni zvyšovat výkonnost svých podniků na úroveň, která by bez použití moderních systémů pro automatizaci výrobních a obchodních procesů byla těžko představitelná [2]. V důsledku toho čeká dodavatele automatizačních systémů pro průmysl dlouhodobě udržitelné vysoké tempo růstu zájmu o jejich výrobky i služby Praxe potvrdila, že proces automatizace nelze zužovat výlučně na vyšší stupeň hardwarového a softwarového zabezpečení sledovaných výrobních cyklů či jednotlivých operací. Stranou nezůstávají ani zdánlivě nevýrobní vnitropodnikové procesy, zvláště zdokonalování vnitropodnikové evidence a komunikace, náhrada zastaralé papírové" materiálové, montážní, produktové a logistické evidence elektronickou, objektivizace plánovacích, finančních a realizačních dat atd. Investičně i realizačně náročná automatizace vytváří předpoklady pro rozšíření portfolia nabízených výrobků a odstranění časově i finančně náročných rutinních pochodů i pro další úspory energie, materiálu a vynaložené práce, pro zvyšování kvality a provozní spolehlivosti nabízených produktů aj. Akcent na zjednodušení existujících informačních procesů, na optimalizaci evidence toků v podnicích, rozpracovanosti výroby a odbytu, nevyúsťuje pouze v eliminaci donedávna neodmyslitelné papírové" zátěže těchto procesů (od montážního listu exaktního výrobku až po leckdy zahlcující kvanta dílenských a skladových průvodek). Podnikový management žádá, aby automatizační technika převzala na sebe rovněž úlohu hlídače" skladových zásob, režijních nákladů, objednavatele výrobních pomůcek, termínů oprav jednotlivých strojů apod. K efektivnímu využívání ekonomických dat slouží ERP 1 1 Enterprise Resource Planning 10

systémy. ERP systémy integrují veškerá data a procesy organizace do unifikovaného celku [3]. Někdejší dispečerský model řízení se v podmínkách postupné automatizace krok za krokem proměňuje v operativní, stále více elektronizovaný, s dokonalým informačnědokumentačním zabezpečením a s permanentní, průběžně objektivizovanou zpětnou vazbou. Samozřejmě, takto komplexně pojatá automatizace řízení výroby není realizovatelná bez zevrubné analýzy stávající informační báze a bez navržení nového objektivizovaného modelu. Stala by se prázdným pojmem i tehdy, pokud by management firmy po jejím zavedení netrval na striktním dodržování nově přijatých pravomocí u všech subjektů vnitropodnikové kooperace a na odpovědnosti jednotlivých funkčních článků při operacích s automatizovanými informačními soubory. Moderní automatizační modely respektují objektivně zformovanou paletu ekonomických, organizačních, plánovacích a kalkulačních činností uvnitř podnikových struktur. Někteří manažeři však nemají snahu implementovat výlučně nové, ale i maximálně unifikovat probíhající řídicí procesy. 1. 2 Počátky sítí sedmdesátá léta V historickém počátku budování komunikačních sítí, v sedmdesátých letech, se přísně rozlišovalo mezi několika kategoriemi. Jednalo se o komunikační sítě pro hlasovou komunikaci, datovou komunikaci a pro zábavu. Hlasová komunikace se odehrávala po pevné analogové síti s komutací okruhů nebo rádiové síti. Zábava zprostředkována výhradně po sítích rozhlasového a televizního signálu. Datová komunikace vstoupila do síťového světa jako poslední a ve svých začátcích vlastně jen umožňovala buď přímé připojení terminálu k hlavnímu (hostitelskému) počítači po sériových spojích nebo na dálku přes modem 2. 2 zařízení, které umožňuje přenos dat (informací, internetu) po telefonní lince 11

V osmdesátých letech se svět komunikačních sítí výrazně změnil. V kategorii sítí pro šíření zábavy se poprvé objevují kabelové komunikační sítě. V rámci aplikací se rozšiřuje využívání přenosu souborů, elektronické pošty a přihlašování na dálku. Technologie lokálních komunikačních sítí umožnila propojit osobní počítače, pracovní stanice a servery prostřednictvím sdíleného přenosového prostředku do sběrnice (síť typu Ethernet 3 ) nebo do kruhu (síť typu Token Ring 4 ). Komunikační sítě se dají rozdělit na 5 základních skupin, podle použité technologie. Rozsah komunikační sítě z pohledu velikosti může sahat od jedné místnosti až po celosvětové sítě. ArcNet Token-ring 100VG-AnyLAN FDDI EtherNet 1. 2. 1 ArcNet Zkrácení slovního spojení "Attached Resource Computer Network" (počítačová komunikační síť s propojenými prostředky). Jedná se o počítačovou komunikační síť vyvinutou společností Datapoint Corporation roku 1976, která umožňuje propojit širokou škálu zařízení a pracovních stanic. Maximální počet je 255. Přenosovým médiem je koaxiální kabel RG-62 A/U s impedancí 93 ohmů. ArcNet lze provozovat i na kroucené dvoulince nebo optickém kabelu. S použitím koaxiálního kabelu je maximální délka kabelu od pracovní stanice k HUBu 610 metrů [4]. 3 vyvinut firmou Xerox v roce 1976 4 představena v roce 1984 společností IBM. Jedná se o síť s kruhovou topologií. 12

Uvedená komunikační síť využívá přístupovou metodu založenou na předávání známky a má přenosovou rychlost 2,5 Mbps. Novější verze ArcNet Plus podporuje přenosovou rychlost až 20 Mbps. Maximální dosah komunikační sítě je 6,5 km. Fyzické zapojení je hvězda (strom). 1. 2. 2 Token-ring Komunikační síť Token Ring se dostala na trh v roce 1985. Token Ring je označována jako IEEE 802.5. Jedná se o komunikační síť s kruhovou topologií, využívá se zde přístupová metoda založená na předávání známky. Komunikační síť pracuje rychlostí 4 Mbps nebo 16 Mbps. Ačkoli je založena na kruhové topologi, síť Token-ring používá hvězdicové skupiny až osmi pracovních stanic napojených na kabelový koncentrátor (MAU - Multistation Access Unit), který je napojen na hlavní kruh. Maximální počet stanic u této sítě je až 260 na jeden koncentrátor. Jako přenosové médium se používá stíněná nebo nestíněná kroucená dvoulinka a optický kabel. Maximální délka kabelového segmentu je 45-200 metrů, podle typu použitého kabelu. 1. 2. 3 100VG-AnyLAN Jedná se o komunikační síť od firmy Hewlett-Packard se standardem IEEE 802.12. Rychlost této komunikační sítě je minimálně 100 Mbps. Maximální dosah komunikační sítě je 7,7 km. Maximální počet stanic není omezen, záleží na počtu HUBů. Médiem je kroucená dvoulinka a optický kabel. Je zde použita bezkolizní přístupová metoda, umožňující dvě úrovně priority (nízkou a vysokou). Používají se zde jako rozbočovače HUBy. Komunikační síť lze rozšiřovat připojováním podřízených HUBů na centrální HUB. Na 7,7 km je jeden rozbočovač. Za každý druhý rozbočovač se musí odečíst 1,1 km. Kdyby toto řešení komunikačních sítí přišlo dříve, stalo by se možná rozšířenější než EtherNet. Je zřejmě lepší a výhodnější. 13

1. 2. 4 FDDI Zkratka slovního spojení "Fiber Distributed Data Interface" (optické rozhraní pro distribuovaná data). Byla vytvořena roku 1986. A byla určena pro výkonné a nákladné počítače, kterým nedostačovala šířka pásma ve stávajících architekturách. Rychlost přenosu je 100 Mbps používající dvojitou protisměrnou kruhovou topologii, podporující až 500 počítačů. Jeden kruh se označuje jako primární a druhý jako sekundární. Provoz většinou probíhá pouze v primárním kruhu. Pokud dojde k selhání primárního prstence, FDDI automaticky překonfiguruje komunikační síť tak, aby data probíhala v druhém kruhu, a to v opačném směru. Díky této redundanci je zajištěna vysoká spolehlivost komunikační sítě. Jako přístupovou metodu používá předávání známky. Komunikační sítě FDDI jsou vhodné pro systémy, které požadují přenos velkých objemů informací, jako je například zpracování grafiky, animací atd. Komunikační síť FDDI používá jako médium optický kabel (vlákno). Celková délka kabelu nesmí být větší než 100 km, takže není určena pro používání v technologiích WAN. Po každých přibližně 2 km se musí použít opakovač. Jiná varianta se nazývá CDDI. Jako médium se používá kroucená dvoulinka. Použitím měděného vodiče se však výrazně omezí možnosti přenášení dat na dálku. 1. 2. 5 EtherNet Přes 80 % zasíťovaných počítačů je připojeno pomocí EtherNetu. EtherNet byl vyvinut firmou Xerox v roce 1976. EtherNet používá přístupovou metodu CSMA/CD 5. Má svůj typ rámců. Původně používal sběrnicovou topologii a umožňoval připojit na hlavní segmenty až 1024 počítačů a pracovních stanic. Jednotlivé stanice jsou propojeny pomocí koaxiálního kabelu, optickým kabelem či kroucenou dvojlinkou [5]. EtherNet původně využíval jen jednu specifikaci, pro kterou jsou charakteristické přenosová rychlost 10 Mb/s, přenos v základním pásmu, délka segmentu do 500 m, 5 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD, je protokol pro přístup k přenosovému médiu v počítačových sítích 14

topologie sběrnice a tlustý koaxiální kabel s charakteristickou impedancí 50 W. Kromě této původní varianty EtherNetu se již delší dobu využívají i další varianty fyzické vrstvy, které jsou přizpůsobeny tenkému koaxiálnímu kabelu a kroucené dvojlince. V poslední době se dále objevuje rychlý (fast) EtherNet s fyzickou vrstvou řešenou tak, že je možné dosáhnout přenosové rychlosti 100 Mb/s. To, co je v průmyslových komunikačních sítích dále specifikováno ve druhé vrstvě komunikačního modelu, totiž tvar rámce dat, mechanismus rozpoznání chyby, adresování apod., v původním EtherNetu rovněž chybí. Sítě LAN, pro které je technologie EtherNet velmi vhodná, vesměs nevyužívají pro otevřenou komunikační strukturu referenční model ISO/OSI, nýbrž jednodušší a méně striktní síťový model TCP/IP s příslušnými protokoly definujícími způsob přenosu dat. V ekvivalentu referenčního modelu ISO/OSI by tyto protokoly představovaly třetí síťovou (IP) a čtvrtou transportní (TCP) vrstvu. Line Rok Etapa vývoje 1972 začátek vývoje ve firmě Xerox 1976 první předvedení Ethernetu (přenosová rychlost 3 Mb/s) 1980 standard Ethernet V1.0 (DIX) 1983 standard IEEE 802.3 (médium: koaxiální kabel tlustý i tenký) 1990 Ethernet na kroucené dvoulince (10Base-T) 1995 rychlý (Fast) Ethernet (100Base-X) 1998 gigabitový Ethernet (1000Base-T) 2002 10gigabitový Ethernet Wireless Rok Etapa vývoje 2004 WiMAX 2007 HSDPA 2008 HSPA VoIP 2009 LTE (Long Term Evolution) IEEE 802.16m (až 1 Gbps) 20?? Wireless Sensor Networks (bezdrátové senzorové sítě) Tabulka č. 1: Graf vývoje Line/Wireless Zdroj: Průmyslový ethernet. Automa [online]. 2005 [cit. 2005-02-03]. Dostupný z WWW: <http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=30417>. 15

Z tabulky č. 1 je zřejmé, že EtherNet prodělal vývoj především v rychlosti: od standardních 10 Mb/s verze IEEE 802.3 z roku 1983 až po 10 Gb/s ve specifikaci z roku 2002. Proměňovala se i používaná přenosová média od silného (tlustého) a tenkého koaxiálního kabelu se přes kroucenou nestíněnou dvojlinku v několikažilovém kabelu došlo až k současnému optickému kabelu a rádiovému přenosu. V současnosti se za přenosové médium nejčastěji používají kroucená dvojlinka, optický kabel a bezdrátový přenos podle specifikace IEEE 802.11 (Wi-Fi WLAN). S vývojem přenosového média se změnila i základní topologie sítě EtherNet. Cesta vedla od sběrnice s odbočovacími členy (T-členy) a krátkými přípojkami na silném koaxiálním kabelu, přes sběrnici s odbočovacími členy (T-člen) s přípojkami nebo bez přípojek (tenký koaxiální kabel) k topologiím hvězda a strom, které se používají v současné době pro všechny varianty standardu IEEE 802.3. Průmyslové komunikační sítě jsou navrženy především pro použití v průmyslovém prostředí jako komunikační sítě menšího rozsahu. EtherNet je využíván v komunikačních sítích rozsáhlejších a umožňuje bezproblémové napojení na intranet/internet. Také vlastní protokoly internetu, jako HTTP, FTP a SMTP, využívají protokol TCP/IP. Předpokladem pro využití komunikační sítě EtherNet TCP/IP a následně i internetových technik pro průmyslovou automatizaci ve smyslu sběru technologických dat, binárního řízení a ovládání a dynamické optimalizace je, že budou správně specifikovány a poté prostřednictvím kancelářské metody komunikace, tj. metody EtherNet TCP/IP, splněny požadavky kladené při automatizace strojů, výrobních linek i technologických procesů. Použití komunikační sítě EtherNet TCP/IP v průmyslové automatizaci s sebou na jedné straně přináší i lákavou možnost vizualizace řízeného procesu při použití libovolného počítače zapojeného v intranetu závodu nebo internetu propojujícího dva výrobní celky jednoho výrobce na dvou i vzdálených kontinentech. Na druhé straně vyvolává potřebu účinné ochrany proti zneužití tohoto globálního přístupu do prostředí zcela soukromého" sektoru průmyslového měření, ovládání, řízení. 16

1. 3 Počátky automatizace Počátky prvních jednoduchých logických řídicích jednotek lze datovat do 50. let dvacátého století. Skutečně prudký vzestup v této oblasti ovšem nastal až počínaje rokem 1984, když se objevily standardní programovací jazyky a odpovídající hardware s vlastní inteligencí. Každý z uživatelů mohl začít psát programy způsobem, který mu vyhovoval a byl mu blízký. Závodní elektrikář dal pochopitelně přednost postupovému diagramu vycházejícímu ze schématu elektrického obvodu. Řídící technici zabývající se spojitými technologickými procesy požadovali funkční grafy znázorňující řídicí sekvence způsobem nezávislým na konkrétním použitém zařízení, což je metoda standardně zavedená v chemickém průmyslu [6]. A mladí lidé, kteří se již učili programovat s použitím programovacích jazyků, tíhli k záznamu programů v textové podobě, což je vedlo k používání tzv. seznamů příkazů (statement lists), tj. mnemotechnických 6 zkratek programových příkazů a adres. Technické inovace rychle následovaly jedna za druhou a s nimi začala růst také popularita programovatelných automatů. Řídicí jednotky byly stále výkonnější a již se neomezovaly jen na základní sadu binárních instrukcí spjatou s původními programovatelnými automaty. Čím dál tím více rostla také jejich schopnost realizovat velmi složité funkce ve velmi krátkých časových cyklech. Výpočetní moduly vykonávaly potřebné řídicí funkce, zatímco desky I/O pro připojování periferních zařízení byly stále častěji nahrazovány komunikačními deskami umožňujícími přenášet data po digitálních komunikačních sběrnicích. Důležitým inovačním zlomem v historii programovatelných automatů byla změna jejich struktury v důsledku decentralizace vstupů a výstupů (Input/Output I/O). Důvodem byla potřeba zmenšit náklady na kabeláž. Jednotky I/O byly tudíž umístěny přímo do míst vzniku vstupních, popř. působení výstupních signálů a spojeny s centrálním řídicím systémem prostřednictvím jediného kabelu se dvěma nebo čtyřmi vodiči a příslušného komunikačního protokolu tj. průmyslové komunikační sběrnice. Důležitou vlastností, která přispěla k úspěchu programovatelných automatů, je jejich odolnost. Moderní řídicí systémy lze poměrně snadno vytvářet při použití modulů, 6 slovní či grafické konstrukce podporující zapamatování nebo zpracování informace mozkem pomocí přidružení představ či jiných informací. 17

které se obejdou bez ventilátorů a přídavného chlazení. Mnohé moduly lze vyjímat i vkládat dokonce bez vypnutí napájecího napětí. Důležité je zachovat vkládání jednotlivých modulů podle pokynů od výrobce. Každý výrobce automatů používá rozlišné zapojení. Pro současné programovatelné automaty je charakteristická schopnost realizovat početnou a v mnoha ohledech rozšířitelnou množinu funkcí, jako je např. čítání, měření v různých módech, nastavování polohy, regulace nebo řízení na bázi vaček. Díky široké nabídce procesorových modulů od zařízení pro jednoduché aplikace až po nejvýkonnější modely lze v současnosti vhodně vyřešit téměř jakoukoliv řídicí úlohu. Koncem šedesátých let dvacátého století se začaly používat první SLC vyvinuté v USA firmou Allen Bradley (Milwaukee ve státě Wisconsin). Ta se později stala součástí koncernu Rockwell International, nyní Rockwell Automation. 18

2 Analýza automatizace technologických procesů v Precheza a.s. 2. 1 Precheza a. s. Precheza a. s., se sídlem v Přerově má více než stoletou tradici, a to zejména ve výrobě anorganických chemických produktů. Je největším výrobcem anorganických pigmentů v ČR, jedním ze tří výrobců titanové běloby v rámci zemí CEFTA a vývozcem technologického know-how. Prodejcem výrobků akciové společnosti PRECHEZA je AGROFERT HOLDING. Hlavní náplní činnosti společnosti je výroba a prodej produktů anorganické chemie, včetně výrobků zpracovatelských, navazujících doplňkových a pomocných výrob. Důležitým předmětem podnikání je prodej licence na výrobu titanové běloby. Další činnost se týká oblasti služeb - pronájmy nebytových prostor, práce charakteru oprav a údržby. PRECHEZA a.s. aktivně působí ve Svazu chemického průmyslu ČR, Hospodářské komoře. V roce 1994 se stala přidruženým členem Asociace výrobců titanové běloby (Titanium Dioxide Manufacturers Association - TDMA) a v roce 2000 jejím řádným členem. Záměr udržet vysoký standard kvality výroby a výrobků vedl až k zavedení systému řízení. Obrázek č. 1: Sídlo PRECHEZA a. s. Zdroj: PRECHEZA [online]. 2001 [cit. 2008-08-18]. Dostupný z WWW: <http://www.precheza.cz/www/index.htm>. 19

Management společnosti a jeho jednotlivé součásti, zejména bezpečnost a hygiena práce, ekologie a jakost byly transformovány do podoby celosvětově uznávaných standardů Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO). Od roku 1995 je certifikován systém jakosti výroby titanové běloby, v roce 1999 byl certifikát rozšířen o systém jakosti výroby termických železitých pigmentů. Certifikaci shody s ISO 9002 a kontrolní audity provádí společnost Lloyd s Register Quality Assurance. Systém environmentálního managementu byl toutéž společností certifikován na shodu s ISO 14001 v prosinci 2001. Kromě toho jsou jednotlivé výrobky certifikovány na shodu s příslušnými technickými normami ISO a DIN. Hygienické a ostatní relevantní atestace regulované sféry provádějí externí autorizované či akreditované osoby. Zavedením certifikovaného způsobu ochrany životního prostředí se PRECHEZA a.s. zařadila mezi prvních šest evropských výrobců titanové běloby [7]. 2. 2 Automatizace provozu v Precheza a. s. Vzhledem k dnešnímu rychlému vývoji elektroniky a elektronické komunikace dochází k rozvoji automatizace v různých odvětvích průmyslu a nejinak je tomu i podniku Precheza a. s. Kdybychom se podívali na řídící systém podniku před několika lety, narazili bychom na celou řadu vzájemně nekompatibilních komunikačních systémů. Tyto nekompatibilní systémy vyžadovaly složitá přemostění a byly nutné ovladače umožňující vzájemné předávání dat. Nejenže se tím tok dat zpomaloval, ale pro techniky bylo obtížné zajistit přenos dat z jedné úrovně aplikace na druhou. S rostoucími nároky na řízení a zpětnou kontrolu jednotlivých technologických procesů je zapotřebí kvalitní a stabilní komunikace mezi jednotlivými pracovními stanicemi, operátorskými panely 7, SLC 8 automaty a jednotlivými ovládacími a signalizačními prvky určených pro řízení výrobního procesu. Přenosy dat u technologického systému jsou v současné době prováděny pomocí průmyslových komunikačních sítí. K řízení jednotlivých technologických procesů se v Precheza a. s. používají SLC automaty od firmy Allen Bradley. Na českém trhu ji zastupuje firma ControlTech. 7 Slouží k monitorování stavu technologie 8 Small Logic Controller (programovatelný logický automat) 20

Společností Rockwell Automation (Allen-Bradley) vyvinutá síťová architektura NetLinx se skládá z několika průmyslových sítí. Nejnižší vrstvu tvoří komunikační síť DeviceNet, která nahrazuje komunikační síť Remote I/O. Střední vrstvu tvoří moderní komunikační síť ControlNet, která podstatně rozšiřuje rychlost starších komunikačních sítí DH+ a DH485 a zajišťuje deterministický a uživatelem plánovatelný přenos dat. Nejvyšší vrstvu tvoří komunikační síť EtherNet/IP. Komunikační sítě DeviceNet, ControlNet a EtherNet/IP používají stejný komunikační protokol Control and Information Protocol (CIP). Komunikační sítě Remote I/O, DH+ a DH485 jsou původní komunikační sítě vyvinuté společností Allen Bradley. Komunikační sítě DeviceNet a ControlNet byly vyvinuty firmou Rockwell Automation, nyní jsou však vlastněny a spravovány organizacemi ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) a CI (ControlNet International). Tyto organizace také představily síť EtherNet/IP, která je otevřeným standardem její použití je bezplatné [8]. Všechny využívané procesy mají společné některé základní charakteristiky: technologická linka není centralizována do jednoho boxu, ale je rozložena po celé výrobní hale pro optimální řízení procesu je nutné rychlé a bezporuchové měření všech požadovaných veličin procesů na rozlehlém prostoru rychlé a spolehlivé musí být rovněž ovládání akčních členů cyklus zpracování naměřených signálů musí proběhnout v určitém stanoveném časovém intervalu 0,90ms/K instrukcí typického aplikačního programu vysokou stabilitu systému a komunikačních sítí udržování a zálohování jednotlivých programů o o zavedení systému v návaznosti na ISO ověřování softwaru + licencí Komunikace mezi jednotlivými SLC automaty a pracovními stanicemi se provádí pomocí průmyslových komunikačních sítí. Jedná se zejména o komunikační sítě: 21

EtherNet/IP informační síť ControlNet řídící a informační síť DH+ - informační síť DeviceNet síť koncových zařízení Obrázek č. 2: Používané komunikační průmyslové sítě Zdroj: AB [online]. 2008 [cit. 2008-10-03]. Dostupný z WWW: <http://www.rockwellautomation.cz/applications/gs/emea/gscz.nsf/files/1747-br017_-csp.pdf/$file/1747-br017_-cs-p.pdf>. 2. 2. 1 EtherNet/IP Na informační úrovni jsou komunikační sítě obvykle rozsáhlé a objemy přenášených dat značné. Příkladem může být celopodniková komunikační síť pro sběr dat a údržbu aplikačních programů řídicích systémů. Vhodnou datovou komunikační sítí pro informační úroveň je EtherNet TCP/IP, který je podporován většinou výrobců automatizační a výpočetní techniky a má dostatečnou přenosovou kapacitu. EtherNet by však neměl být používán pro vlastní řízení nebo komunikaci mezi jednotlivými řídicími systémy, neboť to není deterministická komunikační síť. To však nevylučuje použití TCP/IP pro přenos dat mezi vzdálenými celky [9]. 22

Komunikační síť EtherNet/IP 9 je založena a vystavěna na celosvětově známé komunikační síti EtherNet s protokolem TCP/IP. Umožňuje nám efektivně spravovat řízení v reálném čase a informační tok v rámci výroby a IT podniku. Prostřednictvím komunikační sítě EtherNet/IP můžeme přenášet data z řídících prvků, zařízení a informačních systémů na základní řídící úrovni podniku do dalších částí společnosti. Snadný přístup k těmto informacím má zásadní význam pro přijímání informovaných rozhodnutí o kapacitě a řízené podniku. EtherNet/IP má otevřený sítový standart, který využívá normu IEEE 10 802.3 (Institute of Electrical and Electronics Engineers). V praxi to znamená, že nám pro připojení do této komunikační sítě vystačí obyčejná síťová karta v osobním počítači. Všeobecná znalost a dostupnost hardware spojená s vysokou rychlostí komunikace činí tuto síť velice atraktivní pro mnoho aplikací. Typickou úlohou pro tuto komunikační síť je přenos dat do osobního počítače popřípadě operátorských panelů. Lze ji ale také použít pro komunikaci mezi řídicími systémy nebo pro komunikaci se vstupy a výstupy nebo i pro připojení frekvenčních měničů 11 atd. Typy přenosů v komunikačních sítích EtherNet/IP informační: Přenos časově nekritických dat. Typické jsou velké pakety. Informační datové výměny jsou většinou krátce žijící explicitní spojení mezi jedním tvůrcem a jedním cílovým zařízením (kanál může zůstat otevřený). Informační datové pakety využívají TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) protokol a výhod TCP datových vlastností I/O data: Přenos časově kritických dat. Typické jsou malé pakety. I/O datové výměny jsou dlouhotrvající implicitní spojení mezi jedním tvůrcem a více cílovými zařízeními. I/O datové pakety využívají UDP/IP (User Datagram Protocol / Internet Protocol) protokol a výhod výkonu a rychlosti UDP. Spojení se nazývá implicitní proto, že význam přenášených dat je implicitně definován pomocí identifikace připojení (Connection ID). 9 IP - Industrial Protocol 10 česky Institut pro elektrotechnické a elektronické inženýrství 11 slouží k regulaci otáček asynchronních motorů pomocí změny frekvence 23

přenášení dat v reálném čase mezi procesory: Cyklická datová synchronizace mezi jedním produkujícím procesorem a více konzumujícími procesory. Data přenášená v reálném čase využívají UDP/IP protokol a výhod výkonu a rychlosti UDP 2. 2. 2 ControlNet ControlNet je nová generace datové komunikační sítě pro automatizaci a řízení. Je to výkonná deterministická komunikační síť s přenosovou rychlostí 5 Mbit/s, umožňující zasílat časově kritická data deterministicky a opakovatelně. Na chod komunikační sítě nemá vliv změna počtu připojených zařízení. ControlNet umožňuje určit časový okamžik odeslání dat (determinismus) a tento časový okamžik se nemění, pokud jsou zařízení připojována nebo odpojována od komunikační sítě (opakovatelnost). Komunikace se plánuje pomocí detekovaného softwaru [10]. Časově kritická data jsou deterministicky přenášena vysokorychlostním spojením, zatím co ostatní data jsou přenášena přes klient-server spojení. Silnou stránkou této komunikační sítě je možnost více přístupů v jeden okamžik. Například možnost více uzlů přijímat současně data vysílaná jedním uzlem. Výhody ControlNetu: flexibilita instalace možnost zálohování rovnocenný přístup ke komunikační síti z každého uzlu jediné propojení pro přenos vstup/výstupních dat, programování zlepšená peer-to-peer 12 komunikace uživatelsky volitelná četnost přenosu vstupů/výstupů determinismus/opakovatelnost zjednodušený přístup k analogovým datům 12 rovný s rovným, P2P nebo klient-klient je označení architektury počítačových sítí, ve které spolu komunikují přímo jednotliví klienti (uživatelé) 24

vysoká obnovovací rychlost zlepšená systémová diagnostika Technické parametry: přenosová rychlost: 5Mbit/sec maximální počet uzlů: 99 připojení: pomocí rozbočovačů Allen-Bradley, které umožňují připojení na libovolném místě segmentu, délka segmentu závisí na počtu připojených uzlů a mohou být spojovány pomocí opakovačů do rozsáhlejších komunikačních sítí medium: koaxiální kabel RG6 (cenová výhodnost, dostupnost, odolnost vůči rušení, vhodná šířka přenášeného pásma), BNC konektory topologie: sběrnice, strom, hvězda Výběr fyzické vrstvy komunikační sítě ControlNet je výsledkem kompromisu mezi přenosovou rychlostí, počtem komunikačních uzlů, maximální délkou komunikační sítě, odolností proti rušení a obtížnosti instalace. Jako přenosové prostředí využíváme koaxiální kabel RG6 standardně používány v rozvodech kabelové televize. Kabel je opatřen konektory typu BNC a pro připojení zařízení ke komunikační síti jsou použity speciální koaxiální rozbočovače. Délka komunikační sítě závisí na počtu připojených zařízení, při dvou uzlech je maximální délka vedení 1 000 m, při 48 uzlech 250 m. Topologie komunikační sítě může být buď hvězdicová, nebo stromová. Pomocí opakovačů je možné zvětšit počet uzlů na 99 nebo prodloužit koaxiální vedení na délku až 6 km. Komunikační síť ControlNet využívá přenosový model nazvaný producerconsumer. Protokol komunikační sítě ControlNet poskytuje každému uzlu (zařízení) garantovanou možnost přístupu k přenosovému prostředí použitím patentovaného algoritmu časových řezů. Tento algoritmus zaručuje předávání pravidelně se opakujících i mimořádných zpráv. Přenos pravidelných zpráv je deterministický a opakovatelný. 25

Aktualizace vstupu a výstupů je konfigurovatelná uživatelem a nezávislá na přidání nebo vyjmutí zařízení z komunikační sítě. Část časového řezu nevyužitá pro přenos pravidelných zpráv je použita pro přenos mimořádných zpráv, jejichž okamžik přenosu není kritický. Připojení systému ke komunikační síti ControlNet je provedeno přes převodník 1747-ACNR15, který poskytuje procesorům spojení s komunikační sítí. Tyto adaptéry jsou navrženy jak pro zajištění plánované, tak pro neplánové komunikace po komunikační síti. Mezi hlavní výhodu tohoto spojení se považuje, že modul má v sobě zabudované dva BNC konektory pro redundantní spojení. 2. 2. 3 DH+ Průmyslová komunikační síť Data Highway Plus (DH+) je domovskou sítí řídicích systémů SLC5. Kromě řídicích systémů řady SLC5 mohou v této komunikační síti být připojeny operátorské panely, osobní počítače s použitím speciálních modulů (1784- PKTX), řídicí systémy SLC500 řady 5/04, řídicí systémy ControlLogix atd. Ke komunikační síti může být připojeno až 64 zařízení. Komunikační síť není učena pro připojení vzdálených vstupů a výstupů [11]. Typ kabelu 1770-CDx, Belden 9463 Maximální délka 3000m (při rychlosti 57kbps) Přenosová rychlost 57, 115, 230kbps Tabulka č. 2: DH+ Zdroj: AB [online]. 2008 [cit. 2008-10-03]. Dostupný z WWW: <http://www.rockwellautomation.cz/applications/gs/emea/gscz.nsf/files/1747-br017_-csp.pdf/$file/1747-br017_-cs-p.pdf>. 2. 2. 4 DeviceNet DeviceNet je standardní otevřená komunikační síť, přístupná všem výrobcům automatizační techniky pro připojení do systému, která umožňuje přenos dat na nejnižší úrovni řízení-snímačů a akčních členů. Výrobci automatizační techniky nemusejí kupovat hardware ani software nebo licenční práva na napojení do řídicího systému. 26

DeviceNet je založen na komunikačním protokolu Controller Area Network (CAN), který byl původně vyvinut pro evropský automobilový průmysl. CAN komunikační síť má vysokou odolnost proti rušení a integrované obvody jsou dostupné u mnoha celosvětových výrobců (Philips, Motorola, Intel, NEC, Siemens, atd.). DeviceNet byla navržena firmou Allen-Bradley a v současné době je používána téměř stovkou firem vyrábějících snímače a akční členy. Maximální délka komunikační sítě (v metalickém provedení) je 500m, maximální počet uzlů na síti je 64 a maximální přenosová rychlost je 500kbit/s. Přenosové médium je speciální 5ti žilový kabel (2 vodiče datové, 2 vodiče napájecí a stínění). Na obrázku č. 3 je příklad definovaných korektorů pro fyzickou vrstvu sběrnice DeviceNet. Mohou to být šroubovací svorkovnice, pevně připevněné dráty nebo dva typy rozpojitelných konektorů. Obrázek č. 3: Připojovací konektory DeviceNet Zdroj: AB [online]. 2008 [cit. 2008-10-03]. Dostupný z WWW: <http://www.rockwellautomation.cz/applications/gs/emea/gscz.nsf/files/1747-br017_-csp.pdf/$file/1747-br017_-cs-p.pdf>. 2. 3 SLC 13 automat Programovatelné automaty se staly nejvýznamnějším řídícím prostředkem pro řízení technologických procesů, výrobních linek a strojů již během první poloviny 80. let. První programovatelný automat nebyl o nic více než jen elektronickou náhradou relé. 13 Small Logic Cell 27

Dnešní SLC automaty se staly výrobními nástroji s klíčovým významem. Jako součást celopodnikového řešení zajišťují řízení v rámci více disciplín. Základní řídící úrovni a rovněž dodávají data softwarovým aplikacím, které je převádějí na informace sloužící k lepšímu rozhodování řídících pracovníků a pracovníků obsluhy [12]. Původně byly SLC používány jako náhrada za klasické logické 14 řídicí systémy. Ty byly nejprve reléové, později využívaly modernější elektronické prvky tranzistory a pak integrované obvody. Ve všech těchto případech se ale jednalo o tzv. pevně naprogramovaný řídicí systém, u kterého třeba i malá změna technologie vyvolala nutnost rozsáhlých změn řídicího systému (měnilo se schéma zapojení) případně jeho výměny. Výhodou použití SLC je, že se jedná o volně programovatelný řídicí systém. Změny technologie lze pak řešit pouhým doplněním dalších modulů ke stávajícímu SLC (u modulárního provedení), respektive použitím rozšiřovací jednotky (u kompaktního provedení). Pochopitelně s touto změnou konfigurace souvisí také změna programu, který SLC vykonává. Výhodou též je, že SLC umožňují jednoduše kombinovat dva základní typy řídících systému. Jednak jsou to systémy: distribuované řídicí systém se nachází přímo u strojů, které má řídit. systémy integrované řídicí systém je na pracovišti řídících pracovníku (velínu). Tak je možno spojit výhody obou systému řídicí systém je blízko u řízeného stroje a přitom lze řídit dílnu, provoz, podnik jako celek. Základním prvkem distribuovaných řídících systému jsou SLC. K těm jsou připojeny snímače (dnes i inteligentních tzv. smart senzoru) a akční členy (pohony a regulační orgány). SLC automaty jsou propojeny pomocí různých průmyslových sběrnic a napojeny na vizualizační a dispečerské integrované řídicí systémy. Vytváří se tak systémy CIM 15. Pomocí sběrnice připojujeme k SLC vzdálené vstupy a výstupy (remote I/O). Další 14 logos = týkající se myšlení z řečtiny 15 Computer Integrated Manufacture = integrované řízení podniku pomocí počítačů 28

výhodou je, že v současnosti již SLC obsahují technické (hardware moduly pro komunikaci s analogovým prostředím) i programové (software - instrukce) prostředky, které umožňují realizovat kromě logického řízení též regulaci analogových veličin a nahrazovat tak klasické regulátory. SLC automat je modulární řídicí systém. Obsahuje procesory, vstupní a výstupní jednotky a periferní zařízení, které umožňuje sestavit výkonný a flexibilní řídicí systém s možností konfigurace vlastností a parametrů komunikací. Programovatelné automaty se dělí do několika kategorií, které se navzájem liší především počtem vstupů a výstupů. V současné době SLC dělíme: velmi malé malé střední modulární Další dělení je z hlediska flexibility počtu vstupů a výstupů: kompaktní (Fixed Hardware Style) o Toto provedení je levné a používá se spíše pro jednodušší aplikace. Variabilnost konfigurace je u něj malá. Obvykle má pouze omezený počet digitálních vstupu, digitálních výstupu a někdy též rychlé čítače 16, nebo analogový vstup či výstup. Určitou variabilitu umožňuje též použití výměnných násuvných modulu (tzv. piggyback), které se zasouvají do patic na desce plošného spoje. Některé kompaktní SLC mají též možnost zvětšit variabilitu konfigurace použitím přídavných modulů. 16 sledování signálů o velké frekvenci 29

modulární (Modular Hardware Style) o Je vhodné pro náročnější aplikace. Umožňuje výrazně větší variabilnost konfigurace. Základem je rám (rack, chassis) jehož součásti je zdroj. V zadní části rámu je vedena interní sběrnice, na níž jsou konektory pro připojení modulů. Délka rámu je různá podle počtu slotů pro zasunutí modulu (unit). Jako první se vpravo od modulu (Allen-Bradley SLC) zdroje zasouvá modul CPU (processor) a pak následují další vstupní/výstupní moduly (I/O modules, v/v moduly). K základnímu rámu, ve kterém je CPU je možno u některých SLC připojit další rozšiřovací rámy. Ty už mají pouze v/v moduly a CPU je společná v základním rámu [13]. 2. 3. 1 Procesory Procesory SLC nabízejí širokou volbu druhu a velikosti paměti, vstupně výstupní kapacity, instrukční sady, napájení a komunikační rozhraní. Procesory disponují vysokou spolehlivostí s možností stovek tisíc instalací. V Precheza a. s. se využívají řídící automaty SLC 500 od firmy Allen-Bradley, respektive programovatelné automaty nové generace CLX 17. Obrázek č. 4: Procesory SLC 500 Zdroj: Ab [online]. 2009 [cit. 2009-03-02]. Dostupný z WWW: <http://www.ab.com/programmablecontrol/plc/slcsystem/controllers.html>. 17 ControLogiX 30

Řídicí systémy SLC-500 mohou navzájem komunikovat po sériové průmyslové komunikační síti DH-485 rychlostí 19,2 kbaud. Na této komunikační síti může pracovat až 32 stanic. Celková délka komunikační sítě může být max. 1,3 km. Datový kanál pro přímé napojení na DH-485 mají všechny procesory 5/01 až 5/03. Procesor 5/04 je vybaven kanálem DH+ a umožňuje kombinovat systémy SLC-500 a SLC-5. Procesory 5/05 jsou vybaveny standardním EtherNet portem s protokolem TCP/IP a je možné je začlenit do počítačové komunikační sítě. Druhý datový kanál na procesorech 5/03 až 5/05 je typu RS- 232 a lze na něm používat protokol DH-485. Pomocí speciálních komunikačních jednotek lze systém připojit i na ostatní komunikační linky - ControlNet, DeviceNet a RIO a používat všechny technické prostředky navržené pro tyto linky. 31

Typy procesorů pro řídící automaty SLC 500 (Allen-Bradley): Procesor (katalogové č.) 5/01 5/02 5/03 5/04 5/05 Kapacita paměti (instrukčních slov) 1 K / 4 K 4 K/ 16 K 4 K + 16 K 12 K + 4 K 8 K + 4 K 16 K + 4 K 32 K + 4 K 64 K + 4 K 16 K + 4 K 32 K + 4 K 64 K + 4 K Zálohování paměti/ zálohování doba kondenzátor / baterie baterie baterie baterie baterie Zálohování programu EEPROM / UVPROM EEPROM / UVPROM Flash Flash Flash Doba cyklu pro 1 K instrukcí 8 ms/k 4,8 ms/k 1 ms/k 0,9 ms/k 0,9 ms/k DH-485 standard standard standard s 1761- NET-AIC s 1761- NET-AIC DH+ ne ne ne standard ne RS-232 na 1747-KE na 1747-KE standard standard ne RIO na 1747-SN na 1747-SN a 1747- DCM na 1747-SN a 1747- DCM na 1747-SN a 1747- DCM na 1747-SN a 1747- DCM Tabulka č. 3: Typy procesorů SLC 500 Zdroj: SOFTYON [online]. 2008 [cit. 2008-11-06]. Dostupný z WWW: <http://www.softyon.cz/ab/default.htm>. 32

2. 3. 2 Vstupy a výstupy Vstupní a výstupní moduly jsou nabízeny v různých řadách se 4, 8, 16 a 32 přípojnými body a mohou zpracovávat jak střídavé, tak i stejnosměrné veličiny a napěťové úrovně. Výstupní moduly jsou k dispozici s reléovými výstupy [14]. Obrázek č. 5: Vstupně/výstupní moduly Zdroj: Ab [online]. 2009 [cit. 2009-03-02]. Dostupný z WWW: < http://citace.com/apl-www.php >. Podle zpracovávaného signálu rozeznáváme moduly: binární (diskrétní = Discrete I/O) analogové speciální (moduly rychlých čítaců, moduly pro komunikaci) Některé moduly se označují jako inteligentní - mají vlastní mikroprocesor a programové vybavení od výrobce (firmware), které zajistí předzpracování signálu vysílaného do CPU. Prahová úroveň mezi high (true) (=logická 1) a low (false) (= logická 0) je přibližně na 1/2 jmenovitého napětí jednotky. Nezapojený vstup se chová tak, jako kdyby na něm byla logická 0 (v souladu s klasickými prvky automatizační techniky jako jsou relé a stykače, kde stav nesepnuto odpovídá logické 0). V tom je rozdíl od integrovaného obvodu, mikroprocesoru a mikrokontroleru, kde se nezapojený vstup chová, jako kdyby na něm byla úroveň logické 1. Binární jednotky dále rozdělujeme na stejnosměrné a střídavé, nebo na vstupní, výstupní a kombinované (např. 16 bitu, z nichž 8 je vstupních a 8 výstupních). Podle počtů bitu se dělají jednotky 4, 8, 16, 32 bitové. Vstupy jsou galvanicky oddělené (GO), výstupy mohou být galvanicky oddělené (optron, optotriak, relé pomalejší). Stejnosměrné vstupní binární jednotky se dělají nejčastěji pro napětí 24 V (menší problémy s rušením než u 5 V), ale též 5 V, 12 V, 48 V. Střídavé 33

vstupní binární jednotky se dělají pro napětí 24 V, 48 V, 115 V, 230 V. Stejnosměrné výstupní binární jednotky provedení je s výstupy tranzistorovými (PNP nebo NPN). Napětí je obvykle dáno rozmezím např. 10 až 50 V, 24 až 48 V. Střídavé výstupní binární jednotky provedení je s výstupy triakovými nebo reléovými (ty lze použít i jako stejnosměrné). U triakových jednotek je opět napětí dáno rozmezím např. 24 až 250 V, 100 až 240 V. U reléových jednotek je dáno jen maximální napětí např. 250 V. V současné době v Precheza a. s. jsou zejména vyžívané vstupně/výstupní jednotky s napětím 24V stejnosměrné, avšak ve starších aplikacích se můžeme setkat s jednotkami na napětí 230V střídavé. Jednotky se střídavým napětím 230V bývají často zdrojem poruch, z hlediska chybného vyhodnocení vstupního napětí. Vzhledem k delším kabelovým vedením k jednotlivým vstupním signálům dochází k nechtěné indukci napětí ve vodičích kabelů a tím k falešnému vstupnímu signálu na kartě. 2. 3. 3 Operátorský panel PanelView (obrázek 6.) se vyrábí v různých variantách panelů operátora pro řídicí systémy SLC-500. PanelView je vysoce funkční a cenově příznivý panel operátora, s možností snadného připojení na komunikační síť DH-485, ( DH+, RemoteI/O, ProfiBus, DeviceNet, EtherNet). Panel View používáme zejména pro jednoduché aplikace s minimálními požadavky na ovládání a vizualizaci. Výhodou je jejich robustnost a vysoký stupeň krytí IP, proti vniknutí vody a prachu. Obrázek č. 6: Operátorské panely Zdroj: Conteroltech [online]. 2008 [cit. 2008-12-28]. Dostupný z WWW: <http://www.controltech.cz/products/panelview_standard.php?pid=2>. 34