Integrace dat procesního vážení Průmyslové vážení Bílá kniha Efektivní přenos dat procesu vážení do systémů MES nebo ERP vyšší úrovně může zpřehlednit výrobní proces. Zvýšená přehlednost přispívá k lepšímu využívání výrobních prostředků a snížení provozních nákladů a usnadňuje naplnění požadavků certifikačních nebo oborových norem. Identifikace a implementace nejefektivnějšího systému sběru a integrace dat však může být obtížná, zejména ve výrobních provozech využívajících starší technologie. Tento technický dokument se zabývá problematickými stránkami integrace procesu a upozorňuje na podstatné faktory, které je třeba vzít v úvahu při stanovování provozních limitů a cílů sběru dat. Řešení pro vážení a komunikaci splní očekávání a přinesou měřitelnou návratnost investic, jsou-li tyto faktory vzaty v úvahu. Obsah 1. Určení problematických stránek integrace dat 2. Určení cílů integrace dat 3. Posouzení řešení integrace dat 4. Návrh nejvhodnějších postupů 5. Řešení potíží s komunikací 6. Shrnutí 7. Další zdroje informací
1. Určení problematických stránek integrace dat Při snaze o efektivní integraci dat vážení do automatizovaných systémů ERP/MES mohou výrobci narazit na následující potíže: rychlost schopnost poskytovat spolehlivá, filtrovaná data vážení automatizačním systémům vyšší úrovně v aplikacích, kde čas hraje důležitou roli (např. vysoce přesné plnění) za účelem přizpůsobení výroby. přizpůsobivost schopnost předávat informace, které ovlivňují přesnost vážení, využití materiálů a rychlost výroby, jako jsou identifikátor produktu, cílová hmotnost, tárová hmotnost, stav váhy, zprávy pro operátora a informace o chybách. náklady schopnost využívat řešení, která integrují data z více vah do jediného automatizovaného systému. omezení použitého zařízení inovace nebo výměna zařízení za nové ovladače umožňující automatizaci. nepříznivé podmínky vysokotlaké čištění; výbušné nebo korozivní prostředí; silné vibrace; elektromagnetické rušení nebo extrémní teploty. 2. Určení cílů integrace dat Před výběrem vážicího terminálu nebo komunikačního systému je třeba posoudit cíle integrace dat. Mimo jiné je třeba si zodpovědět následující otázky: Jaký typ informací se bude předávat mezi vážicím terminálem a automatizačním systémem? Jaké osoby nebo zařízení budou data využívat a k čemu? Čím je inicializován přenos dat a jak často se komunikace bude uskutečňovat? Jaké jsou požadavky na formát dat? Lze je přizpůsobit? Jaké komunikační médium je k dispozici? Lze je přizpůsobit? Mnohé z těchto otázek jsou strategické povahy: jaký typ informací je vyžadován, kým a k jakému účelu? Když jsou tyto otázky zodpovězeny, lze zkoumat zbývající řešení s cílem dosažení maximální výkonnosti. Tím se zvýší pravděpodobnost, že finální integrace procesu přinese měřitelnou a dokonce rychlou návratnost investic. 3. Posouzení řešení integrace dat Uvažujeme-li o ovládání prostřednictvím PLC, může typ rozhraní pro sběrnici ovlivnit technické parametry vážicího zařízení. Výběr sběrnicové sítě pro PLC je založen na faktorech jako je typ sběrnice používaný automatizační technologií, počet potřebných uzlů, typy zařízení, objem dat přenášených po síti, požadovaná rychlost přenosu dat a rozpočet na projekt. Dodavatel automatizační technologie zváží výhody a nevýhody různých typů sítě. Vhodný vážicí terminál poskytuje například následující funkcionalitu: odesílání cílových dat vážení do vážicího terminálu sběr kalibračních informací nebo kalibrace prostřednictvím programu PLC statistiky váhy Cíle vážení jako je celková přesnost procesu a rychlost plnění, spolu se zvolenou sběrnicovou sítí pro PLC, určí, jaký typ terminálu a rozhraní je potřeba. Není-li integrace dat do PLC Odborné posouzení podmínek, za nichž má vážicí systém pracovat beze ztráty přesnosti nebo komunikace se systémy vyšší úrovně pomůže určit provozní limity. Na základě takového posouzení a v souladu s cíli integrace dat lze vybrat nejvhodnější řešení pro vážicí zařízení a datovou komunikaci. METTLER TOLEDO Procesní vážení 2
vyžadována, lze využít i sériovou komunikaci nebo komunikaci v ethernetové síti TCP/IP prostřednictvím počítače. Využití bezdrátové komunikace je snazší se systémy komunikujícími na síti Ethernet TCP/IP než se systémy PLC. Rozhraní OPC mohou prostřednictvím serveru OPC integrovat data vážení do dalších aplikací podporujících OPC. OPC poskytuje standardizovaný datový formát, který může snížit náklady na integraci a podporu, snížit složitost systému a zrychlit vývoj projektu průmyslové automatizace. Metoda komunikace Základní data vážení přes sériové připojení nebo Ethernet TCP/IP Základní data vážení přes signál 4 20 ma nebo 0 10 Vss Požadavky a omezení Standardní datový formát terminálu s předdefinovanými a omezenými datovými sestavami Šablona tisku uložená ve vážicím terminálu a zpřístupněná pro externí zařízení Server OPC předává datový formát vážení Omezené předávání hmotnosti nebo rychlost Vyžaduje oddělenou komunikaci mezi řídicím systémem a vážicím terminálem pro funkce jako jsou povely nulování nebo tisku Ve světě produktů METTLER TOLEDO následuje porovnání systémů PLC a TCP/IP na vysoké úrovni. 4. Návrh nejvhodnějších postupů Nejvhodnější postupy pro integraci vážicích terminálů do systémů vyšší úrovně jsou založeny na doporučeních dodavatelů automatizační technologie. Na uvedení nejvhodnějších postupů pro každý typ automatizační sítě není v této publikaci prostor, nicméně dále uvádíme několik příkladů nejvhod- Data vážení přes průmyslovou sběrnici PLC, např. EtherNet/IP nebo Profibus DP nějších postupů pro implementaci ethernetových sítí, jako jsou Ether- Net/IP, Modbus TCP nebo ProfiNet. Srovnání průmyslových a kancelářských sítí Na návrh průmyslových sítí jsou kladeny jiné požadavky než na Vyžaduje hardware a program pro PLC pro integraci dat Možnosti rozhraní PLC omezují velikost datového paketu nebo zprávy Produkční certifikát návrh sítí do kanceláří. Síťový provoz generovaný programováním, konfigurací a diagnostikou zařízení EtherNet/IP a při výměně dat, u nichž nezáleží na rychlém zpracování, je typicky slabý a sporadický. Ve výrobním procesu však síťový provoz generovaný výměnou dat vyžadujících rychlé zpracování sestává zejména z paketů UDP/IP Unicast a Multicast. Síťový provoz na protokolu IP Multicast generovaný v síti EtherNet/IP je vysokorychlostní, s krátkými pakety a je generován trvale. Je-li podsíť EtherNet/IP připojena k síti výrobního provozu, je nutné zablokovat trvalé šíření paketů Multicast. Přestože stálý tok informací z podsítě může být žádoucí pro optimalizované vážení, může také vyvolat záplavu multicastových zpráv, která, není-li regu- METTLER TOLEDO Procesní vážení 3
4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Dodávky průmyslových zařízení využívajících Ethernet (tisíce ks) 2008 ARC Advisory Group Popularita zařízení založených na Ethernetu vzrůstá díky vyšší rychlosti, větší šířce pásma, běžně dostupným komponentám a snadnosti instalace. lována, může snížit výkonnost celé sítě výrobního provozu. Optimalizace průmyslové sítě EtherNet/IP Společnost Rockwell Automation poskytla následující doporučení pro optimalizaci výkonnosti sítě při použití technologie EtherNet/IP. Kdykoli je to možné, zvolte na síti EtherNet/IP komunikaci Unicast. Unicast I/O pro EtherNet/ IP umožňuje přímou komunikaci point-to-point mezi dvěma zařízeními v síti. Tato komunikace je efektivnější, když není nutné sdílet vstupní a výstupní data s více zařízeními. Další informace a srovnání komunikačních metod Unicast a Multicast lze najít v publikaci ODVA č. 70, Recommended Functionality for EtherNet/IP Devices (Doporučená funkcionalita pro zařízení EtherNet/IP); odkaz na ni je uveden v závěru tohoto dokumentu. Minimalizujte zatížení zařízení nežádoucím síťovým provozem IP Multicast. Tohoto cíle lze, v závislosti na konfiguraci podsítě a konektivitě zařízení dosáhnout použitím řízených ethernetových přepínačů podporujících virtuální místní sítě (VLAN) a směrování IP Multicast paketů. Minimalizujte zatížení přepínačů nežádoucím síťovým provozem IP Multicast. Používejte plně duplexní řízené průmyslové přepínače podporující IGMP (Internet Group Multicast Protocol) snooping, zrcadlení portů, nastavení VLAN, statistické informace SNMP, blokování IP adres, automatické obnovení konfigurací, řízení Broadcast a Multicast zpráv pro jednotlivé porty, protokol STP a prioritizaci rámců. Minimalizujte zatížení sítě nežádoucím příchozím provozem IP Multicast, nebo zabraňte šíření zpráv IP Multicast generovaných podsítí EtherNet/IP do celé sítě výrobního provozu. Pro instalaci průmyslových sítí upřednostňujte konektory síťových kabelů s krytím IP67 a odolávající teplotám až 80 C. V prostředích se silným rušením je nutné použití průmyslově stíněné kabely CAT6 nebo CAT6a. V některých případech může uzemněný kovový vodič minimalizovat elektrické rušení. Správné uzemnění je nutné pro zabránění vzniku smyček, které mohou způsobit výpadky komunikace nebo rušení signálu. Použití vzorového kódu od dodavatele PLC nebo jiných integračních nástrojů jako jsou Automation Add-on-Profiles (AOP) a Add-on- -Instructions (AOI) společnosti Rockwell může zjednodušit integraci zařízení do automatizační sítě a minimalizovat chyby programování. 5. Řešení potíží s komunikací Řešení potíží s datovou komunikací vážicích terminálů a automatizačních systémů vychází z použité metody komunikace. U sériového nebo EtherNet TCP/IP spojení s počítačem stačí jednoduché připojení počítačové aplikace, jako je HyperTerminal, k ověření základního přenosu dat vážení z komunikačního portu terminálu. Řešení potíží se sítí Ethernet zahrnuje následující hlavní oblasti: síťová média (kabely, konektory, síťové karty) nastavení softwaru a konfigurace sítě výkonnost sítě s ohledem na přenos signálu Při řešení potíží se síťovými médii se využívá řada technických nástrojů, jako jsou zařízení TDR (měření odrazů v časové oblasti), handheld zařízení pro analýzu sítě METTLER TOLEDO Procesní vážení 4
a analyzátory funkce kabelů. K aplikacím založeným na PLC poskytují někteří dodavatelé počítačový simulační software pro sledování a kontrolu datové komunikace z portu PLC vážicího terminálu. Kontrolky na základní desce komunikační karty poskytují základní informace o jejím provozním stavu. Obejití aplikačního programu PLC a přímé vkládání výstupních povelů a datových jednotek může také být užitečným nástrojem pro řešení potíží. Řešení potíží s vážicími terminály může probíhat také prostřednictvím vzdáleného přístupu do konfiguračního souboru terminálu, protokolů o chybách a na webové stránky s diagnostickými a provozními informacemi. 6. Shrnutí Přínosy efektivního přenosu dat procesu do systémů MES nebo ERP vyšší úrovně a inteligentní inovace platformy/systému pro vážení: vylepšení možností řízení výrobního procesu vylepšení využití výrobních prostředků nižší provozní náklady měřitelná návratnost investic Jednoznačná identifikace cíle, ať už provedená interně nebo ve spolupráci s odborníky na vážení, zajistí, že investice do hardwaru a softwaru přinesou zamýšlené vylepšení procesu. Body ke zvážení při inovaci systému: Rychlost procesu (např. vysokorychlostního plnění), která ovlivňuje rychlost výměny dat Stávající zařízení a možnosti konektivity Rozpočet Nepříznivé provozní podmínky, například vysokotlaké čištění, agresivní chemikálie, nebezpečná prostředí a extrémní teploty Samotná data jaké osoby nebo zařízení je potřebují, k jakému účelu a v jakém formátu? Je vyžadováno připojení PLC nebo bude stačit sériové připojení či Ethernet TCP/IP? Konečně, řešení potíží se sítí Ethernet vyžaduje znalost síťových médií, konfigurace a signálové výkonnosti. Někteří dodavatelé poskytují počítačový simulační software pro kontrolu datové komunikace z portu PLC vážicího terminálu. Samotní dodavatelé mohou poskytnout podporu při porovnání různých řešení platforem pro vážení a komunikačních systémů. 7. Další zdroje informací Další informace o komunikačních funkcích, datovém formátu a požadavcích na sběrnicovou síť pro vážicí terminály METTLER TOLEDO naleznete na webu www. mt.com. Na následujících odkazech naleznete obecné i pro výrobce specifické informace, které mohou pomoci při optimalizaci automatizovaných procesů zahrnujících vážení. METTLER TOLEDO: www.mt.com/terminals Nástroje pro architekturu integrované automatizace společnosti Rockwell: www.rockwellautomation.com/ solutions/integratedarchitecture/ resources4.html#termination Software Rockwell Integrated Architecture Builder: www.rockwellautomation.com/ en/e-tools/configuration.html Knihovna ODVA DeviceNet : www.odva.org/default.aspx? tabid=73 Knihovna ODVA EtherNet/IP : www.odva.org/default.aspx? tabid=76 Profibus/ProfiNet : www.profibus.com Nástroj pro analýzu sítě: Wire Shark, www.wireshark.org; Fluke Networks: www.flukenetworks.com Kepware OPC: www.kepware.com Mettler-Toledo, s.r.o. Třebohostická 2283/2 100 00 Praha 10 Tel: +42 272 123 150 Fax: +420 272 123 170 www.mt.com Další informace Podléhá technickým změnám 02/2011 Mettler-Toledo AG