Komunikaciona rešenja kompanije HMS Industrial Networks za Industriju 4.0

08.01.2018

Koncept Industrije 4.0 star je nekoliko godina, a u stručnim časopisima i tekstovima s područja industrijske automatizacije gotovo je „istrošen“ pojam.

S obzirom da je uz digitalizaciju proizvodnih operacija glavna svrha koncepta povezivanje inteligentnih proizvodnih procesa, jedan od problema na putu prema konceptu Industrije 4.0 je premošćivanje 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 nekompatibilnosti industrijskih protokola, komunikacionih interfejsa i bežičnog pristupa uređajima.

Transportne trake, pogoni i drugi uređaji predstavljaju krvotok proizvodnje. Većinu industrijske opreme prate i kontroliraju PLC kontroleri, koji predstavljaju „mozak“ proizvodnih objekata. Na nivou proizvodnog pogona prilikom povezivanja više PLC sistema u jedinstvenu mrežu često dolazi do nekompatibilnosti industrijskih protokola. Do nekompatibilnosti protokola, na primjer, može doći između dviju mreža koje se temelje na dva različita komunikaciona protokola, ili zbog različitih komunikacionih protokola pogonske mreže i industrijskih uređaja. Slanje podataka iz PLC kontrolera u jedinstven sistem izveštavanja i odlučivanja tada predstavlja izazov. S navedenim problemima susreću se graditelji 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 preko pretvarača u obliku spoljne jedinice. Pretvarač, koji djeluje kao prevoditelj između industrijskih uređaja i nadzorne mreže zove se Anybus Communicator. HMS nudi 50 različitih verzija ovog pretvarača.

Slika 1: Anybus Communicator komunikacioni interfejs koristi se za spajanje mašina i upravljačkog sistema.

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 da pokriju većinu kombinacija komunikacionih protokola.

Slika 2: Anybus X-Gateway pretvarači koriste se za pretvorbu dva različita komunikaciona protokola pri integraciji sistema unutar proizvodnog pogona.

Za potrebe proizvođača elektronike ili proizvođača mašina dostupna su komunikaciona interfejsa u obliku priključnog modula, integriranih sklopova ili komunikacione kartice. Za komunikaciju između mašine i pogonske mreže, komunikacioni interfejsi predstavljaju ulaznu tačku na 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 da već u fazi projektovanja planira uporabu i umetanje komunikacionog modula u mašinu. Utor za modul mora da omogući pravilno povezivanje komunikacionog modula i željenog uređaja. Neka Anybus komunikaciona rešenja već imaju instaliran mrežni procesor, koji deluje komplementarno s procesorom uređaja koji želimo da povežemo s mrežom.

Slika 3: Priključni moduli namenjeni su proizvođačima elektronskih komponenti. Integrirano rešenje omogućava izravnu vezu s uređajima na mreži.

HMS Industrial Networks inače proizvodi tri vrste integriranih rješenja - pored priključnih modula za komunikaciju, još odstoje integrirani sklopovi i komunikacione kartice. U poređenju s komunikacionim pretvaračima u obliku spoljne jedinice (slike 1 i 2), trošak po instaliranoj jedinici se smanjuje s povećanjem broja proizvedenih uređaja u koje se instaliraju adapteri.

Slika 4: Integrirani sklop i kartica za razliku od komunikacionog modula dopuštaju izradu rešenja po meri.

Treća mogućnost za savladavanje problema različitih komunikacionih protokola je razvoj vlastitog komunikacionog rešenja. Ta opcija zahteva vreme, resurse i iznad svega znanje. Ako odstoji potreba da se prevedu komunikacioni protokoli samo u jednoj komunikacionoj mreži, razvoj vlastitog rešenja se isplati za veće količine. Kada odstoji potreba za komunikacijom uređaja s više različitih komunikacionih protokola, potrebno je razviti rešenja za sve protokole na koje želimo da spojimo industrijski uređaj. Treba napomenuti da razvoj vlastitih integrisanih rešenja zahteva više vremena i ulaganja u fazi projektovanja i dizajna mašina.

Glavni faktori kod izbora neke od ovih opcija 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 zahteva vreme za razvoj, što u krajnjem ishodu znači troškove osoblja i programiranja. Razvoj prilagođenih rešenja iziskuje troškove i vreme, ali donosi uređaj prilagođen dizajneru ili krajnjem korisniku. Proizvođači mašina, s druge strane, moraju da obrate više pažnje na razvoj funkcionalnosti i namenu mašina, a ne probleme spajanja na mrežu.

Kod izbora 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“ aplikacija (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 razlikuju se po složenosti izvedbe i funkcionalnosti koju pružaju. Važno je ponovno naglasiti da se komunikacioni protokoli stalno ažuriraju i obnavljaju, pa je potrebno obezbediti rešenje koje ta ažuriranja podržava.

Komunikacioni pretvarači između različitih industrijskih protokola u obliku spoljne jedinice su najprikladniji kada je korisnik suočen s manjim brojem čvorova industrijskih protokola. U slučaju da proizvođač mašina koristi masovnu proizvodnju uređaja, ima više smisla da se odluči za opcije koje se mogu ugraditi ili da razvijati svoja vlastita rešenja, gdje se cena po jedinici smanjuje zbog velikih količina. HMS Industrial Networks isporučuje komunikacione adaptere u obliku „spoljnih” konvertera, spremnih za upotrebu. Osim toga, na raspolaganju su komunikaciona interfejsa, takođe spremni za upotrebu, ali je na mašini potrebno predvideti odgovarajuće mesto za instalaciju (utor za umetanje).

Još jedno od komunikacionih rješenja 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. Wireless Bridge predstavlja bežičnu pristupnu tačku za povezivanje mreža, gde se mreža i Wireless Bridge povezuju preko Etherneta ili serijske komunikacije. Povezivanjem dva Wireless Bridge-a moguće je uspostaviti bežični prelaz između dve mreže. Wireless Bolt predstavlja bežičnu pristupnu tačku za potrebe bežičnog povezivanja mašina, gdje uređaj i pristupnu tačku spajamo preko Etherneta, CAN-a ili serijske komunikacije. Wireless Bolt predstavlja bežičnu pristupnu tačku mašina koji je moguće povezati s pametnim uređajem (telefonom ili tabletom). Bežična komunikacija se u oba slučaja vrši preko Bluetooth ili WLAN komunikacionog protokola.

Primenom rešenja u slučaju Wireless Bolta moguće je uspostaviti koncept »Bring-your-own-device« („donesi svoj uređaj“), gde operater ili održavalac pristupaju mašini preko tableta ili pametnog telefona, bez potrebe za fizičkim pristupom mašini preko HMI interfejsa. Dakle, moguće je smanjiti troškove rada i održavanja i olakšati rad osoblja, jer bežični pristup omogućava daljinsko podešavanje parametara, rad i održavanje mašina koje se nalaze na udaljenim ili teško dostupnim lokacijama.

Slika 5: Koncept »Bring-your-own-device« („donesi svoj uređaj“) omogućava parametrizaciju i održavanje preko pametnih uređaja.

Kompanija HMS Industrial Networks iz Švedske poznata je kao proizvođač 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 obezbeđuje uslove za uspostavljanje koncepta Interneta stvari i Industrije 4.0.

Tekst je preuzet 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.

Inea SR d.o.o., Karađorđeva 12/217, 11300 Smederevo.

Više o opremi HMS: http://www.hms-networks.com/.