Многие крупные компании расширяются и наращивают объемы производства. В этом им активно помогает автоматизация технологических процессов и робототехника, которые все чаще используются не только на гигантских фабриках/заводах, но и на более мелких предприятиях. Это позволяет значительно увеличить скорость разработки и изготовления продукции. Чем выше уровень автоматизации – тем выше уровень производства. Так какие же ключевые технологии будут стоять во главе систем автоматизации и робототехники? Можно выделить четыре основных параметра – модульность, гибкость, программируемость, связанность. В данной статье мы постараемся рассмотреть, как некоторые компании реализуют эти тенденции.
Содержание:
Модульность
Первая тенденция, которая изобретена относительно недавно и постоянно совершенствуется – модульность. Дорогие специализированные машины имеют высокую стоимость и поэтому они изготавливаются на заказ, имея при этом довольно сложные и многофункциональные системы управления. Именно здесь модульность позволяет снизить расходы, позволяя выбрать только то оборудование, которое необходимо для нормальной функциональности механизма. По мере развития систем автоматизации и внесению изменений в функционал, небольшие компоненты могут заменяться в целях повышения экономической эффективности и интеграции новых технологий.
Модульность очень хороша для внесения изменений и модернизации АСУ, но имеет некоторые недостатки, такие как проблемы с влагоизоляцией. Наличие одного поставщика для аппаратного и программного обеспечения помогает оптимизировать некоторые процессы. Системы управления должны основываться на международных стандартах по целому ряду причин. Если оборудование не способно обеспечить гибкость обновления и изменения, то такой тип устройств может принести компании большие проблемы в будущем. Многие находят преимущества в оборудовании с открытым исходным кодом сетевых протоколов, и протоколов безопасности. Также должна быть предусмотрена возможность создания объединенных систем для оборудования различных производителей, что может потребовать перепрограммирования на нижнем уровне. Программа может быть изменена, приложения безопасности перепроверены, и, возможно, перепрограммированы.
B & R Industrial Automation является одним из многих поставщиков промышленного управления с помощью стандарт связи OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture). На прошлогодней выставке Hannover Messe, B & R объявила о разработке первого в мире полевого устройства для OPC UA. Контроллер системной шины X20 I/O позволяет OPC UA подключать измерительный слой (датчики) к слою планирования (Enterprise Resource Planning (ERP)) без каких-либо дополнительных интерфейсов.
«Например, функции контроллера X20BC008U в качестве сервера OPC UA предоставляет всю информацию о подключенных модулях ввода / вывода для клиентов OPC UA от любого производителя» ,- говорит Джон Ковал, директор по развитию бизнеса B & R. «Это включает в себя контроллеры, системы SCADA, системы ERP или облачные приложения. Интерфейсы, шлюзы, и связанная с ними потеря информации являются делом прошлого. Все данные производственного процесса передаются с использованием одного протокола. С новым OPC UA модели публикации-подписки данных могут распределяться эффективно».
Интеграция механизмов сетевой безопасности может предложить производственные преимущества. Например, в случае возникновения неисправности производственная машина или линия сможет работать, и в это же время будут вестись ремонтные работы. B & R также предлагает сетевой стандарт безопасности, разработанный через Ethernet POWERLINK Standardization group, openSAFETY, доступный в качестве протокола с открытым исходным кодом.
Гибкость
В то время как модульность более применима к физическим устройствам, гибкость больше относится к программному обеспечению. Современное оборудование автоматизированных систем требует все больше и больше программного обеспечения. Гибкость часто используется для быстроты и простоты смены программного обеспечения за счет использования нескольких языков, источников открытого исходного кода, а также для обеспечения связи с любым программным продуктом, использующимся в оборудовании.
После установки аппаратного оборудования, пусть даже модульного, его замена – процесс куда более сложный, чем программного обеспечения. Можно смело утверждать, что с момента создания программируемого логического контроллера ПЛК началось движение в сторону программно-управляемых систем. С переходом на более высокоуровневые языки программирования эта тенденция усилилась. Программное управление может предложить такие преимущества, как дистанционное управление и диагностика системы. Также оно способно значительно ускорить и упростить развитие промышленных интернет вещей IIoT. Взаимодействие с исполняющими механизмами посредством программного обеспечения предлагает больше связей. Специалисты могут вводить команды, смотреть и анализировать графики, используя сенсорные панели в качестве человеко-машинного интерфейса.
Аппаратные средства не могут быть заменены, но тенденция к улучшению и замене некоторых модулей продолжает нарастать. Существует общая точка соприкосновения, как в аппаратном, так и в программном обеспечении, а именно открытый исходный код приложений. Например, Bosch Rexroth использует комбинацию ПЛК и современных информационных технологий для обеспечения гибких программных решений. Вызывается Open Core Interface, который «открывает» программное обеспечение и прошивку, чтобы позволить пользователям использовать любой язык программирования. Прошивка – это программа, которая встраивается в аппаратное обеспечение, и которую очень сложно, а иногда и невозможно, изменить. Но с тенденцией распространения открытого кода вопрос изменений в этой среде является вопросом времени. Технологическое оборудования сегодняшних дней должно идти в ногу с новинками ИТ решений в области автоматизации.
Гибкость программного обеспечения имеет очень важное значение. Даже если что-то работает не так, или есть необходимость в регулярных обновлениях, гибкое открытое программное обеспечение может исправить большинство проблем, быстро и недорого. Открывая все, чтобы ядро могло использовать несколько высокоуровневых языков, мы движемся в сторону аппаратных средств, которые способны принести новый подход к миру пользовательского программирования автоматизации.
Программируемость
Многие инженеры механики и электромеханики не умеют программировать на высокоуровневых языках программирования. С появлением ПЛК в начале 1970-х годов возникла необходимость в их программировании. Для упрощения данной задачи возникли такие языки как РКС (язык релейно-контакторных схем или LAD на английском). Данный язык популярен и до сих пор. Однако ситуация начинает потихоньку меняться. Это связано с огромнейшей эволюцией сред разработки, а также ростом популярности профессии программиста. Многие выпускники ВУЗов понятия не имеют о языке РКС, а крупные компании предпочитают использовать высокоуровневые языки типа С#, C++, Java и так далее.
Релейная логика уже устоялась и является «костяком» автоматизации, однако некоторые разработчики утверждают, что в последнее время ее влияние уменьшается и площадку начинают занимать другие языки. Это может оказать существенное влияние на подход к проектированию и реализации автоматизированных систем. Для того, чтоб идти в ногу с ростом возможностей электронных систем, инженерам электроникам/электромеханикам просто необходимо начать изучать программирование. Многие практикующие разработчики рекомендуют более детально рассматривать высокоуровневые языки в институтах при подготовке специалистов.
Благодаря сети интернет проблемы с обучением новому не возникают. Инженер вполне может ознакомиться с интересующей его программой или технологией с помощью видео уроков, блогов, а также профильных форумов и групп в социальных сетях. Расширение рамок релейной логики в автоматизации и робототехнике позволит покорить новые вершины и увеличить гибкость автоматизированных процессов. Благодаря открытому исходному коду становится возможным интеграция различных технологий, а также адаптация готовых библиотек под требования конкретного решения.
Компаниям, производящим собственное электрооборудование, стоит задуматься о разработке собственных стандартов для своего программного обеспечения. Это связано с необходимостью вести разработку на одном или нескольких согласованных высокоуровневых языках. Это позволит избежать путаницы и несовместимости в будущем. Также компаниям следует больше инвестировать в образование своих сотрудников.
Если вы уже работающий инженер, изучение программирование может оказаться не легкой задачей. Начните с минимума. В интернете существует множество ресурсов для изучения программирования, начиная от видеуроков для новичков, и заканчивая специализированными форумами, где обсуждаются конкретные вопросы по решению конкретных задач.
Если в вашей компании существует ИТ отдел – обратитесь к ним. Практикующие программисты могут помочь вам на начальном этапе с определением языка, с которого нужно начинать обучение. Если такой возможности нет, можно начать изучение с наиболее популярных языков, таких как Java, C# или С++. Вам не обязательно становится профессиональным программистом. Знание основ и наличие небольшой практики «кодинга» может значительно повысить ваш профессиональный уровень и улучшить понимание работы многих современных электронных продуктов.
Связанность
Даже приблизительное понимание программирования даст вам представление о том, как работают многие устройства, а также понимание того, как они взаимодействуют между собой с помощью различных протоколов и сетей. По мере расширения использования интернет вещей IoT используются такие языки, как HTML для веб-приложений.
Связь между человеком и машиной очень важна. Исследования подтвердили, что мозг обрабатывает информацию с изображением быстрее, чем просто текст. Это объясняет рост популярности использования пользовательских графических интерфейсов (GUI). Например, иконки в мобильных или браузерных приложениях. Еще одним плюсом является и то, что HTML может взаимодействовать с человеко-машинным интерфейсом, как и с браузером нашего компьютера или смартфона.
Вдобавок, улучшение взаимодействия между ПЛК, ПК и веб-приложениями улучшает взаимодействие между системами, следовательно, упрощается разработка промышленных интернет вещей IIoT. Например, компьютер может использовать высокоуровневый язык Java, контроллер может использовать язык релейно-контакторных схем, а веб –приложение основываться на HTML. Многие компании начинают интегрировать программное обеспечение, использующее скриптовые языки с Java и HTML и с продвинутой графикой, которые также способны взаимодействовать с релейной логикой. Современные программируемые логические контроллеры ПЛК способны использовать не только релейную логику для считывания информации или работы с человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ), но и может иметь исходный код скриптового языка. Это позволяет совместить лучшее из обеих «миров» и работать с инженерами, владеющими только языком LAD (РКС), обеспечивая продвижение функций, необходимых для внедрения интернет вещей IoT и робототехники. Более того, работа с HTML5 и Java Script может дать прямой доступ к функциям управления с различными конечными устройствами (такими как смартфоны и планшеты) без расширения функций программирования. Это упрощает разработку веб-приложений для диагностики, визуализации или анализа данных.
Rockwell Automation является ведущим игроком в этой тенденции. Они предлагают подключения для своих контроллеров и преобразователей частоты, которые предоставляют возможность операторам получить более глубокие представления о деятельности производственной системы. Электропривода, которые предоставляют расширенные диагностические возможности и могут оценивать оставшийся срок службы компонентов электропривода, таких как вентиляторы, контакты реле, конденсаторы и силовые полупроводниковые компоненты (транзисторы или тиристоры), а также позволяет вести активный контроль параметров, таких как температура и время работы системы электродвигатель-исполнительный орган, для обеспечения превентивных мер в случае необходимости.
Поддержка микроконтроллерами высокоуровневых языков программирования помимо удобства подключения представляет еще одну возможность – способность обработки большего количества приложений и осей движений.
«Связь все более продвигается в направлении Ethernet, беспроводных сетей и открытой коммуникационной платформы», — говорит Грег Гернерт, менеджер по контроллерам Logix в Rockwell Automation. «Открытые платформы соединяют различные системы, которые совместно используют информацию. Это важно для перемещения данных в процессор, после в производственную систему выполнения (англ. MES), потом в систему планирования управления предприятием (ERP). В таком случае у вас есть вся информации о предприятии».
Предложение большего количества открытого исходного кода в модульности, гибкости и связанности может добавить больше новых функций и повысить производительность, но не стоит забывать и дальнейшем развитии. Существует много разговоров о пропускной способности в будущем, существуют технологии, которые способны обеспечить высокую полосу пропускания, например Rockwell Automation с 1 гигабитными Ethernet портами в новейших контроллерах Logix. Также необходимо знать приоритетность сигналов.
Например, информация с датчиков температуры вполне может обрабатываться локально и нет абсолютно никакой необходимости отправлять ее в облако. Для получения дополнительной информации, которая будет оправлена в облако, важно время, за которое она может быть получена. Если информация не имеет большой важности для работы системы, она может обновляться, например, раз в час (зависит от механизма), и нет совершенно никакой необходимости в ее обновлении каждую секунду. Это понимание поможет четко определить полосу пропускания и способствует улучшению обработки данных.
Выводы
Развитие современных систем автоматического управления не останавливается, а наоборот, наращивает обороты. Модульность, гибкость, программируемость и связанность – будущее автоматизации. Современным инженерам уже недостаточно изучать только профильные предметы (электронику, механику, электротехнику и так далее), им необходимо учить и программирование. Понимание протоколов связи и безопасности, а также знание хотя бы на пользовательском уровне высокоуровневых языков программирование поможет инженерам лучше понимать и использовать свойства и возможности современных электронных устройств.
