iPhone twoim HMI?

Smartfony i tablety coraz częściej rozszerzają funkcjonalność przemysłowych systemów sterowania, umożliwiając tym samym monitorowanie, a także sterowanie procesem.
Była to typowa przerwa śniadaniowa na spotkaniu ludzi z przemysłu. Twój korespondent ochoczo korzystał z możliwości zwiększenia ilości cholesterolu we krwi i rozmawiał z innymi uczestnikami. Jeden z nich sięgnął po swojego Apple iPada i zaczął sprawdzać pocztę. Po kilku chwilach dyskusja dotyczyła już możliwości tego urządzenia, a sam właściciel przyznał, że korzystając z bezprzewodowego dostępu do Internetu ma możliwość podglądu przebiegu procesu. Jeśli jest to konieczne, może zalogować się i nawet sterować procesem. Takie uprawnienia miał nie tylko on, ale i jeden z jego kolegów. To nie był młody człowiek, żyjący w świecie nowinek technicznych ? raczej dżentelmen w szóstej dekadzie swojego życia, który zarządzał papiernią.
Nie wyglądał na zafascynowanego nowoczesną technologią, z której po prostu korzystał, ale podejrzewam, że szybko zauważył zainteresowanie, jakie w gronie specjalistów wywołało wykorzystanie telefonu do sterowania procesem. Przekonanie, że za pomocą telefonu komórkowego i dostępu do Internetu można swobodnie sterować procesem przemysłowym, zdominowało całą dyskusję. Co dalej? Sterowanie procesem chemicznym za pomocą komputerów Mac? To chyba trochę za dużo, ale dlaczego nie korzystać z tak wygodnych rozwiązań przy zagwarantowaniu odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa? Smartfony i komputery typu tablet, niezależnie od producenta, to wydajne urządzenia, które mogą stanowić przydatne rozszerzenie możliwości przemysłowych sieci komunikacyjnych, szczególnie tych opartych na standardzie Ethernet i aplikacjach WWW. Apple twierdzi, że dostępnych jest ponad 450 000 aplikacji do iPhone?a, trudno się zatem dziwić, że pośród tak ogromnej liczby programów znajdują się i takie, które można wykorzystać w przemyśle. Ilość aplikacji do urządzeń z systemem Google Android nie jest wiele mniejsza.
Wielu dostawców systemów przemysłowych, szczególnie tych mniejszych, niezwiązanych bezpośrednio z systemem sterowania procesem, wykorzystuje aplikacje na smartfony, które rozszerzają możliwości sieci przemysłowych w produkcji procesowej i dyskretnej. Sama idea nie jest nowa. Wcześniejsze wersje wykorzystywały specjalny interfejs do wysyłania głosowych lub tekstowych informacji na telefon operatora. Takie rozwiązania były powszechnie stosowane od początku lat 90. do wysyłania informacji o sytuacjach alarmowych w przepompowniach wody. Korzysta się z nich do chwili obecnej.
Dzisiejsze aplikacje są znacznie bardziej wyszukane, ponieważ bazują na rosnącej ilości bezprzewodowych sieci, zwiększonej funkcjonalności urządzeń mobilnych i niezwykle popularnych sieciach Ethernet. Gdy wewnętrzna sieć przemysłowa zostaje podłączona do Internetu, wszystkie bariery znikają ? ma to swoje dobre i złe strony. Co więcej, wywołujące prawdziwy zawrót głowy ? nowe i wciąż nowe aplikacje na smartfony i tablety zdają się pozwalać na wszystko zewsząd. Nowe, dorastające w świecie technicznych nowinek pokolenie automatyków oczekuje takich rozwiązań.
Potrzeba mobilności
Większość głównych dostawców systemów sterowania uzupełniła swoją ofertę o mobilne, bezprzewodowe terminale HMI, wykorzystujące wzmocnione komputery przenośne takie jak Panasonic Toughbook, jednak takie rozwiązania nie zwiększają w znacznym stopniu możliwości HMI. W przeciwieństwie do iPada i smartfonów wiążą się za to ze zwiększonymi kosztami i utrudnioną mobilnością ze względu na wagę i wielkość komputera. Z drugiej strony popularne urządzenia elektroniczne mogą się okazać zbyt delikatne i nie mają certyfikatów dopuszczających do stosowania w obszarach niebezpiecznych. Ich zwolennicy twierdzą jednak, że nie każde urządzenie musi mieć zdolność pracy w najtrudniejszych warunkach, jakie można spotkać np. w rafinerii ropy naftowej. W większości aplikacji popularne urządzenia oferują większą niż wymagana funkcjonalność, a ich dostępność na rynku sprawia, że każdy może po nie sięgnąć.
Konieczność obserwacji
? Potrzeba zdalnego dostępu spowodowana jest koniecznością obserwacji ? od monitorowania przez menedżerów po diagnostykę wykonywaną przez operatorów ? mówi Mark Lochhass, menedżer produktów I/O w Advantech Industrial Automation. ? Smartfon wykorzystywany przy dostępie do systemu SCADA lub danych HMI pełni funkcję cienkiego klienta. Tak naprawdę, każde urządzenie umożliwiające przeglądanie zasobów Internetu może być wykorzystane do dynamicznego dostępu do danych ? zarówno w czasie rzeczywistym, jak i w trybie przeglądania danych zarchiwizowanych, być może również w chmurach. Serwer host musi mieć wsparcie dla mobilnej aplikacji, urządzenie mobilne musi mieć aplikację, która jest kompatybilna z hostem.
Przedsiębiorstwa, które rozwijają taką technologię, to nie przemysłowe giganty, ale mniejsze firmy, które eksperymentują z nowymi rozwiązaniami. Z popularności mobilnych aplikacji najlepiej zdaje sobie sprawę dział IT, dlatego to on proponuje zmiany. ? Infrastruktura IT działa podobnie do systemów sterowania procesem ? każde, nawet najmniejsze urządzenie współpracuje z większym urządzeniem, to z kolei jest fragmentem większej linii, a całość stanowi spójny system ? mówi Brian Vezza, dyrektor systemów M2M (ang. Machine to machine, komunikacja maszyna-maszyna) w Wind River. ? Kombinacja komunikacji M2M, chmur obliczeniowych i nowoczesnych urządzeń konsumenckich tworzy nowe możliwości dla przemysłu, energetyki, medycyny i innych. W środowisku przemysłowym komunikacja M2M pozwala zwiększyć świadomość menedżerów, kadry zarządzającej i innych, bo mają oni możliwość poznania, a także zrozumienia zachodzących w ich otoczeniu procesów. Wykorzystując informacje uzyskane za pomocą M2M i innych systemów można przeprowadzać złożone analizy, na podstawie których biznes działa sprawniej i zyskuje na wartości.
Tworzenie aplikacji
Chociaż wiele systemów zdaje się wyglądać podobnie, różnią się one oferowaną funkcjonalnością. Skoncentrujmy się na aplikacjach, które są rozszerzeniem platformy bazowej i są łatwo dostępne w handlu, a nie stanowią autonomicznych rozwiązań tworzonych do specjalnych potrzeb. Także takie aplikacje wymagają pewnego dostosowania, ale są pisane tak, że może je wykonać każdy użytkownik. Aplikacje te są tanie, większość kosztuje poniżej 10 dolarów, a niektóre są darmowe.
Część przedsiębiorstw tworzy własne aplikacje dostosowane do konkretnego urządzenia, inne tworzą niezależne rozwiązania. Oto dwa przykłady skrajnie różnych koncepcji ? Opto 22 i ProSoft Technologies. Aplikacje obu firm oferują funkcjonalność HMI, ale pod warstwą interfejsu użytkownika kryją się całkowicie odmienne założenia i rozwiązania.
Opto 22
Opto 22 oferuje aplikację iPAC iOS, która komunikuje się z jednostkami SNAP PAC za pomocą urządzeń Apple z systemem iOS (iPhone, iPod Touch, iPad). Aplikacja łączy się z siecią sterowania za pomocą bezprzewodowej bramy i rozpoczyna poszukiwanie urządzeń. Gdy tylko je znajdzie, nawiązanie komunikacji jest bardzo proste. Firma twierdzi, że użytkownik, który ma odpowiednie prawa dostępu, może monitorować punkty I/O systemu SNAP, zmienne sterowników PAC, a także wykonywać różne funkcje sterowania, takie jak zmiana wartości zmiennych cyfrowych i analogowych oraz tabel. Punkty I/O i ich przyjazne nazwy mogą być zapamiętane i stają się łatwo dostępne przy następnym uruchomieniu aplikacji.
? Nie potrzebujemy sprzętowego interfejsu. Jeśli mamy zainstalowaną aplikację iPAC na smartfonie z systemem iOS (co jednoznacznie wskazuje na smartfony Apple), pierwszą rzeczą, której wymagamy, jest dostęp do sieci bezprzewodowej ? mówi Benson Houghland, wiceprezes Opto 22. ?Jest to spowodowane faktem, że te urządzenia nie mają gniazda Ethernet, więc jedynym sposobem dostępu do danych jest dostęp bezprzewodowy. Wszystkie urządzenia mają wbudowany odbiornik Wi-Fi, niektóre 3G. Drugim wymaganiem jest możliwość wpięcia się do sieci sterowania za pomocą sieci bezprzewodowej. Pytanie, jak wiele przedsiębiorstw udostępnia taką możliwość. Wiele z nich tego nie robi ze względów bezpieczeństwa. Pozostałe umożliwiają dostęp z zewnątrz, ale stosują dostępne w każdym sprzedawanym dziś urządzeniu zabezpieczenia, mając świadomość, jakie zagrożenie stanowi niezabezpieczona sieć.
? To nie miało być narzędzie HMI, które będzie współpracować z każdym systemem sterowania. Aplikacja jest dedykowana dla sterowników i serwerów Opto 22. W głównej mierze jest stosowana do testowania, poszukiwania błędów, monitorowania i innych podobnych czynności. Przynosi korzyści ludziom wykorzystującym systemy Opto 22, ale kolejne wersje mogą mieć zwiększoną funkcjonalność.
Process Engineering Resources z Salt Lake City, w stanie Utah w USA jest jednym z klientów Opto 22, wykorzystującym iPAC jako rozszerzenie spektrometrów XRF. ? Największe wykorzystanie aplikacji do iPhone?a będzie miało miejsce przy sterowaniu systemem dozowania ? mówi inżynier systemów Dave Taylor, ale zaznacza, że ta funkcjonalność nie będzie dostępna dla użytkowników. ? Przyniesie ona największe korzyści podczas tworzenia i uruchamiania systemu. Będziemy mogli odsunąć się na 1?1,5 m od spektrometru i sterować przepływem za pomocą iPhone?a. Można bezpośrednio wyzwalać stan I/O, aby sprawdzać, czy mechanizmy wykonawcze działają poprawnie, czy ciśnienie jest właściwe itd.
Taylor dodaje, że możliwość sprawdzania poprawności działania wszystkich komponentów i przepływów jest tym, czego szukali, ponieważ do tej pory musieli wielokrotnie powtarzać każdy krok operacji. ? Próbowałem wykorzystywać do tego przenośny komputer i bezprzewodowe połączenie, ale urządzenie, które można trzymać w dłoni, jest znacznie wygodniejsze.
Prosoft Technology
Prosoft Technology opisuje swoją nową aplikację Prosoft i-View jako ułatwienie w monitorowaniu systemów sterowania za pomocą iPada, iPhone?a i iPoda Touch. Funkcjonalność aplikacji polega na umożliwieniu zdalnej komunikacji z systemami PLC/PAC, wykorzystującymi protokoły EtherNet/IP oraz Modbus TCP. Aby zapewnić bezpieczeństwo, użytkownik musi mieć uprawnienia zarówno do sieci Wi-Fi, jak i do jednostki CPU, z którą chce się połączyć. Podczas konfiguracji aplikacja wymaga podania hasła do sieci oraz do sterownika. Uruchomienie aplikacji następuje tylko wtedy, gdy uda się uzyskać dostęp do właściwej sieci, a podane hasło do sterownika jest zgodne z hasłem zapisanym w jego rejestrach ? to zabezpiecza przed nieuprawnionymi użytkownikami, którzy mogliby pobrać aplikację i próbować uzyskać dostęp do systemu sterowania. Urządzenia Prosoft Technologies do przemysłowej komunikacji bezprzewodowej są również odpowiednio zabezpieczone. Przemysłowa brama dostępowa Wi-Fi bazuje na systemie kluczy WPA2-PSK i technologii 802.11i RADIUS, które zabezpieczają przed nieautoryzowanym dostępem i modyfikacjom sieci, a są przy tym w pełni wspierane przez liczne narzędzia pomocnicze, takie jak ProSoft Wireless Designer.
Podczas konfiguracji użytkownik musi określić zmienne, które mają być wyświetlane w ProSoft i-View. Po uruchomieniu aplikacja wyświetla zmienne PLC w postaci list i wykresów. Wspierany jest system alarmów, który można skonfigurować tak, aby generował lokalne ostrzeżenia oraz przesyłał zdarzenia do obsługi. Za pomocą połączenia telefonicznego inżynierowie mogą monitorować stan zmiennych w czasie rzeczywistym, a także dokonywać zmian ? o ile tylko znajdują się w zasięgu sieci komórkowej.
? Potencjał drzemiący w aplikacji jest bardzo duży ? mówi Adrienne Lutovsky, specjalista ds. komunikacji w Prosoft. ? Integratorzy systemów wykorzystywali aplikację z naszymi nadajnikami GSM, aby zdalnie diagnozować systemy swoich klientów. Nieskomplikowana operacja pakowania produktów mlecznych mogła być nadzorowana z domu. Ostatnia aktualizacja zawiera czytnik kodów kreskowych, który zwiększa funkcjonalność i pozwala myśleć o kontroli jakości.
Wg Prosoft jeden z dużych producentów branży motoryzacyjnej rozwija to podejście w jednym z ostatnich etapów kontroli jakości, gdzie poszukuje się przecieków. W tej chwili inspekcja polega na wprowadzaniu przez kontrolerów samochodów do specjalnej kabiny natryskowej i wizualnej kontroli nadwozi. Spostrzeżenia pracowników są wprowadzane na panelu HMI po zakończeniu testu. Nowa koncepcja zakłada oznakowanie wszystkich punktów kontrolnych i wyposażenie inspektora w tablet z odpowiednią aplikacją, łączącą się za pomocą bramy dostępu Prosoft ze sterownikiem PLC. Jeśli jakiś z punktów kontrolnych nie przejdzie testu, inspektor zeskanuje jego numer i prześle do systemu sterowania ? czas inspekcji ulegnie znacznemu skróceniu.
Czy podniesie się wydajność?
Czas pokaże, czy wydajność sieci spełni oczekiwania użytkowników. Każdy z użytkowników smartfonów na pewno nie raz spotkał się z frustrującą sytuacją oczekiwania na załadowanie się strony. Chociaż technologie Wi-Fi i GSM nieustannie się rozwijają, łączność w niektórych miejscach może wciąż sprawiać problem. Takie sytuacje będą rzutować na popularność opisywanych aplikacji.
Możliwości są jednak wręcz intrygujące. ? Łatwość komunikacji w chmurze połączona z możliwościami smartfonów i tabletów oznacza, że informacja może być bezpieczna, ale i łatwo dostępna, gdziekolwiek i kiedykolwiek będzie potrzebna ? mówi Vezza. ? Nowoczesne tablety pracujące pod kontrolą iOS lub Androida, współpracujące z elastycznymi systemami sterowania, dają niespotykaną wiedzę oraz dokładność w zarządzaniu przedsiębiorstwem niemal w czasie rzeczywistym, pozwalając przy tym na realizację założonych celów. Cele mogą dotyczyć szybszej reakcji na uszkodzenia, zmniejszenia kosztów, zwiększenia elastyczności na wymagania klienta, ulepszania i wprowadzania nowych produktów itd. Po wprowadzeniu na rynek ustandaryzowanych, rekonfigurowalnych zestawów startowych do komunikacji w sieciach M2M, zawierających zarówno komponenty sprzętowe, jak i oprogramowanie, dostawcy rozwiązań przemysłowych będą mogli dodawać własną funkcjonalność takich urządzeń, zamiast tworzyć aplikacje zależne od systemu operacyjnego, sprzętu i jądra oprogramowania M2M.
Peter Welander jest kierownikiem ds. zawartości Control Engineering
Artykuł pod redakcją mgr. inż. Łukasza Urbańskiego, doktoranta w Katedrze Automatyki Przemysłowej i Robotyki Wydziału Elektrycznego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
CE