Jeden otwarty szeroko, drugi szeroko otwarty

W zależności od sposobu definiowania systemów otwartych, od tego gdzie się je stosuje i na jakim poziomie, doświadczenia z nimi są jak spacer przez prerię lub wizyta u dentysty.
Co oznacza aktualnie termin „sterowanie otwarte” dla inżynierów oraz całej, poszerzającej się sfery ich wpływów?
Sposób rozumienia „otwartego sterowania” znacznie się różni, zależnie od kontekstu chwili i konkretnej aplikacji. Może oznaczać standardowe połączenia między sprzętem komputerowym a oprogramowaniem albo całe przedsiębiorstwo i łańcuch zaopatrzenia. Termin ten może również dotyczyć  zachowania skalowalności oprogramowania na różnych platformach, obejmując elementy takie jak: łączenie w sieć, środowiska programowania oraz architektury.
Przedstawię w skrócie, jaki system otwarty może Państwu pomóc… i mam nadzieję, że wprowadzanie go będzie bardziej przypominać spacer po prerii niż czyszczenie kanału zębowego.
Otwarty może oznaczać…
Michel Jabbour, menedżer do spraw automatyki opartej na PC w firmie Siemens Energy & Automation, mówi, że otwarty może oznaczać zastosowanie standardowych języków programowania, takich jak objęte standardem IEC 61131-3 oraz standardowych platform komunikacyjnych, np. OPC. Otwarty oznacza również zdolność oryginalnego producenta (OEM) do integrowania dedykowanego kodu C++ z platformą sterującą, bezkonfliktowego komunikowania się przez sieci na poziomie urządzeń, a nawet  stosowanie jądra PLC (PLC kernel) jako interfejsu programu użytkowego (API)  i wbudowanie go w wybraną platformę operacyjną.
– Innym wymiarem systemów otwartych jest dopuszczalność ich wymiennego zastosowania w odpowiednich obszarach systemu, takich jak: łączenie w sieć, stacje robocze oraz systemy operacyjne,  zamiast indywidualnych, specyficznych, zastrzeżonych patentami komercyjnych technik informacyjnych – mówi Bob Hausler, wiceprezes do spraw marketingu oddziału IndustrialIT Systems firmy ABB. – Standardy komunikacyjne, kiedyś należące do sprzedawców, są obecnie otwarte i mogą być używane przez wszystkich – wyjaśnia Hausler – co umożliwia użytkownikom w miarę łatwą integrację informatyczną bez specyficznych, dedykowanych sprzężeń programowych, których zakup jest drogi a utrzymanie kłopotliwe.
– Termin „system otwarty” wykracza poza elementy systemu operacyjnego, sterownika, protokołu sieciowego czy architektury programu – mówi Paul Ruland, menedżer do spraw produktów PLC i I/O w firmie Automation Direct. – Produkty do otwartych systemów sterujących mogą obejmować elementy służące do łączenia w sieć, takie jak: przewody, CAT5 czy interfejsy ethernetowe w rodzaju RJ-45, złącza szeregowe DB9 oraz DB25. – „Otwarty” oznacza również możliwość kupienia różnorodnych produktów od różnych dostawców – produktów, które gładko i bezkonfliktowo będą ze sobą współpracować w obrębie jednej aplikacji – jak mówi Mike Miclot, menedżer do spraw  SoftLogix w firmie Rockwell Automation.
– Wymaga to różnorodnych produktów dostępnych wszystkim użytkownikom i generalnie czegoś więcej niż jedno źródło technologiczne dla dostawców automatyki.
– Niektóre techniki pozostają zamknięte, ale można je połączyć z otwartymi – wyjaśnia Diego Areces, lider zespołu do spraw sieci w firmie Schneider Electric’s Automation Business. – Chociaż dzisiaj żadne sterowniki programowalne PLC nie są otwarte, współpracujące z nimi narzędzia, takie jak: Modbus TCP/IP, Internet i Ethernet są coraz częściej dostępne na otwartych zasadach. Klienci chcą rozwiązań otwartych, ale rozmaite interpretacje samego terminu „otwarty” wprowadzają sporo zamieszania. Technologie otwarte są udostępniane bezpłatnie i można łatwo uzyskać dostęp do informacji o nich, bez płacenia firmie czy dołączania do organizacji.
– W miarę upływu czasu systemy sterujące przechodziły zmiany – mówi Larry Komarek, dyrektor do spraw marketingu systemów automatyzacji w firmie Phoenix Contact. – Celem nadrzędnym jest zapewnienie użytkownikom natychmiastowego podłączenia do dowolnego urządzenia automatyki i sterowania nim poprzez oprogramowanie dostarczone przez dostawcę, bez potrzeby przeprogramowania. Automatyka przemysłowa zmierza właśnie w tym kierunku. Standard IEC 61131 pozwala pracownikom utrzymania ruchu obsługiwać sprzęt dostarczany przez różnych podwykonawców.


Dział IT firmy ABB obejmuje ponad 30 000 certyfikowanych części software i hardware, w tym między innymi InformIT Information Manager, który zbiera, przechowuje i sortuje informacje z wszystkich funkcji systemu automatyki i sterowania, dzięki czemu analiza danych jest łatwiejsza
– Przemysłowe pecety wyposażone w logikę lub wbudowane płyty PLC zapewniają oszczędność przestrzeni i  kosztów instalacyjnych w porównaniu z oddzielnymi komponentami niezbędnymi do większych aplikacji – mówi Larry Komarek. – Zamiast modułów koprocesorów PLC, będących współwłasnością sprzedawcy, klienci używają pecetów wyposażonych w oprogramowanie o standardzie przemysłowym, które komunikuje się z programem sterującym przez interfejsy OPC. Obniża to koszty sprzętu komputerowego i dodaje możliwość zakupienia oraz łatwego zintegrowania programów, które są najlepsze w swojej klasie, mają wyższą funkcjonalność i łatwość użytkowania. Wbudowanie funkcji PLC do paneli opartych na Microsoft Windows CE umożliwia zastąpienie PLC mniejszymi i tańszymi przemysłowymi PC, do których wyświetlacze operatorskie nie są potrzebne.
Oczekiwania klienta
– Wymogi konkurencyjne, skrócone cykle produkcyjne, szybsze wprowadzanie nowych produktów oraz mniejsze wielkości partii – wszystko to prowadzi do potrzeby zastosowania systemów otwartych. Inne wymagania obejmują: bezpieczeństwo, wiarygodność, wymianę informacji z innymi systemami, bardziej precyzyjne informacje dostarczane na czas oraz lepszy wgląd i kontrolę procesów produkcyjnych – bez konieczności kompromisu po stronie środowiska sterującego – sugeruje reprezentujący firmę ABB Bob Hausler.


Otwarte i zamknięte, zastrzeżone patentami technologie sterujące mogą ze sobą współpracować, jak pokazuje typowe połączenie z firmy AutomationDirect. Urządzenia I/O dla mikromodułowej linii PLC — DL205 — są oparte na opatentowanych technologiach sieciowych i posługują się standardowym okablowaniem i interfejsem (poprzez standard RJ-45 ethernetowy kabel połączeniowy do 30 m). To jeden ze sposobów, w jaki technologia opatentowana może łączyć się z technologiami otwartymi — produkty Ethernet, DeviceNet, Profibus oraz OPC — dla łączenia w sieć sterownika-do-sterownika i obsługiwania funkcji HMI oraz przetwarzania danych
Potrzeby obejmują:

  • integrację informacji procesowych z systemem ERP;
  • śledzenie przepływu materiałów na terenie całego zakładu, gdy przetwarzane produkty mogą być monitorowane, od surowców dostarczonych do fabryki do produktu końcowego opuszczającego fabrykę;
  • integrację informacji pochodzących z wielu zakładów produkcyjnych, które dodatkowo można oglądać z jednego miejsca, co pozwala na porównywanie wydajności osiąganych w różnych procesach i liniach produkcyjnych.

Mike Miclot mówi, że klienci firmy Rockwell Automation niekoniecznie oczekują „otwartości”, ale raczej wynikającej z niej elastyczności i wolności wyboru. Clyde Thomas, menedżer linii produktu w firmie Eaton Corp. Cutler-Hammer, uważa, że wielu klientów dostrzega jednak potrzebę zyskania przewagi nad konkurencją poprzez zastosowanie różnorodnych środków, obejmujących rozwiązania technologiczne czy otwarte architektury systemów sterujących. – Środki te służą do zintegrowania działań przedsiębiorstwa i wdrożenia nowych technologii oraz produktów w sposób stonowany i powodujący minimalne zakłócenia lub dodający unikalną wartość. Wyklucza to potrzebę inwestowania czy ryzykowania inwestycji poprzez ograniczanie się do zamkniętego środowiska oferowanego przez jednego sprzedawcę – co ograniczyłoby przenośność i zakres stosowalności oprogramowania.
Ruland dodaje, że teraz klienci oczekują produktów sterujących zarówno sprzętowych, jak i programowych, o zwiększonym poziomie otwartości – i wynikających z tego niższych kosztów ich rozruchu i utrzymania.
Nowe technologie zaspokajają nowe potrzeby
– Platforma ArchestrA firmy Invensys, integrująca systemy informatyczne i systemy automatyki przemysłowej przedsiębiorstw posługuje się oprogramowaniem, które przedłuża życie istniejących systemów, realizuje cele firmy oraz zachowuje własności intelektualne – twierdzi Mike Bradley, prezes firmy Invensys Wonderware. ArchestrA ułatwia szybkie „składanie z gotowych obiektów” oprogramowania użytkowego zamiast programowania, co oznacza możliwość ponownego łączenia i wykorzystywania istniejących aplikacji w celu tworzenia nowych.
– Przy pierwszym produkcie – Wonderware Industrial Application Server – klienci dostrzegli, że są niższe opłaty oraz koszty utrzymania i obsługi – mówi Mike Bradley. W międzyczasie wprowadzane są inne produkty współpracujące z platformą ArchestrA; zestawy narzędziowe będą dostępne przed lipcem, jak twierdzi Kevin J. Tock, wiceprezes i dyrektor generalny segmentu odpowiedzialnego za produkt ArchestrA (więcej informacji dotyczących architektur znajduje się poniżej).
Jabbour mówi: – Siemens rozdziela standardowe środowisko inżynieryjne od platformy sterującej. Przy takiej strategii automatyzacyjna część aplikacji jest widoczna na różnych urządzeniach sterujących Siemensa, użytkownicy mogą więc wybrać platformę odpowiadającą ich aplikacji.

Panele Windows CE firmy Phoenix Contact mogą być uważane za bardziej „otwarte” niż rozwiązania, gdzie jest mniej łączeń z innym oprogramowaniem, systemami i sieciami

Reprezentujący Automation Direct Ruland mówi: – Kolejna generacja lokalnych rozszerzeń PLC może posługiwać się wyspecjalizowanymi (i opatentowanymi) szybkimi zestawami kości oraz algorytmami sieciowymi w celu zapewniania oczekiwanego, synchronicznego skanowania I/O, ale w tanim, łatwym do użycia pakiecie zawierającym interfejs oraz okablowanie do sterowania otwartego.
Komarek nazywa  firmę Phoenix Contact wynalazcą pierwszej otwartej magistrali typu fieldbus, tzw. Interbusa – co miało miejsce ponad 13 lat temu. – Dzisiaj Phoenix Contact dostarcza systemy Multibus I/O, przemysłowe PC zgodne z IEC 61131 firmy Phoenix, z zainstalowanym oprogramowaniem odwzorowania i śledzenia przepływu procesu Entivity (flowchart), serwery OPC do urządzeń sterowania logicznego/Ethernet, wielokrotne protokoły dla Ethernet I/O oraz pod koniec ubiegłego roku system sterujący oparty na Microsoft Windows CE. Sterowniki  Phoenix Contact zawsze były oparte na oprogramowaniu i sprzęcie zgodnym z PC.
– Przemysłowa informatyczna struktura automatyzacyjna firmy ABB – mówi Hausler – ułatwia integrację z innymi aplikacjami, które posługują się tymi samymi standardami. Ponadto otwarte narzędzia i standardy umożliwiają analizowanie i przedstawianie wymaganych informacji procesowych w łatwych do użycia i zrozumienia formatach Microsoft. Klient może więc posługiwać się tymi informacjami w celu podejmowania lepszych decyzji produkcyjnych. Ponadto otwartość ta ma krytyczne znaczenie dla zapewnienia stopniowego rozwoju funkcjonalności naszej zainstalowanej bazy.
– Na początek – mówi Miclot – firma Rockwell Automation dodaje do swoich produktów więcej pecetowych atrybutów, np. usługi sieciowe oraz OPC DX. Ponadto rozwijamy standardy, takie jak: Microsoft Windows dla naszych rozwiązań programowych. Wspieramy też  kompatybilne z produktami wielu dostawców otwarte magistrale typu fieldbus, takie jak: DeviceNet, ControlNet oraz EtherNet/IP. Firma Rockwell w dalszym ciągu uczestniczy w przedsięwzięciach i organizacjach mających na celu standaryzację – takich jak POC – aby ochraniać interesy użytkowników poprzez zapewnienie im  swobody wyboru w obrębie standardów.

Łączenie funkcji PC w PLC zabezpiecza „tajemny sos”

 

Programowalny Procesor Danych (Tecla Programmable Data Processor) wyprodukowany przez firmę Online Development Inc. stanowi przejaw trendu przenoszenia funkcji PC w warunki przemysłowe. Sprzęt oraz oprogramowanie realizują na PC funkcje sterownika PLC wraz z udostępnieniem funkcji sterujących, komunikacyjnych oraz zbierania danych.

 

Tom A. LeBay, dyrektor do spraw marketingu firmy Online Development Inc. mówi: – Ta technika pomaga przejść z automatyki i sterowania funkcjonalnego w fazę optymalizacji. System operacyjny Microsoft Windows CE 3.1 dostarcza wyniki w czasie rzeczywistym dla wielu aplikacji; test fluktuacji przedziału czasu rzeczywistego pokazuje wyniki w zakresie 13 mikrosekund. Zastosowanie  platformy Microsoft.Net pozwala też na połączenia z systemami na wysokim poziomie.

 

Programowanie może być wykonywane z użyciem zestawu do programowania (software development kit – SDK), ze standardowym kompilatorem C lub oprogramowaniem użytkowym i interfejsem EZ-1131, co pozwala na uzyskanie dostępu z poziomu języków programowania objętych przez standard IEC 61131-3.

 

– SDK umożliwia producentom urządzeń (OEM) tworzenie aplikacji o wartości dodanej, wbudowanych i ukrytych w celu zabezpieczenia „tajemnego sosu” (specyficznego, zastrzeżonego kodu źródłowego, często pochodzącego z wczeoniejszych aplikacji) – dodaje Tom LeBay. – Tecla łączy system sterowania i system informatyczny przedsiębiorstwa, zapewniając zarządzanie zasobami, oparte na sieci Web wsparcie produktu dla użytkowników końcowych, najlepszą klasę programu archiwizacyjnego do obsługi danych, samoraportującą diagnostykę oraz zdalne debugowanie. Dostępne są również wbudowane I/O. Tecla może łączyć się z liniami I/ORockwell Automation Allen-Bradley.

Thomas mówi, że firma Eaton/Cutler-Hammer ma produkty, które wspierają ogólne standardy przemysłowe, pozwalając na współdziałanie i kompatybilność z różnymi urządzeniami dostępnymi na rynku. – Wsparcie dla wbudowanych technik pozwala nam oferować wiarygodne i rozszerzalne produkty. Przykładem jest nasza linia ePro produktów – PanelMate, będąca interfejsem operatora  o wysokiej zdolności adaptacji, połączonej z niezawodnością.
Areces z firmy Schneider Electric wprowadza rozróżnienie pomiędzy czymś, co jest szeroko stosowane, jak program Microsoft Windows, a tym, co jest naprawdę otwarte, jak  Linux. Można przeprowadzić podobne porównanie sieciowe. Trzeba płacić za użytkowanie EtherNet/IP, podczas gdy Modbus TCP/IP może być kopiowany i używany za darmo.
– Rynek domaga się otwartych technik, ponieważ celem jest wyprodukowanie jak największej liczby urządzeń, które będą ze sobą współpracować, niezależnie od tego,  w jakim stopniu są otwarte i dostępne bezpłatnie – mówi Areces. – Aby techniki były szeroko akceptowane, muszą mieć wielu producentów i użytkowników.
Mam nadzieję, że informacje zawarte w artykule sprawią, iż doświadczenia związane z kolejnym wdrożeniem „otwartego” systemu w Państwa  zakładzie będą przypominały spacer po otwartej prerii a nie wizytę u dentysty.
ABB – www.abb.pl
AutomationDirect – www.automationdirect.com
Eaton Corp. Cutler-Hammer – www.cutlerhammer.com
Emerson Process Management – www.emersonprocess.pl
GE Fanuc – www.gefanuc.com.pl
Invensys – www.ibsp.pl
Honeywell – www.honeywell.com.pl
Microsoft – www.microsoft.com
OPC Foundation – www.opcfoundation.org
Phoenix Contact – www.phoenixcontact.pl
Rockwell Automation – www.rockwellautomation.pl
Schneider Electric – www.schneider-electric.pl
Siemens Energy & Automation – www.siemens.pl
Architektury automatyki mają na celu izolowanie, zachowywanie i maksymalne zwiększanie wykorzystania środków produkcyjnych Poprzez zastosowanie znanych programów narzędziowych i konwencji architektury systemów automatyzacji mają na celu izolowanie, zabezpieczanie oraz optymalizowanie wykorzystania środków produkcyjnych. Mogą obejmować typowe elementy sprzętu komputerowego oraz oprogramowania, niektóre narzędzia do programowania oraz szeroko stosowane sieci przemysłowe i wykorzystanie Internetu. Podczas gdy każdy element pochodzi od jednego sprzedawcy, istnieją pewne uniwersalne miary stopnia „otwartości”. Nie tylko jeden dostawca jest w stanie posługiwać się czy budować kompatybilne produkty, wykorzystywać w nich powszechne techniki, takie jak Microsoft.Net oraz sieci komunikacyjne. Większość dysponuje miarami możliwości skalowania na poziomach różnych platform (od małych do dużych, scentralizowanych i rozproszonych, stacjonarych i ruchomych) i jest w stanie dostosować się do architektury „cienkiego” klienta lub do innych narzędzi umożliwiających bardziej scentralizowane administrowanie aktualizacjami programów.
Sprzedawcy oferujący architektury automatyzacyjne:

  • ABB — IndustrialIT,
  • Emerson Process Management — DeltaV,
  • GE Fanuc Intellution — iCore,
  • Honeywell — Experion PKS,
  • Invensys — ArchestrA,
  • Rockwell Automation — FactoryTalk,
  • Schneider Electric — Transparent Ready (wcześniej Transparent Factory),
  • Siemens Energy & Automation — Totally Integrated Automation.