Strategie logiki sterującej

Aplikacje dyskretne zawierają tak wiele opcji, że we właściwym wyborze pomagają integratorzy systemowi.

Liczba opcji aplikacji sterującej do projektowania systemów automatyzacji zwiększyła się. Dawniej, gdy istniało tylko kilka możliwości wyboru, było mniej wątpliwości. Dzisiaj, przy miliardach możliwości pojawia się pytanie: od czego zacząć?

Należy rozważyć następujące fakty. Rozpowszechnianie się mikroprocesorów oraz związanych z nimi programów umożliwia stosowanie scentralizowanej, zdecentralizowanej, a nawet bardzo rozproszonej logiki. Platformy sprzętowe i programowe bardzo się różnią. Opcje sprzętowe dla logiki rezydentnej obejmują programowalne sterowniki PLC, komputery jednopłytowe, pecety, przekaźniki lub różne inteligentne urządzenia, takie jak: moduły I/O, kurtyny świetlne czy drukarki przemysłowe. Opcje programowe obejmują języki zgodne z normą IEC 61131 i inne. Można zastosować gotowe projekty albo wybrać projekt wykonany na zamówienie.

Mając tyle możliwości, na jakim etapie procesu sporządzania projektu automatyzacji należy podejmować decyzję?

Integratorzy systemów uchylają rąbka tajemnicy. Na podstawie wykonywanych ostatnio projektów wyjaśniają, jak zaprojektować następny system automatyzacji, aby łatwiej go było wdrożyć.

 

Należy wziąć pod uwagę wymagania

Scott Shaw, prezes firmy Automated Control Systems Inc. (ACSI), mówi, że podczas rozpatrywania projektu logiki sterującej osoby zaangażowane w proces muszą brać pod uwagę standardy klienta, pracowników oraz poziom ich umiejętności, szkolenia niezbędne do korzystania z aktualnych oraz proponowanych technik oraz zainstalowaną bazę. Wymagania obejmują: obciążenie systemu, sterowanie danymi procesowymi, częstotliwość cykli oraz warunki środowiskowe, takie jak temperatura lub inne parametry.

Shaw uważa, że podczas projektowania systemu powinny być brane pod uwagę wszystkie elementy, takie jak: kwestie środowiskowe, szkolenia operatorów oraz zaznajamianie ich z systemem, a także przyszłe potrzeby projektu. W systemach wykonujących pomiary wydajności, nad jakimi ostatnio pracowała firma ACSI, układy sterujące oraz dyskretne moduły I/O są wbudowane tak, aby wykonywały pomiary w czasie3–10 milisekund. W projektowanej ostatnio komórce produkcyjnej niektóre układy sterujące są rozproszone i pracują w zamkniętej pętli, aby zapewnić prędkość wymaganą do podejmowania decyzji. Komunikacja z centralnym programowalnym sterownikiem PLC odbywa się odpowiednio do potrzeb (patrz ramka: spawanie cienkodrutowe).

 

Należy poświęcić czas na realizację projektu

– Trzeba powstrzymać się od pospiesznego przechodzenia od fazy projektowania do fazy wdrażania. Czas zainwestowany w zaprojektowanie aplikacji „frontowej” procesu jest niezwykle ważny dla sukcesu całości projektu – radzi Sam Hammond, główny inżynier w firmie Innoventor. – Zrozumienie wszystkich wymogów i warunków środowiskowych to punkt wyjścia dla podejmowania poprawnych decyzji projektowych. Następnie trzeba zidentyfikować architekturę stosowaną dla wybranej logiki oraz dokonać podziału sprzętu, komunikacji oraz oprogramowania. Ważne jest, aby architektura sprawdzała się w obrębie określonego środowiska. W tym stadium jesteśmy gotowi na opracowanie prototypu i wdrożenie projektu. Prototypy, weryfikacje, istniejący sprzęt oraz wymogi integracyjne – to wszystko należy ująć w planie projektu.

– Być może największym wyzwaniem dla implementacji jest łączenie nowego systemu z istniejącym – mówi Hammond. – Chociaż w środowiskach produkcyjnych coraz częściej spotyka się techniki takie jak Ethernet, w dalszym ciągu można jeszcze spotkać starsze urządzenia szeregowe. Różnorodne warunki wymagają rozmaitych rozwiązań i programów narzędziowych.

Hammond zauważa, że podjęcie decyzji o decentralizacji logiki jest często konieczne do zapewnienia niezawodności oraz uzyskania pewności, że zachodzące w konkretnym tempie wydarzenia spotkają się z pozytywną reakcją. Granica między tym, co może wykonać wbudowany sterownik, a tym, jakie są możliwości sterownika scentralizowanego szybko zanika. To sprawia, że podjęcie decyzji o umiejscowieniu logiki staje się trudniejsze dla użytkownika. Przyszłe programy do opracowywania aplikacji, z uwzględnieniem jej konkretnych potrzeb, będą najprawdopodobniej same rekomendować, gdzie powinna zostać umieszczona logika – sugeruje Hammond.

    Aplikator zamyka wieczka paczek z puszkami

 

    Maszyna rozpoznaje, ustawia i nakłada wieczko na paczkę zawierającą puszki z herbatą. Składający się z wielu kamer system wizyjny oraz sterownik silnika są używane do wykrywania cech charakterystycznych na boku puszki. Obrotowy indeksator oraz roboty pneumatyczne używane są do przesuwania puszek przez linię procesową.

Cały system sterowania i logika znajdują się w podstawie montażowej PXI. Niezależny sterownik jest używany do sekwencyjnego podawania produktu. Interakcjami steruje system wykrywający umiejscowienie produktu. Program narzędziowy to LabView firmy National Instruments (NI), a do przetwarzania obrazów służy Imaq. Platforma sprzętowa obejmuje: uniwersalną podstawę montażową PXI-1000B firmy NI, PXI-8175 wbudowany sterownik (Win 2000), PXI-6527 Qty 3 izolowane cyfrowe I/O, 4-kanałowy, monochromatyczny system pobierania obrazu PXI-1409 oraz sterownik PXI-7342 4 Axis Stepperr. Projekt oraz integrację systemu wykonała firma Innoventor.

 

Lokalizacja logiki

– Chociaż zarówno projekty sterowania rozproszonego, jak i scentralizowanego spisują się dobrze – mówi Daniel Parrish, wiceprezes firmy Tegron – utrzymywanie logiki scentralizowanej w obrębie jednego sterownika jest:

  • łatwiejsze do zarządzania, jako że kod jest zawarty i utrzymywany w obrębie jednej przestrzeni. To właśnie stanowi siłę napędzającą zintegrowane inicjatywy automatyzacji podejmowane przez firmę Rockwell Automation i inne. Przykładem może być integrowanie sterowania dyskretnego oraz sterowania ruchem na platformie ControlLogix lub integrowanie sterowania dyskretnego i sterowania procesami na platformie Process Logix. Produkt firmy Entivity o nazwie Think&Do zapewnia integrowanie logiki sterującej oraz HMI. Podobnie produkty firmy Wonderware, będącej częścią Invensys oraz GE Fanuc. Próby połączenia podstaw kodów w jedną całość ułatwiają konserwację systemu i zmniejszają koszt związany z jego rozwijaniem i rozbudową;
  • łatwiejsze do utrzymania. Kiedy wszystko jest w jednym miejscu, obsługa i konserwacja systemu są prostsze. Rozproszenie stosowanych rozwiązań usuwa z pola widzenia system jako całość oraz interakcje zachodzące w podsystemach. Parrish sugeruje, że trendy obecne dziś w przemyśle, takie jak podzlecanie wykonywania konserwacji i duża rotacja pracowników, w znacznym stopniu wpływają na pojawiającą się potrzebę projektu takiego systemu, który będzie zrozumiały i prosty w obsłudze;
  • niższe koszty. Centralizacja może również oznaczać niższe koszty, ale nie zawsze.

– Przemieszczanie logiki do sterowników rozproszonych lub wbudowanych również ma swoje zalety – zauważa Parrish – m.in. szybsze podejmowanie decyzji. Decyzje zepchnięte do poziomu urządzenia lub komponentu mogą być podejmowane o wiele szybciej niż w centralnym sterowniku. Podobnie dane wymagane dla podjęcia określonej decyzji zazwyczaj znajdują się w punkcie akcji, ale nie zawsze. Myślenie w kategoriach sterowania rozproszonego (lokalnego) poprawia możliwości skalowania systemu. Dodawanie wymogów dotyczących sterowania po wdrożeniu systemu redukuje wpływ na sterownik nadrzędny – mówi Parrish. – Dodanie logiki nie przysparza problemów z innymi istniejącymi układami logicznymi.

    Komórka produkcyjna przyspiesza spawanie cienkodrutowe

 

    Ta komórka produkuje skomplikowane inicjatory do samochodowych poduszek powietrznych, do komercyjnych prac górniczych i wybuchowych oraz zapalniki dla sił powietrznych. Linia używa wielu platform do sterowania produkcją o dużej prędkości, szybszych niż 3 s na cykl.

 

    Linia zawiera trzy maszyny, 27 procesów i stanowisk kontrolnych, dozowanie proszku wybuchowego, mechaniczne sterowanie prasą, serwosterowanie obrazem maszyny, elektryczne testy spawania cienkodrutowego oraz laserowego.

 

   Specyfikacje dla systemu spawania sterowanego przez wizualny system maszyny obejmują:

  • 50 nanometrów, etap X-Y
  • 0,0007 cala – tolerancja dla pozycjonowania
  • 0,0005 cala – średnica drutu
  • 3–5 g – naprężenie drutu
  • 0,4 mikrometra – pomiar przeprowadzany po wykonaniu spawania
  • 80 g – siła spawania
  • 7 osi ruchu (tj. siedem stopni swobody) 

 

    Firma Automated Control Systems Inc. wykonała projekt orazintegrację systemu. Do podglądu systemu zastosowano DVT.

Parrish zgadza się, że centralizacja ułatwia odnalezienie problemu, kiedy o 2.00 w nocy coś jest nie tak i trzeba szybko znaleźć logikę. – Jeśli sterowanie jest rozproszone, to pojawia się pytanie, co robić z danymi – czy również powinny być rozproszone, czy lepiej wysyłane do centralnego miejsca przechowywania danych. Wymogi dotyczące przetwarzania danych mogą być określane przez wytyczne i aplikacje fabryki.

Shaw uczula, a inni się z nim zgadzają, że to, co jest potrzebne do konkretnej aplikacji w mniemaniu klienta, a to, co rzeczywiście jest w niej niezbędne, to mogą być dwie różne rzeczy. Integratorzy i konsultanci powinni badać wymagania projektu, a użytkownicy końcowi lub oryginalni wytwórcy sprzętu (OEM) powinni poprzez integratorów badać specyfikacje, aby znaleźć inną perspektywę, sprawdzić, czy inne rozwiązania nie byłyby lepsze dla aplikacji oraz zaangażowanych w nią osób.

– Lubię obiekty oparte na oprogramowaniu – mówi Parrish. – Standardowe, zwarte, skupione sposoby przedstawiania funkcji, które zapewniają lepszą widoczność kodu, sprawdzanie, obsługę, uaktualnienia i zakres używalności, w dodatku w prostszy sposób pozwalający na zaoszczędzenie czasu i wysiłku.

Wymienione osoby wybrały podejście pragmatyczne zamiast religijnego ferworu, unikając sporu o wyższość PLC nad PC, o logikę wbudowaną czy inną jej formę, opowiadając się za tym, co najlepiej pasuje do konkretnej aplikacji i co najbardziej odpowiada pracującym z nią ludziom. Rozpowszechnienie się PC mogło również zachęcić do prostszego w użyciu projektowania sprzętu i programów dla programowalnych sterowników PLC.

DVT – www.dvtsensors.com
Entivity – www.entivitywesterneurope.net
National Instruments – www.ni.com/poland
Rockwell Automation – www.rockwellautomation.pl
Wonderware – www.wonderware.com
Astor – www.astor.com.pl/wonderware