Sieci przemysłowe poziomu obiektowego mogą posłużyć jako rozszerzenie komunikacji danych, które pozwoli włączyć urządzenia przemysłowe do platformy sieciowej Internetu Rzeczy. Poprawa komunikacji typu IP pomiędzy systemami sterowania a urządzeniami obiektowymi za pomocą IO-Link lub HART (przewodowego lub bezprzewodowego) to przygotowanie istniejącej infrastruktury na nadchodzącą przyszłość.
Na drodze do pełnego wykorzystania możliwości Internetu Rzeczy (IoT) w aplikacjach przemysłowych stoi jedna główna przeszkoda: jak połączyć ze sobą miliony czujników i urządzeń wykonawczych, znajdujących się poza zasięgiem łączności typu Internet Protocol (IP).
W zapewnieniu niezbędnej komunikacji mogą pomóc dwie innowacyjne technologie, które sprawią, że główne korzyści z IoT – zwiększenie ilości danych operacyjnych, produktywności i niezawodności – będą w zasięgu Państwa firmy.
Te „ostatnie brakujące metry” w łączności mogą zostać „zmostkowane”, przyłączone za pośrednictwem urządzeń komunikacyjnych IO-Link (oferowanych przez Profibus & Profinet International) w przypadku aplikacji dyskretnych oraz HART i WirelessHART (oferowanych przez FieldComm Group) w przypadku aplikacji procesowych. Oba protokoły komunikacyjne współpracują z sieciami opartymi na EtherNet/IP (protokole sieci Ethernet opracowanym przez ODVA), umożliwiając łączność czujników z systemem sterowania i dalej z biznesowym systemem IT, co pozwala w pełni korzystać z zalet IoT.
IO-Link w aplikacjach dyskretnych
W rozwijającym się świecie Internetu Rzeczy przedsiębiorstwa dążą do zwiększenia poziomu „inteligencji” swoich urządzeń. Jednak w procesach dyskretnych, takich jak pakowanie, lub w fabrykach motoryzacyjnych, gdzie wykorzystuje się dużą liczbę sensorów, nie opłaca się wymieniać istniejącej infrastruktury na nową, przygotowaną do łączności typu IP. Opracowano więc IO-Link, by zaoferować opłacalne rozwiązanie, umożliwiające zintegrowaną komunikację danych na tych ostatnich metrach poziomu obiektowego sieci i zapewnić niezakłócony przepływ informacji pomiędzy czujnikami a systemem sterowania.
Już w przeszłości podejmowano próby, by czujniki i elementy wykonawcze pracujące na różnych protokołach, takich jak Profibus czy DeviceNet, czyli wymagających różnych typów sieci, skomunikować z urządzeniami wyższego poziomu. Jednak wielu użytkowników tych czujników po prostu porzuciło te starania, ponieważ prowadziło to do podwojenia liczby urządzeń. IO-Link to rodzaj kompromisu rozwiązującego ów problem. Umożliwia łączność, czyli daje dostęp do bogactwa danych, przy wykorzystaniu istniejącej sieci IP.
Dostęp do danych z urządzeń i czujników poziomu obiektowego oznacza, że procesy realizowane w zakładach nie muszą oczekiwać na wyniki przetwarzania danych przez „inteligentniejsze” urządzenia wyższego poziomu sieci, bo akurat nie wszystkie czujniki mają zapewniony dostęp do sieci IP. IO-Link oferuje proste rozwiązanie, poprawiające łączność w operacjach dyskretnych. Komunikuje się poprzez te same trójstykowe złącza i korzysta z takiego samego oprogramowania, jakie było do tej pory używane w sieci Ethernet/IP, co zapewnia płynne pozyskiwanie danych z czujników. Może współpracować ze wszystkimi czujnikami zamontowanymi w maszynie, a te podłączone przez główny interfejs dodatkowo skorzystają na rozbudowanej diagnostyce. Eliminuje to konieczność stosowania nowych protokołów i ogranicza niezbędne wydatki do zakupu czujników współpracujących z technologią IO-Link.
By uzyskać dostęp do tej funkcjonalności przy wykorzystaniu istniejącej w fabryce technologii komunikacyjnej, po prostu wymienia się dotychczasowy interfejs, obsługujący aplikacje dyskretne, na wspomniany interfejs IO-Link. Wiele czujników współpracujących z IO-Link kosztuje i działa identycznie jak używane dotąd standardowe czujniki przeznaczone do obsługi w modułach wejścia/wyjścia. Jednak połączenie takich czujników z nowym interfejsem obudzi w nich nowe funkcjonalności, co da użytkownikom dostęp do wszystkich danych i możliwości konfiguracyjnych oferowanych przez IO-Link. Oznacza to także, że czujniki z wbudowaną obsługą IO-Link mogą zostać zainstalowane jako zwykłe czujniki I/O, a wszelkie funkcje sieciowe da się aktywować później, gdy zajdzie taka potrzeba – i to bez dodatkowych kosztów. Mowa tu więc o rozwiązaniu kompatybilnym nie tylko z istniejącą infrastrukturą, ale także z przyszłą.
Chociaż wszystkie maszyny mogą z niego skorzystać, to jednak nie trzeba łączyć z IO-Link wszystkich czujników znajdujących się w urządzeniach. Praktyka pokazuje, że mniej niż 20% wbudowanych sensorów jest narażonych na fizyczne uszkodzenie – i właśnie to są obszary, w których dodatkowa diagnostyka oferowana przez IO-Link może być naprawdę przydatna.
HART w aplikacjach procesowych
Od lat przepływ informacji procesowych w przedsiębiorstwach zapewnia protokół HART. Wersja WirelessHART oferuje bezprzewodową łączność z czujnikami mierzącymi ciśnienie, temperaturę czy objętość w procesie produkcyjnym. Brama WirelessHART może współpracować z siecią IP na różne sposoby, także poprzez Ethernet/IP. Podobnie jak w przypadku innych sieci bezprzewodowych, istniejące urządzenia można przekonwertować tak, by współpracowały z WirelessHART, tworząc solidną infrastrukturę zapewniającą odpowiedni poziom łączności i pozwalającą generować olbrzymią ilość nowych danych.
Bezprzewodowy HART w wielu aplikacjach oferuje fantastyczną elastyczność, a także monitorowanie i diagnostykę urządzeń. Jeśli np. rura transportująca jest pusta, choć nie powinna, czujnik zaalarmuje operatora, a nie tylko pokaże spadek przepływu. To może pomóc personelowi zakwalifikować zdarzenie jako problem natury procesowej, a nie awarię.
Podobnie jak w przypadku IO-Link, diagnostyka to nie tylko bezpośrednie pomiary. Czujniki dostępne w urządzeniach HART pozwalają na wgląd w stan maszyn, a uzyskane w ten sposób informacje mogą być wykorzystane w predyktywnym utrzymaniu ruchu. To poprawia niezawodność maszyn, stabilność procesu, poziom BHP, bezpieczeństwo danych oraz redukuje koszty konserwacji i nieplanowanych przestojów.
Urządzenia HART współpracują bardzo dobrze z urządzeniami Ethernet/IP w standardowych sieciach IP. Wcześniej dostęp do danych procesowych z urządzeń był ograniczony do systemu sterowania, ale dzięki HART operatorzy mają wgląd w potrzebne im informacje z każdego poziomu produkcji.
Wykorzystanie bram typu IO-Link lub HART umożliwia łączność ze wszystkimi urządzeniami produkcyjnymi poprzez sieć IP. Te dwie podsieci pozwalają płynnie włączyć proces produkcyjny w sieć przedsiębiorstwa, dzięki czemu współczesne fabryki gotowe są na funkcjonowanie zgodnie z filozofią Internetu Rzeczy.
Autorka: Shannon R. Foos jest dyrektorem działu zarządzania aktywami i siecią, a Kevin Zomchek – dyrektorem marketingu ds. produktów sieciowych w firmie Rockwell Automation.
Tekst pochodzi ze specjalnego wydania “Fabryka 4.0“. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
