A bütykös tengelytől a processzoros automatizálási platformokig VII.
2006/5. lapszám | netadmin | 3720 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az előző hat cikkünk során betekintést kívántunk nyújtani az alapvető vezérléstechnikai eszközökbe, elsősorban a PLC-kbe, nem csak szakemberek számára. Ezen túlmenően bemutattunk számos egyéb, de szorosan az irányítástechnikához kapcsolódó eszközt is. A cikkekben olyan ismereteket kívántunk átadni, amelyek bármelyik gyártó eszközeire érvényesek, mivel a PLC-technológia alapját jelentik.
A PLC-piac folyamatosan bővül, egyre több innovatív termék kerül kereskedelmi forgalomba. A folyamatos műszaki fejlődés és a növekvő vevői igények folytonos fejlődést szavatolnak. Napjainkban a PLC-rendszerek egyre nagyobb szerepet kapnak az épületautomatizálás területén (hőmérséklet- és klímaszabályozás, kapunyitó és öntözőrendszerek, biztonsági és védelmi eszközök). Ezen kívül egyre több új területen alakul ki igény automatizálási eszközök alkalmazására: elsősorban a közlekedési és egyéb infrastrukturális szegmensekben. Ilyen megoldások a kötött-pályás közlekedési rendszerek távfelügyelete és távvezérlése, a modern alagutak biztonságtechnikai és szellőzéstechnikai rendszerei. A modern víz- és szennyvízhálózatok kiépítése során a vezérlés, a mérés adatgyűjtés feladataira hatalmas PLC-rendszereket építenek ki, amelyek rádió-hullámok segítségével kapcsolódnak kommunikációs hálózatokhoz. Nagyon fontos a hatalmas infrastruktúra-rendszerek kiépítése esetén a költséghatékony, zavarmentes vezetéknélküli kommunikáció. Az egyre nagyobb és komplexebb automatizálási rendszerek számára egyre fontosabbak lesznek a közös platformok kommunikációs, adatgyűjtési és programozási tekintetben. Ezen megoldások közös és egységes szoftverfelületeket kívánnak, amelyeken keresztül megvalósítható a távprogramozás, az összes eszköz láthatósága és a program módosíthatósága. Kommunikációs szempontból egyre nagyobb teret kapnak a szélessávú Ethernet-elérések, ezek integrációja már megkezdődött a PLC-s területen. A jövőben ezen elérések száma folyamatosan nő majd, ezért alternatív technológiák megjelenésére lehet számítani, amelyek egyértelműen befolyásolják a PLC-k fejlődési irányát.
A mikroelektronika és a PLC kapcsolata
A PLC-k története nem tekint vissza évszázados múltra, de az elmúlt évtizedek alatt funkcióik, kapacitásaik megtízszereződtek, megszázszorozódtak. A mikroelektronika jelenti a vezérlőrendszerek lelkét, ennek következtében az elektronika fejlődését pár éves „megbízhatósági” távolságból a PLC-k is követik. Az utóbbi évtizedekben robbanásszerűen fejlődött és ágazott szét az integrált áramkörök tervezése és gyártása, így a PLC-k és egyéb irányítástechnikai eszközök is elképesztő változáson mentek keresztül. Ez az evolúciós fejlődés nem csak a hardvereket, de a szoftvereket is érintette. A szoftverek alatt ezen a területen a PLC-k operációs rendszerét, azaz firmware-jét és az alkalmazói programot értjük. A fejlesztőkörnyezetek, a hálózaton keresztül történő közös munka ugyanazon a projekten, a szimulációs lehetőségek és a bonyolult szabályozó körök megjelenése az egyszerűbb PLC-knél is messze túlszárnyalja az első berendezéseket. A fejlesztőkörnyezetek már nem csak egy eszköz programjának elkészítését teszik lehetővé, komplett projektek valósíthatók meg a hajtástechnikai eszközöktől kezdődően a kommunikációs hálózat tervezésén keresztül és a PLC-ken át az operátorpanelekig. A gyártók felismerték a programok egységesítésének igényét, ennek eredményeképpen fejlesztették ki az IEC61131-3 ajánlást, amelyet például a Telemecanique, a Siemens, a Mitsubishi is elfogadott. Az ajánlás szerint bármely PLC fejlesztőkörnyezete a program elkészítéséhez azonos eszközöket kínál. A fejlődési irány meghatározói – egyik oldalról – a gyártási technológiák új követelményei, illetve olyan technológiai igények, amelyeket eddig nem lehetett költséghatékonyan automatizálni. A másik oldalról minden gyártó igyekszik a vezérlőket oly módon kialakítani, hogy a jövőben is megfeleljenek a kor kihívásainak.
A gyártási, üzemeltetési technológiák egyre bonyolultabbak és összetettebbek lesznek, melyek akár földrajzilag is nagy területet fognak át (pl. energiaelosztás, vízkezelés stb.). A rendszerekben így egyre gyakoribb igény lép fel a helyi intelligencia és adattovábbítási lehetőség iránt. Az összegyűjtött adatokat, információkat természetesen továbbítás előtt tárolni szükséges, gyakran a helyszínen fel is kell dolgozni. Számos olyan vezérlési feladat létezik, amely nem igényel állandó kezelői jelenlétet, de felügyeletet igen. Ily módon a PLC-k egyik legfontosabb fejlődési iránya a különböző kommunikációs csatornák kezelése és kiszolgálása, azaz teljes rendszerbe integrálása. A PLC-technológia talán legnagyobb áttörését a kommunikáció terén érték el. Számtalan új protokoll jelent meg: gyakorlatilag minden gyártó rendelkezik saját kommunikációs hálózattal és protokollal. A legismertebbek a következők: a Modbus a Schneider Electric-től, a Profibus a Siemens-től, a DeviceNet az Allen Bradley-től, a Melsecnet a Mitsubishi Electric-től, és persze a mindenki által támogatni kívánt, elsősorban terepi buszok, a CANopen, AS-I, HART, LONWorks, Interbus stb.
Ebben a „zárt” kommunikációs társadalomban elképesztő gyorsasággal terjed az Ethernet kommunikációs technológia.
Az Ethernet az Internet/Intranet hálózatok alapja. Az Ethernet egy összetett, hétrétegű, úgynevezett OSI-modellben rögzíti a különböző funkciókhoz tartozó protokollokat, ezért szoktuk protokoll-gyűjteménynek is nevezni. Az Ethernet rendkívüli tulajdonsága, hogy nem kötődik gyártóhoz, teljesen szabad felhasználású, nem korlátozzák licencek, gyártói jogok. További előnye, hogy a hálózat kiépítettségének és a kapcsolódó állomások számának nincs elméleti korlátja. Egy kiépített Ethernet-hálózaton egy fizikai közegen keresztül megvalósítható különböző eszközök egyidejű, de eltérő protokollú kommunikációja. Egy kábelen egyszerre cserélhetnek adatot PLC-k és/vagy terminálok, miközben ugyanezen a hálózaton e-mailek, weboldalak vagy adatbázisok is kommunikálnak egymással. Az Ethernet ezt a feladatot, ezt a forgalomirányítást az aktív, egyre inkább intelligens kábelezési eszközöknek és 100 Mbit hálózati sávszélességnek köszönhetően tudja kezelni. Ezek az intelligens kábelezési eszközök a switch-ek, a hubok, a médiakonverterek stb.
A kommunikáció jövője – Ethernet
Az Ethernet elterjedésének sokáig a determinizmus hiánya szabott határt. A kommunikációs hálózat akkor nevezhető determinisztikusnak, ha pontosan meghatározható két eszköz adatcseréjének átviteli ideje. Az Ethernet- technológia azonban nem determinisztikus közegelérést használ. A determinizmus problémáját az egyik cég a néhány évvel ezelőtt bevezetett, Közzétételi/Feliratkozó elv vezérlőeszközökbe implementálásával oldotta meg. Az elv nagyon egyszerű: minden állomás csak azokat az információkat fogadja az Ethernet-hálózatról, amire szüksége van, illetve a saját adataiból azokat teszi közzé, amikre másik állomásnak vagy állomásoknak szüksége lehet. A Közzétételi/Feliratkozó módszer nagy megbízhatóságú, és elég pontos időkorlátot szab az információcsere átviteli idejére, ily módon determinisztikus adatcsere valósítható meg egy nem determinisztikus hálózaton, mely nem kötődik egyik automatizálási céghez sem. Ez az Ethernet-technológia már rendelkezésre áll, és jelenleg a minden szintű elterjedés küszöbén áll az iparban. A következő lépés az Ethernet rádióhullámú technológiájának (802.11b/g szabvány) ipari környezetre méretezett elterjedése lesz.
Mobil az iparban
A másik jelentős és mindenki számára elérhető hálózat a telekommunikációs rendszereké. A GSM-technológia lehetővé teszi a kezelő és a felügyeleti rendszerek közötti mobil adatcserét. Ez jelenleg elsősorban SMS- (Short Message Service) üzenetek küldését, fogadását jelenti. A mobilhálózatok költsége az elmúlt években jelentősen csökkent, ennek köszönhetően egyre gyakrabban alkalmazzák a valós idejű, azaz online kapcsolatok felépítéséhez is. A mobilrendszerek esetében a jövőt a GPRS és a 3G eszközök elterjedése jelenti, mivel ezek a rendszerek kiküszöbölik a GSM szűkös sávszélességét, és emellett az installálási költségeik is csökkennek.
Multimédia a terminálokban
Korábbi cikkünkben a HMI-kről, az ember-gép kapcsolati eszközökről írtunk. A kezelői panelek is jelentős változásokon estek át. A kezdeti karakteres kijelzőjű eszközök mellett elérhető áron jelentek meg a grafikus, érintőképernyős eszközök is. Mára a HMI-k is képessé váltak egyszerű adatfeldolgozásra, és az Ethernet interfésznek köszönhetően a kommunikációs lehetőségeik is jelentősen bővültek. A terminálok ily módon képesek e-mail-ek küldésére, FTP elérésére és egyéb webalapú szolgáltatásokra is. Az egyedi igények Javascript-ek segítségével valósíthatók meg. A terminálokat az egyértelmű információk átadásában számos új lehetőség segíti. Jelentős előrelépést azonban a közvetlen video- és audiojel fogadása jelent, amelyekkel a terminál akár emberi hangon is szólhat kezelőjéhez, illetve élőképet fogadhat olyan technológiák esetében, ahol a folyamat mellett veszélyes a kezelőknek tartózkodni. A webtechnológia megjelenésével lehetővé vált az internetböngészők használata a folyamat megjelenítésre, karbantartási információk eléréséhez. A böngészők előnye, hogy egyszerre többen is használhatják korlátozás nélkül, bármilyen számítógépen, bármilyen operációs rendszer alatt működhetnek. A böngészők az információkat mindig valamilyen adatszervertől kérdezik le. Az adat- vagy webszerverek egyes cégek kínálatában már PLC-szinten is elérhetők, azaz a PLC hátlapjában egy modulként jelennek meg, amely az Ethernet-hálózatra csatlakozik, és függetlenül működik a folyamatot vezérlő CPU-tól. Az eszközökbe integrált webszerverek a folyamat paraméterein kívül tartalmazhatnak kezelői utasításokat és egyéb dokumentációkat is, amelyek lekérdezhetők az internetböngészőkön keresztül. A böngészők használata ily módon nem csak az irodai szinten válik szükségessé, de a technológia mellett is. Így jelennek meg az ipari számítógépek azon változatai is, amelyek webkliensként funkcionálnak, gyakran MS Windows XPe operációs rendszerrel. (Az „e” az „Embadded”, azaz beágyazott technológiát jelöli.)
Az előzőkben bemutatott fejlődési irányokból nehéz megmondani merre halad az ipari automatizálás, és hogy hol tartunk majd öt év múlva. Az azonban világosan látszik, hogy az eszközök intelligenciája növekedni fog, egyre több szolgáltatás lesz elérhető távvezérléssel, és a rendszerek felhasználóbarát nyelven továbbítják majd az információkat a hálózatban működő komplett rendszerekből. Így a megfelelő információk a megfelelő időben a megfelelő helyre és a megfelelő személyhez jutnak el! Az automatizálási terület után érdeklődők információt találhatnak az Interneten. Itt számos dokumentáció, bemutató, alkalmazás leírása található, emellett elektronikus hírlevél-szolgáltatások is elérhetők.
Reméljük, cikksorozatunkkal, bemutatott eszközeinkkel felkeltettük a villamos szakemberek érdeklődését az automatizálási rendszerek irányában. Köszönjük a megjelenési lehetőséget a Villanyszerelők Lapja szerkesztőségének.
Nagylaki Csaba, Papp Géza Bálint
