Tento článok skúma výzvy integrácie procesu váženia a ponúka body, ktoré treba zvážiť pri definovaní prevádzkových obmedzení a cieľov súvisiacich so zberom a spracovaním údajov. Po zohľadnení týchto bodov môžu váhové a komunikačné riešenia s najväčšou pravdepodobnosťou splniť požadované ciele a vytvoriť merateľnú návratnosť investícií.

Definícia údajov

Výzvy, s ktorými sa výrobcovia stretávali pri integrácií údajov z procesov váženia do systémov ERP/MES boli:

Rýchlosť – schopnosť dodávať spoľahlivé a „filtrované“ údaje o vážení do nadradeného riadiaceho systému počas časovo citlivých operácií, aby bolo možné vykonať úpravy vo výrobe.

Flexibilita – schopnosť komunikovať informácie, ktoré ovplyvňujú presnosť váženia, používanie materiálov a veľkosť výroby, ako je napríklad ID produktu, cieľová hmotnosť, hmotnosť obalu, stav váh, operátorské správy a informácie o chybách.

Náklady – schopnosť využívať riešenia, ktoré integrujú údaje z viacerých váh do jedného automatizovaného systému.

Obmedzenie zariadení – umožňujú výmenu zariadenia za nové kontroléry, ktoré podporia automatizáciu.

Nepriaznivé podmienky – vysokotlakové umývanie, výbušné/žieravé prostredie, veľké vibrácie, elektromagnetické rušenie, extrémna teplota.

Odborné posúdenie podmienok, pri ktorých by mal váhový systém pracovať bez straty presnosti alebo komunikácie s nadradeným systémom, môže pomôcť pri definovaní prevádzkových hraníc. Následne spoločne s cieľmi integrácie údajov možno vybrať najvhodnejšie zariadenie na váženie a dátovú komunikáciu.

Určenie cieľov integrácie údajov

Pred výberom vážiaceho terminálu/komunikačného systému treba vykonať hodnotenie cieľov integrácie údajov. Medzi typické otázky patria:

  • Aký typ informácií sa bude komunikovať medzi vážiacim a automatizačným systémom?
  • Kto alebo čo potrebuje údaje a prečo?
  • Čo spúšťa odosielanie údajov a ako často bude komunikácia prebiehať?
  • Aké sú súčasné požiadavky na formát údajov? Sú dosiahnuteľné?
  • Aké je komunikačné médium? Je dosiahnuteľné?

Niektoré z týchto otázok majú strategický charakter: aký typ informácií sa vyžaduje, kým a na aký účel? Keď sa na tieto otázky odpovie, možno preskúmať zostávajúce riešenia s cieľom zvýšiť výkonnosť. To zvyšuje pravdepodobnosť, že konečná integrácia procesov poskytne merateľnú a dokonca aj rýchlu návratnosť investícií.

Hodnotenie riešení na integráciu údajov

Ak sa zvažuje PLC riadenie, výber komunikačného rozhrania môže ovplyvniť špecifikáciu zariadenia. Výber sieťovej zbernice PLC je založený na faktoroch, ako je typ zbernice dodávateľa, počet požadovaných uzlov, typy zariadení/množstvo sieťových dát, požadovaná prenosová rýchlosť a rozpočet projektu. Dodávateľ automatizačnej techniky porovná výhody a nevýhody rôznych typov sietí. Možnosti sú napríklad takéto:

  • odovzdanie údajov o cieľovej hmotnosti do vážiaceho terminálu,
  • zber údajov o kalibrácii a/alebo kalibrácia pomocou PLC programu,
  • štatistiky sledovania váh.

Toto všetko je možné dosiahnuť so správnym váhovým terminálom.

Ciele váženia, ako je celková presnosť procesu a rýchlosť plnenia, spoločne s vybranou zbernicou PLC určia, aký typ terminálu a rozhrania je potrebný. Ak nie je potrebná integrácia PLC údajov, sériová komunikácia cez PC alebo dátová komunikácia Ethernet TCP/IP je tiež možnosťou. Ethernetové systémy TPC/IP dokážu používať bezdrôtovú dátovú komunikáciu jednoduchšie ako PLC systémy. IPC rozhrania môžu integrovať údaje o vážení cez OPC server do iných aplikácií s podporou OPC. OPC poskytuje štandardizovaný dátový formát, ktorý môže znížiť náklady na integráciu a podporu, znížiť zložitosť systému a urýchliť vývoj projektov priemyselnej automatizácie.

Navrhovanie najlepších postupov

Najlepšie postupy pri integrovaní terminálov váženia so systémami vyššej úrovne sa budú riadiť odporúčaniami dodávateľov automatizácie. Zatiaľ čo osvedčené postupy pre každý typ automatizačnej siete presahujú rozsah tohto článku, najlepšie postupy implementácie sietí sú založené na ethernetových sieťach ako EtherNet/IP, Modbus TCP alebo Profinet.

Priemyselná vs. kancelárska sieť

Návrh priemyselnej siete vyžaduje rôzne úvahy a porovnania s kancelárskou sieťou. Vo výrobnom procese sa však prevádzka generovaná počas kľúčovej časovej výmeny skladá predovšetkým z paketov UDP/IP Unicast a Multicast. IP multicastový prenos generovaný v sieti EtherNet/IP má vysokú rýchlosť s krátkymi paketmi generovanými nepretržite. Ak je podsieť EtherNet/IP pripojená k výrobnej sieti, musí sa zablokovať nepretržité šírenie multicastových paketov. I keď nepretržitý tok informácií z podsiete môže byť pri optimalizovanom vážení žiaduci, môže spôsobiť tzv. multicast „víchricu“, ktorá môže degradovať celkový výkon siete.

Optimalizácia priemyselnej EtherNet/IP

Rockwell Automation poskytol nasledujúce odporúčania na optimalizáciu výkonu siete použitím EtherNet/IP.

Ak je to možné, vyberte komunikáciu Unicast EtherNet/IP. Unicast I/O a EtherNet/IP umožňuje priamu komunikáciu medzi dvoma zariadeniami v sieti. Táto komunikácia je efektívnejšia, keď netreba zdieľať I/O údaje medzi viacerými zariadeniami. Ďalšie informácie o komunikácii Unicast vs. Multicast možno nájsť v publikácii ODVA 70, Odporúčaná funkcionalita pre zariadenia EtherNet/IP, ktorá sa nachádza vo forme odkazu na konci tohto článku.

Minimalizujte zaťaženie zariadenia v dôsledku nežiaducej IP multicastovej prevádzky. V závislosti od konfigurácie podsiete a pripojenia zariadenia to možno dosiahnuť pomocou spravovaných ethernetových prepínačov podporujúcich virtuálne LAN siete (VLAN) a smerovanie IP multicast.

Minimalizovať zaťaženie spínača v dôsledku nežiaducej IP multicastovej prevádzky. Používajte full duplex, spravované priemyselné sieťové prepínače schopné IGMP (Internet Group Multicast Protocol) snooping, zrkadlenie portov, nastavenie VLAN, štatistické informácie SNMP, zablokovanie IP adresy, automatické obnovenie konfigurácií a stanovenie priorít.

Minimalizujte zaťaženie siete v dôsledku nežiaduceho prichádzajúceho IP multicastového prenosu/blokovania IP multicastového prenosu generovaného v podsieti EtherNet/IP od šírenia do výrobnej siete.

Pri tvorbe priemyselných sietí uprednostnite konektory sieťových káblov s krytím IP67 a rozšírenou ochranou teploty do 80 °C. V prostredí s veľkým rušením sú nutnosťou priemyselné tienené káble CAT6 a CAT6a. V niektorých prípadoch môže uzemnený kovový kábel minimalizovať elektrické rušenie. Správne uzemnenie je dôležité na ochranu pred slučkami, ktoré môžu spôsobiť rušenie signálu.

Použite vzorový PLC kód od dodávateľa automatizácie alebo použite iný integračný nástroj, ako sú doplnkové profily (AOP) alebo doplnkové inštrukcie (AOI) od Rockwell Automation; môžu zjednodušiť integráciu zariadení do automatizačnej siete a minimalizovať chyby programovania.

Odstraňovanie problémov

Odstraňovanie problémov s dátovou komunikáciu v prípade terminálu váženia a riadiaceho systému závisí od použitého spôsobu komunikácie. Pri sériovom rozhraní alebo EtherNet TCP/IP môže jednoduché pripojenie k PC pomocou jednoduchej aplikácie, ako napríklad HyperTerminal, overiť prenos údajov o základnej hmotnosti cez komunikačný port terminálu. Riešenie problémov so sieťou Ethernet je zvyčajne rozdelené na hlavné oblasti, medzi ktoré patria:

  • sieťové médiá (káble, konektory, sieťové karty),
  • nastavenie softvéru/konfigurácia siete,
  • výkon signálu siete.

Pri riešení problémov so sieťovými médiami používa veľa technikov nástroje, ako TDR (reflektomer s časovou doménou), ručné analyzátory siete a výkonnosti káblov. V prípade aplikácií založených na PLC niektorí výrobcovia dodávajú simuláciu na báze PC, ktorá slúži na sledovanie a overenie údajov prenášaných z PLC portu vážiaceho terminálu. LED kontrolky namontované na komunikačnej doske poskytujú základné informácie o prevádzkovom stave.

Riešenie problémov s vážiacim terminálom sa môže realizovať aj prostredníctvom vzdialeného prístupu ku konfiguračným súborom terminálu, chybovým protokolom a webovým stránkam s diagnostikou alebo prevádzkovým stavom.

Zhrnutie

Efektívny prenos procesných údajov na vyššiu úroveň systémov MES alebo ERP spoločne s inteligentnou platformou na váženie/modernizáciou systému môže:

  • zlepšiť riadenie výrobných procesov,
  • zlepšiť využívanie majetku, znížiť prevádzkové náklady,
  • vytvárať merateľnú návratnosť investícií.

Jasná identifikácia cieľa – či už bola zrealizovaná interne, alebo pomocou špecialistov na procesy váženia – môže zabezpečiť, že investície do hardvéru a softvéru prinesú zamýšľané dividendy na zlepšenie procesu. Úvahy týkajúce sa navrhovanej modernizácie systému zahŕňajú:

  • rýchlosť procesu, ktorý ovplyvňuje výmenu dát,
  • existujúce zariadenia a potenciálne pripojenie,
  • dostupný rozpočet,
  • nepriaznivé prevádzkové podmienky, ako je vysokotlakové vyplachovanie, žieravé chemikálie, nebezpečné prostredie a extrémna teplota,
  • samotné údaje – kto/čo ich potrebuje, prečo a v akom formáte,

Takisto si treba položiť otázku, či je potrebná PLC konektivita alebo komunikácia bude prebiehať sériovo či cez EtherNet TCP/IP k PC.

Riešenie problémov v sieti Ethernet vyžaduje znalosť sieťových médií, konfigurácie a výkonu signálu. Niektorí výrobcovia dodávajú počítačový simulačný softvér, ktorý overí prenos údajov z vážiaceho terminálu.

Ďalšie zdroje

Viac informácií o komunikačných funkciách, dátovom formáte a požiadavkách špecifických pre sieťové zbernice vážiacich terminálov METTLER TOLEDO nájdete na www.mt.com. Nasledujúce odkazy poskytujú informácie, ktoré môžu pomôcť pri optimalizovaní automatizovaných procesov vrátane váženia:

www.mt.com