Dnes už každý automatizovaný systém na trhu aj v priemysle všeobecne používa určitú formu signalizácie. Existuje však široká škála signalizačných zariadení počnúc signalizačnými stĺpikmi, vežami či majákmi, končiac alarmami, sirénami a pokročilými systémami [1]. Keďže možnosť použitia, nastavenia i programovania niektorých signalizačných majákov je obmedzená (najmä čo sa týka komunikačných protokolov), vybrali sme si na testovanie SmartLight – signalizačný LED maják od spoločnosti Balluff. Podľa našich doterajších zistení iní výrobcovia vo všeobecnosti neponúkajú až také široké možnosti nastavovania komponentu, úpravu jednotlivých segmentov (farba, intenzita) a už spomínanej komunikácie IO-Link. Hlavnými rozdielovými faktormi sú najmä obmedzenia týkajúce sa nastavenia intenzity svetla a ovládania (na princípe relé alebo tranzistorov NPN/PNP). Vhodným príkladom inovatívneho riešenia pokročilej svetelnej signalizácie stavov na automatizovaných pracoviskách je širokospektrálny rad produktov na báze LED signalizačných majákov (obr. 1).

Tieto zariadenia slúžia ako spoľahlivá informácia o jednotlivých procesných stavoch vo výrobe, pričom farebné spektrum vizualizuje napr. úroveň teploty, polohu dopravného pásu či stav naplnenia nádoby. Sú tvorené skupinami LED diód usporiadaných za sebou (resp. nad sebou, podľa orientácie zariadenia); tie možno ovládať prostredníctvom konfiguračných i procesných údajov, ktoré sa zapisujú do SmartLight. Dokážu pracovať v štyroch režimoch:

  • Segmentový režim – tento režim rozdeľuje zariadenie na tri až päť segmentov, pričom pre každý segment možno nastaviť vlastnú farbu (stav), prípadne aj možnosť blikania segmentu zariadenia.
  • Úrovňový režim – zariadenie sa v tomto režime správa ako indikátor zobrazujúci úroveň sledovanej veličiny (čím vyššia hodnota veličiny, tým je viac LED diód rozsvietených, napr. zdola hore).
  • Režim bežiaceho svetla – zariadenie v tomto režime zobrazuje bežiace svetlo s priebežným rozsvecovaním a zhasínaním jednotlivých LED diód.
  • Flexibilný režim – režim sa vyznačuje individuálnym nastavením jednotlivých LED diód (intenzita, farba).

Implementácia takéhoto zariadenia (s ohľadom na dodržanie noriem STN EN 61310-1 a IEC 60073) do technologických i netechnologických procesov je presná a ľahká vďaka známemu komunikačnému štandardu IO-Link, ktorého signály a informácie sú odosielané, spracúvané a vyhodnocované istým typom nadradeného systému (napr. pomocou PLC). Vieme, že technológia IO-Link je v súčasnosti veľmi zaujímavým riešením najmä pre koncových používateľov, ktorých cieľom je zabezpečenie dostatočnej transparentnosti údajov vymieňaných medzi riadiacou jednotkou a jednotlivými snímačmi. Navyše, distribučné zariadenia IO-Link (IO-Link hubs) sú vhodným riešením na prenos množstva spínacích signálov, a tak umožňujú rýchle a jednoduché pripojenie existujúcich digitálnych zariadení k IO-Link master [3]. Napriek týmto možnostiam však treba povedať, že táto technológia nie je univerzálnou náhradou zbernicových riešení, ale v mnohých prípadoch môže byť zmysluplným doplnkom.

Konfigurácia SmartLight

Vhodným hardvérovým produktom konfigurácie SmartLight – signalizačného LED majáka je modul BNI USB-901-013-A501 (a príslušný softvér). Modul je napájaný 24 V (3), disponuje portom IO-Link (1) cez štandardný M12 konektor, portom USB (4) a stavovou LED (2) (obr. 2).

Na integráciu SmartLight do projektu pomocou komunikácie IO-Link využijeme softvér, ktorý je súčasťou hardvéru, tzv. BNI-IO-Link Device Tool (obr. 3). Hlavnou úlohou tohto konfiguračného softvérového nástroja je priradenie:

  • zariadení IO-Link do jednotlivých portov mastra,
  • V/V adries procesných údajov do portov v adresnom priestore mastra,
  • parametrov zariadeniam IO-Link (ako je napr. SmartLight).

Softvér je potrebný na transparentnú reprezentáciu komunikácie na nižšie úrovne riadenia (IO-Link snímače a pod.).

Keďže toto signalizačné zariadenie používa komunikačný štandard IO-Link a nadradeným systémom je PLC (v našom prípade S7-1200), realizácia konfiguračného procesu prebiehala v softvérovom prostredí TIA Portal (Siemens). Ako vieme, softvér poskytuje dostatočne silné nástroje na sledovanie a úpravu behu programu, a to v reálnom čase, t. j. online [4]. Navyše, zariadenia sú v tomto programovom prostredí jednoznačne identifikované tromi parametrami (MAC adresa, IP adresa, jedinečné meno). Ich pripojenie je zabezpečené eternetovým káblom (RJ-45). Prepojenie jednotlivých zariadení je možné vďaka IO-Link master – BNI PNT-508-105-Z015, ktorý dokáže komunikovať s akčnými členmi a snímačmi, ale najmä s pripojenými zariadeniami IO-Link. K IO-Link master je pripojený SmartLight, ktorý sa tak stáva vhodným doplnkom automatizovaného systému s cieľom požadovanej indikácie žiadaných stavov a alarmov na automatizovanom pracovisku. LED farby, blikanie a voľbu režimov nastavíme prostredníctvom spomínaného softvéru TIA Portal a tiež bloku IO-Link Call. Tento blok umožňuje zapisovať dáta a špecifikovať žiadané funkcie SmartLight (obr. 4).

Blok má niekoľko vstupov a výstupov. Aktivácia bloku je zabezpečená logickou jednotkou na vstupe EN (enable). Na binárny vstup REQ (request) sa privádza požiadavka na vykonanie tohto funkčného bloku. Vstup ID označuje hardvérový identifikátor IO-Link master. Toto číslo sa dá nájsť v hardvérovej konfigurácii mastra v TIA Portal.

CAP je kapacita. Štandardne sa tu uvádza číslo 255. Vstup RD_WR je tiež binárny. Ak je na tomto vstupe logická nula, tak sa vykonáva čítanie z príslušného registra; ak je na tomto vstupe logická jednotka, tak sa vykonáva zápis do príslušného registra. Vstup PORT udáva port mastra, na ktorý je pripojené zariadenie, s ktorým chceme komunikovať.

Vstupy IOL_INDEX a IOL_SUBINDEX sa vyplnia podľa registra, ktorý chceme čítať, resp. do ktorého chceme zapisovať. V našom prípade bude IOL_INDEX rovné 44hex a IOL_SUBINDEX rovné 0hex, nakoľko chceme zobraziť všetky počítadlá naraz.

LEN (lenght) označuje šírku čítaných, resp. zapisovaných dát. Na vstup DATA je privedený pointer na pole bajtov, do ktorých sa budú ukladať načítané dáta alebo z ktorých sa zapisujú dáta do zariadenia IO-Link. Výstupy hovoria o aktuálnom stave funkčného bloku (či sa používa, či je nečinný, resp. či má poruchu).

Verifikácia SmartLight

Predpokladáme statické umiestnenie na vybranej automatizovanej linke (FMS 500), pričom proces verifikácie je založený na postupnosti nasledujúcich krokov:

  • Konfigurácia siete PROFINET. Tento krok obsahuje prvotné vytvorenie projektu, implementáciu riadiaceho PLC zariadenia, integrovanie príslušného IO-Link master a priradenie zodpovedajúcich súborov GSD. Okrem komunikačných vlastností tento súbor obsahuje aj štruktúru premenných pre potreby cyklickej komunikácie a parametre základnej diagnostiky.
  • Pripojenie SmartLight do projektu. Nevyhnutným krokom je dohľadanie tohto zariadenia prostredníctvom funkcie dostupné zariadenia. Šírku procesných dát udáva výrobca.
  • Pridanie I/O adries. Jednotlivým pripojeným zariadeniam pridáme vstupno-výstupnú adresáciu; nie je fixne definovaná, používateľ ju môže meniť podľa potreby.
  • Tvorba riadiaceho programu. Obsahom tohto kroku je definovanie a priradenie vstupov a výstupov jednotlivým tagom (podľa toho, či ide o vstupnú alebo výstupnú premennú).
  • Konfigurácia dátového bloku. V poslednom kroku prebieha špecifikácia činnosti pripojeného SmartLight prostredníctvom dátového bloku IO-Link CALL 1200. Treba poznať nemenné parametre signalizačného zariadenia (ID, CAP, PORT, SUBINDEX, DATA). Prepínanie jednotlivých režimov je zabezpečené zmenou parametra INDEX na adrese 40hex. Podrobnosti možno nájsť v podporných materiáloch od výrobcu.

Programová logika využíva jazyk LAD prostredníctvom hlavného programovacieho bloku MAIN cez Add new blocks pod názvom Block_1 v jednotlivých Networks. Zobrazované signalizačné informácie a stavy automatizovaného pracoviska (obr. 5) predstavujú:

  1. signalizáciu plného stavu na hlavnom sklade súčiastok (QW82 = 45,057), segment 3 trvale svieti zeleným LED svetlom, segment 2 bliká žltým LED svetlom, t. j. upozornenie na stav pracoviska;
  2. signalizáciu naplnenia vedľajšieho skladu na pracovisku (QW82 = 14,848), segment 2 bliká oranžovým LED svetlom, segment 1 bliká červeným LED svetlom;
  3. štandardnú prevádzku (QW82 = 1), segment 3 trvale svieti zeleným LED svetlom;
  4. nečinný stav – poruchu (QW82 = 524), segment 3 bliká modrým svetlom, segment 1 trvale svieti červeným LED svetlom, t. j. vyžaduje sa akcia operátora.

Na prepínanie farieb jednotlivých segmentov je použitá adresa QW82, štyri funkcie typu Move a ich následný zápis cez číselný vstup IN, ktorý predstavuje jednotlivé farby segmentov (S1 až S3).

Záver

Monitorovanie a možnosti prezentovaného SmartLight – LED signalizačného majáka (komunikácia PROFINET, možnosti nastavenia LED) prevyšujú štandardné signalizačné prvky a umožňujú jeho pohodlnú integráciu (konektor M12), a to aj počas priamej a nepretržitej prevádzky automatizovaného zariadenia. Cieľom je pritom skvalitniť orientáciu a informovanosť obsluhy o aktuálnom stave a prebiehajúcich tendenciách jednotlivých procesov. Vždy však treba zvážiť výber vhodného signalizačného (monitorovacieho) zariadenia tak, aby bola splnená podmienka efektívnej vizualizácie konfiguračných a procesných dát pracoviska. Takýmto spôsobom sa potom stane indikácia žiadaných, prípadne kritických stavov či alarmov vhodným doplnkom monitorovania pre budúce potreby prediktívnej údržby.

Poďakovanie

Tento príspevok vznikol vďaka podpore projektu KEGA 044TUKE-4/2021 Diaľkový prístup k laboratórnym cvičeniam pre priemyselnú automatizáciu a projektu VEGA 1/0169/22 Nové metodiky prístupov k dátam automatizovaných a robotických pracovísk.

Literatúra

[1] AMTEK, spol. s r. o. Senzory a svetlá di-soric s IO-Link. In: ATP journal, 2018, roč XXV, číslo 3, str. 25, ISSN 1335-2237.

[2] SmartLight – signalizačný LED maják. BALLUFF. Human Machine Interfaces (rozhrania človek – stroj). [online]. 

[3] Vagaš, M. – Galajdová, A.: Možnosti integrácie zariadenia IO-Link Master prostredníctvom webového servera. In: ATP journal, 2021, roč. 28, č. 7, s. 36 – 39. ISSN 1335-2237.

[4] Doebbert, T. R. – Cammin, C. – Scholl, G.: Safety Architecture Proposal for Low-Latency Sensor/Actuator Networks using IO-Link Wireless. In: IEEE Access, 2022, vol. 10, p. 3 030 – 3 044. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3128758.

doc. Ing. Marek Vagaš, PhD.
prof. Ing. Alena Galajdová, PhD.
Technická univerzita v Košiciach
Strojnícka fakulta
Katedra priemyselnej automatizácie a mechatroniky
Park Komenského 8
042 00 Košice
Tel.: +421 5 5602 3163
marek.vagas@tuke.sk