Системы управления пищевыми производствами на основе решений Weidmuller

Контроль большего количества параметров производства и оборудования ведет к увеличению количества устройств в промышленных сетях и объема передаваемой ими информации. Управление большой цифровой инфраструктурой и эффективное использование всего объема собранных данных требует внедрения специальных решений. Для их реализации в соответствии с требованиями заказчиков компания Weidmüller создала модульную систему автоматизации и цифровизации (рис. 1), в состав которой входят продукты для сбора, обработки, передачи данных и построения гибких систем управления как для новых производств, так и для модернизации существующих.

Рис. 1. Компоненты системы u-mation

Важнейшей задачей при переходе к цифровому предприятию становится интеграция между системами автоматизации и цифровой инфраструктурой. Для ее решения Weidmüller предлагает свою платформу u-mation, которая отвечает всем требованиям современных технологий и стандартов и проста в применении. Первым элементом платформы стала надежная система удаленного ввода/вывода u-remote, которую уже используют производственные предприятия во всем мире. К ней были добавлены программируемый логический контроллер u-control, среда разработки u-create, панели оператора u-view, промышленные ПК, а также среда разработки систем визуализации. Все компоненты u-mation, реализованной с использованием веб-технологий и открытых стандартов, гарантируют независимость от платформ и браузеров.

Система удаленного ввода/вывода u-remote

Система удаленного ввода/вывода от компании Weidmüller — универсальное решение для построения как централизованных, так и распределенных систем автоматизации. Система u-remote (рис. 2) хорошо зарекомендовала себя в различных отраслях для автоматизации отдельных узлов оборудования и при создании комплексных АСУ ТП. Для предприятий пищевой промышленности наиболее актуальными являются компактность и модульность, которые позволяют гибко подходить к созданию и модернизации систем автоматизации, учитывая проектные особенности объекта, существующую инфраструктуру автоматизации, критичность процессов, возможность и целесообразность применения различных способов передачи технологических данных.

Рис. 2. Модули удаленного ввода/вывода u-remote

Поддержка большого количества общепромышленных протоколов позволяет использовать данное решение практически со всеми известными ПЛК, а встроенный веб-сервер — быстро конфигурировать типы входных и выходных сигналов. Более 100 различных функциональных модулей предоставляют проектировщику возможность решать разнообразные задачи в системах автоматизации и строить как небольшие системы, так и системы с высокой концентрацией сигналов (64 модуля, макс. 1024 I/O). Сервисный персонал также получает возможность оперативной работы с системой благодаря таким функциям, как многофункциональная индикация, возможность горячей замены модулей, доступность работы без специального ПО, и другим. Каждый модуль — это элемент системы, в компактном корпусе которого сконцентрированы все самые современные разработки и учтены самые строгие требования к I/O-системам, поэтому данное решение успешно эксплуатируется в России не только в общепромышленном применении, но и в нефтегазовой отрасли, химической промышленности и судостроении.

Программируемый логический контроллер u-control

Для реализации функции управления Weidmüller разработала линейку ПЛК (рис. 3), в основе которой лежит система удаленного ввода/вывода u-remote. Используя преимущество общей платформы аппаратной части системы, можно создавать гибкие децентрализованные системы, а также повысить эффективность ввода оборудования в эксплуатацию. Данное решение отлично подходит как для автоматизации отдельно стоящего оборудования, так и для построения систем АСУТП. В основе контроллера лежит высокопроизводительный процессор Dual-Core-ARM-A9 с тактовой частотой 624 МГц и внутренней памятью 512 Мбайт. Объем оперативной памяти составляет 4 Гбайт, данные дополнительно могут сохраняться на внутреннюю карту памяти Micro-SD объемом до 32 Гбайт. Контроллер оснащен часами реального времени. Для передачи данных и программирования пользователю предлагаются интерфейсы RJ-45 и microUSB.

Рис. 3. Программируемый логический контроллер u-control 2000

Особенность контроллера u-control заключается в том, что в нем предусмотрено два автономно работающих ядра ЦП. На одном процессоре работает операционная система Linux и собственный инструментарий разработки Weidmüller. На втором процессоре — операционная система ПЛК, поддерживающая режим реального времени, которая выполняет программу управления. Оба ядра ЦП изолированы друг от друга из соображения защиты и обмениваются данными через доверенную зону (Trust Zone), что позволяет раздельно обновлять обе системы по мере необходимости. Чтобы соответствовать растущим требованиям к защите, в устройство встроена микросхема TPM (Trust Plattform Module — доверенный платформенный модуль). Она служит для защиты от неавторизованного обновления или модификации ПО.

Среды разработки u-create

В качестве среды разработки программного обеспечения Weidmüller предлагает на выбор специалистам различные инструменты, из которых можно выбирать наиболее удобные и соответствующие задачам проекта. Семейство сред разработки Weidmüller u-create (рис. 4) предлагает версии Studio, Web и IoT для работы в стандартном приложении, веб-приложении и разработки IoT-приложений соответственно.

Рис. 4. Контроллеры u-control и среды разработки u-create

В u-create Studio создание управляющей программы производится в среде CodeSys 3.5 и/или на языке программирования С++ на Linux. Использование привычной для разработчиков среды и возможностей языка высокого уровня позволяет более гибко создавать программы управления, включая модули для работы с нестандартным оборудованием или с использованием модифицированной логики управления.

Среда u-create Web в свою очередь основана на веб-технологиях. При создании ПО для разработки использовались открытые и не зависящие от производителя веб-технологии (HTML, CSS3, Java-Script). Доступ к среде разработки для конфигурирования, параметрирования и программирования системы согласно стандарту IEC 61131-3 осуществляется через браузер. Установка инструментария разработки не требуется, так как ПО уже встроено в контроллер. Благодаря веб-технологиям пользователь может контролировать, программировать, обновлять ПО контроллеров, используя любое аппаратное и программное обеспечение, из любой точки мира через прямое (модуль u-control) или непрямое (Интернет) соединение. Единственным необходимым условием является наличие браузера, поддерживающего формат HTML5.

В современных контроллерах разработка (конфигурирование, параметрирование и программирование) обычно происходит с помощью отдельного программного пакета, который необходимо установить на ПК с операционной системой Microsoft Windows. Это приводит к зависимости от используемой версии Windows не только при разработке, но и в течение всего жизненного цикла системы автоматизации. По сравнению с существующими системами контроллер u-control обеспечивает большую гибкость благодаря стандартным веб-технологиям (HTML5 и др.), поскольку ПО для разработки уже установлено на встраиваемом оборудовании и не требует лицензии. Также возможно программирование без подключения оборудования.

Контроллер u-control также предоставляет функционал по разработке IIoT-приложений с использованием NodeRED. Встроенное программное обеспечение, которое также является веб-приложением, предоставляет возможность предварительной обработки информации датчиков, полученной из модулей ввода/вывода, если оно используется совместно с u-control 2000 и u-remote. Затем их можно просто передать в облако посредством распространенных для IoT-систем протоколов MQTT или AMQP (рис. 5). Интуитивный и гибкий интерфейс пользователя u-create IoT позволяет применять широкий набор разных технологий. Функционал контроллера позволяет комбинировать разработку ПО с помощью привычных функциональных блоковых диаграмм и NodeRED.

Рис. 5. Связь между полевыми устройствами и облачными сервисами с помощью инфраструктуры Weidmüller

Большое внимание уделяется и вопросам кибербезопасности. Контроллер u-control разрабатывается с учетом новейших стандартов безопасности, например IEC 62443. Кроме того, доступ к контроллеру через Интернет защищен по протоколу HTTPS либо осуществляется по защищенному VPN-соединению. Дополнительные программные функции повышают степень защиты собственных прикладных программ от несанкционированного доступа. Шифроваться могут как отдельные программные функции, так и вся прикладная программа. Помимо этого, возможно и сохранение данных на внешнем накопителе в зашифрованном виде.

В современных системах IIoT надежная коммуникация между всеми устройствами в сети является ключевым условием правильного функционирования системы. Большой ассортимент средств коммуникации и аксессуаров позволяет решать сложные задачи по построению систем обмена информацией в промышленности и гарантированно обеспечивать связь со всеми компонентами системы.

Компания Weidmüller не только предлагает платформу для автоматизации и цифровизации, но и нацелена на развитие промышленного «Интернета вещей» в целом. Комплексный подход заключается в проработке отдельных элементов системы и связывании их в единую функционирующую среду. Наличие цепочки «датчик — контроллер — IIoT-инфраструктура — облако» — это лишь самые очевидные элементы системы. Мы предлагаем взглянуть на систему шире и получить максимальную информативность, а следовательно, и выгоду. Weidmüller предоставляет широкий ассортимент устройств IIoT Ready, в том числе источники питания, электронные предохранители, коммутаторы, маршрутизаторы и точки доступа для промышленного Ethernet. Номенклатура IIoT-приборов будет и далее расширяться.

Панели операторов u-view и промышленные ПК u-view IPC и Panel PC

Сенсорные панели высокого разрешения, предлагаемые Weidmüller и предназначенные для интуитивной визуализации и использования человеко-машинного интерфейса, оптимальны для платформонезависимых веб-решений по визуализации в промышленной среде. Использование подобных панелей актуально особенно для предприятий агропромышленного комплекса, поскольку они предусматривают распределенную инфраструктуру и системы управления часто имеют децентрализованную архитектуру.

Рис. 6. Промышленные компьютеры u-view IPC и Panel PC

Промышленные ПК u-view IPC и Panel PC (рис. 6) используют новейшие пассивно охлаждаемые процессоры Intel Atom, Celeron и Core i. Пользователи могут выбрать промышленный ПК, соответствующий конкретным задачам, выбирая из различных типоразмеров корпусов из высококачественного алюминия и нескольких операционных систем. Серия Panel PC объединяет в себе дисплей высокого разрешения из операторских панелей u-view (рис. 7) с производительными аппаратными компонентами промышленного ПК.

Рис. 7. Панели оператора u-view

Компания Weidmüller имеет без преувеличения огромный опыт в работе с предприятиями пищевой промышленности и производителями пищевого оборудования, что позволяет предлагать решения, которые лучшим образом соответствуют требованиям отрасли. В качестве примера реализации комплексного проекта в агропромышленном секторе можно назвать проект автоматизации и цифровизации элеваторного комплекса (рис. 8). В основе предложенного решения заложена децентрализованная система автоматизации каждого силоса. Основываясь на техническом задании и специфике объекта, инженеры Weidmüller предложили индивидуальную структуру сети передачи данных (комбинация оптики и медного кабеля), универсальную систему сбора данных, решения по автоматизации и управлению в специальных зонах, включая взрыво­опасные (Ex).

Рис. 8. Пример автоматизация элеватора

Weidmüller активно подбирает для проектируемых систем наиболее эффективные технологии, рассматривает все требования заказчиков, делая это с учетом отраслевой специфики, стандартов и экономических факторов. Специалисты Weidmüller активно учавствуют в инжиниринге, разработке программного обеспечения, проектной работе и, конечно, осуществляют полную поддержку пользователей продуктов и решений по всем направлениям деятельности.

Управление на основе данных

Объединяя устройства и машины в единые экосистемы, мы получаем большое количество данных, как непосредственно связанных с технологическим оборудованием, так и данные с отдельных узлов и элементов системы автоматизации. Такой подход позволяет не только гибко строить систему управления, но и создавать аналитические системы (рис. 9). Промышленная аналитика — это часть концепции промышленного «Интернета вещей», которая позволяет решать различные задачи производства начиная с предиктивного техобслуживания и заканчивая контролем качества выпускаемой продукции. Для реализации таких систем Weidmüller предлагает кросс-платформенное решение с открытым кодом. Пользователь может либо привлечь экспертов из Weidmüller, которые проанализируют требования и задачи и создадут оптимальную систему, либо самостоятельно проанализировать необходимые данные, используя веб-сервер.

Рис. 9. Интерфейс системы промышленной аналитики (панели состояния двигателя и компрессора, панель показателей компрессора, данные температурных датчиков, установленных в системе)

Благодаря новейшим открытым веб-технологиям компания Weidmüller создает продукты, которые легко конфигурируются, программируются и интегрируются в существующие системы. Добавленная ценность от внедрения новых IIoT решений — это повышение надежности, информативности и рентабельности производства.