H A R T I N G s Te c h n o l o g y Ne w s l e t t e r

Transkrypt

1 17 H A R T I N G s Te c h n o l o g y Ne w s l e t t e r Automation IT Artykuł gościnny autorstwa Prof. Dr. Steusloff Automatyka Technologie informacyjne w służbie ludzkości Rozwiązaniem jest switch

2 tec.news 17: Redakcja 2 harting tec.news 17 (2009)

3 Philip Harting Harmonia doprowadzona do perfekcji crescendo! Bezproblemowe rozwiązania systemowe i przedsiębiorstwa o wrodzonej kulturze szkolenia kreują obraz przyszłości. Przesiębiorstwa harting Grupy Technologicznej, w obrębie swojej struktury, wnoszą szczególny wkład w rozwój doskonale zarządzanych organizacji, podobnie do harmonizacji instrumentów w orkiestrze symfonicznej. W celu osiągnięcia efektywności zapewniającej sukces (W przypadku hartinga sukces globalny), przedsiębiorstwa muszą ewoluować do systemów o dużej zdolności adaptacyjnej. Są przyczyny, przez które takie zespoły jak Berlińska Orkierstra Symfoniczna, czy London Symphony Orchestra mają wspaniałą, muzyczną reputację od wielu lat. Znakomici muzycy, najlepsi dyrygenci, świetny repertuar i doskonała koordynacja między wszystkimi uczestnikami, to tylko część przyczyn sukcesu. Innym, niezwykle istotnym czynnikiem jest ciągły rozwój tych zespołów. Nowi ludzie korzystają z doświadczeń poprzedników i kontynuują rozwój. Tak wysoki poziom harmonii jest rezultatem długiego procesu rozwojowego, obejmującego ciągłe, indywidualne dostosowanie do wymagań. Celem jest zapewnienie tego, że gdy jeden element ulega zmianie, to zmiana ta przenosi się na wszystkie pozostałe elementy systemu. Systemy te działają na wysokim poziomie, który jest wynikiem wysokiego standardu funkcjonowania wszystkich jego elementów składowych. Korzyść jednego jest korzyścią dla wszystkich. Takie przedsiębiorstwa high-tech, jak harting, działają podobnie. Kreatywność nie jest wynikiem chaosu. lecz rezultatem perfekcyjnej organizacji i wdrażania rozwojowych systemów, które stają się coraz doskonalsze, gdyż chcą się takimi stawać. Przesiębiorstwa z dziedziny zaawansowanych technologii działają obecnie w gwałtownie zmieniających się warunkach i same wnoszą wkład w rozwój rynków, tworząc nowe technologie, nowe rozwiązania, nowe zastosowania, czy nowe podejście do zagadnień. Firmy takie jak harting, szybko zwiększyły swoje kompetencje i znacznie rozszerzyły zakres oferty. Wyznaczają one nowe kierunki i szybko adaptują się do nowych warunków. Ekspansja naszej wiedzy technologicznej i doświadczenia nie jest procesem liniowym. Odbywa się ona według złożonej krzywej zależności doświadczenia w produkcji i zarządzaniu oraz kompetencji. Wraz z wprowadzeniem nowego rozwiązania, wzrastają umiejętności w całej firmie. Każda nowa aplikacjia, każde nowe wymaganie, któremu udaje się nam sprostać, każde nowe podejście stymuluje nasz rozwój, wprowadza nowe idee i tworzy możliwości nowych zastosowań. Firma harting jest mocno zaangażowana w całokształt takich procesów. Takie działanie jest podstawą sukcesu firmy harting. Pozwala to nam spełniać trudne i złożone wymagania odbiorców oraz oferować rozwiązania o odpowiednio wysokich parametrach. harting obsługuje obecnie klientów z branży inżynierii mechanicznej, całego przemysłu wytwórczego łącznie z motoryzacyjnym, medycznym i energetycznym. harting jest zaangażowany w szerokie spektrum technologii produkcyjnych, komunikacyjnych i łączności. Technologie te są ze sobą ściśle powiązane i kompatybilne. Wracając do metafory muzycznej, technologie te współbrzmią harmonicznie podobnie jak dźwięki w akordzie. Dobrze zorganizowana i skoordynowana w działaniach firma technologiczna przypo- 3 3

4 tec.news 17: Redakcja mina muzykę składająca się ze zharmonizowanych ze sobą dźwięków Koncepcja rozwoju firmy harting sięga najdalszych horyzontów, ale jest też głęboko osadzona w realiach. Nie tylko tworzymy rozwiązania skrojone na miarę indywidualnych potrzeb klientów, ale też wiemy jak przejść drogę od pomysłu do przemysłu (lub szukamy nowej drogi rozwiązań). Korzystając ze zdobytych już doświadczeń odnosimy sukces podejmując nowe wyzwania Podstawą technologiczną sukcesu firmy harting jest nasza wiedza w dziedzinie techniki łączeń, ściśle związana z doświadczeniem w zakresie technologii komunikacyjnych, sterowania, budowy narzędzi oraz produkcji. harting stosuje kompatybilne ze sobą systemy do dystrybucji sygnałów i mocy oraz do komunikacji, przy czym poszczególne komponenty doskonale ze sobą współpracują. Ilość kabli i złącz jest przy tym znacznie zminimalizowana. Komponenty zajmują niewiele miesca, a ich montaż i ewentalna naprawa jest znacznie ułatwiona. Systemy te są przyjazne dla użytkownika. Są też łatwe w konserwacji i utrzymaniu Nic z tego nie byłoby możliwe do osiągnięcia bez zintegrowanej struktury korporacyjnej, która stanowi wspólną platformę dla wymiany informacji oraz dla pożądanych zmian dotychczas stałych elementów tej struktury. Jesteśmy jak metaforyczny, zharmonizowany akord grany crescendo, czyli coraz bardziej dobitnie. Mamy pełne prawo do takiej samooceny harting tec.news 17 (2009)

5 tec.news 17: Spis treści Spis treści Redakcja: Harmonia doprowadzona do perfekcji crescendo! _02 Artykuł gościnny Automatyka _06 Loteria z nagrodami _78 harting na targach 2009 _79 Profesjonalny broadcast Nowy, wspaniały świat telewizji _16 Reflektorem w gwiazdy _42 Nagie aplikacje _49 Automation IT Rozwiązaniem jest switch _10 Mobilne wiadomości _26 Odporne na wstrząsy _30 Władca pierścieni _46 _58 Energia wiatrowa świetliki _18 Nowe źródła energii dla energetycznego kraju _37 Złącza bezpieczeństwa _54 harting Technology Group Złącza na wszystkie warunki pogodowe _22 Globalne standardy w energetyce _35 Zawsze szukamy konkretnych rozwiązań _40 Przewidywalne jasnowidzenie _50 Praca w sieci PICMG rozwija standardy otwartego interfejsu _56 Najlepsi wdrożeniowcy _60 Testy funkcjonowania _64 Kalejdoskop Pozdrowienia od dentysty _44 Wiedzieć jest dobrze, dokładnie wiedzieć jest lepiej _66 Smacznego! _70 Zastosowania specjalne place budów _72 Indian Power _75 Impresum. Wydawca: HARTING KGaA, M. Harting, Postfach 11 33, D Espelkamp, Tel , Fax , Internet: www. HARTING.com Redaktor naczelny: A. Bentfeld Z-ca redaktora naczelnego: Dr. H. Peuler Koordynacja: Communication and Public Relations Department, A.Bentfeld Opracowanie graficzne: Contrapunkt Visuelle Kommunikation GmbH, Berlin Produkcja i druk: Druckerei Meyer GmbH, Osnabrück Nakład: egzemplarzy na świecie (w 13 językach) Dystrybucja: Jeśli chcieliby Państwo otrzymywać nasz magazyn technologiczny regularnie, proszę zgłosić się bezpośrednio do naszego regionalnego biura HARTING w Polsce lub poinformować o tym pracownika firmy HARTING, z którym macie Państwo stały kontakt. Ponadto tec.news można zamówić w internecie pod www. HARTING.com Przedruk: Częściowy lub całkowity przedruk artykułów jest możliwy tylko za pisemnym zezwoleniem redakcji. Dotyczy to również wprowadzania całości lub części tec.news w elektroniczną bazę danych oraz powielania na elektronicznych nośnikach (np. płyta CD) Wszystkie użyte nazwy produktów są znakami firmowymi HARTING KGaA lub innych współpracujących firm. Pomimo starań nie możemy do końca wykluczyć wystąpienia błędów drukarskich lub krótkoterminowych zmian w specyfikacji produktów. Dlatego wiążącymi dla HARTING KGaA są informacje zawarte w katalogu. Wydrukowano na papierze bielonym ekologicznie (bez użycia chloru) by HARTING KGaA, Espelkamp. Wszystkie prawa zastrzeżone 5

6 tec.news 17: Artykuł gościnny Prof. Dr. Hartwig Steusloff Automatyka Technologie informacyjne w służbie ludzkości W silniku parowym jest coś irytującego. Jak tylko zwiększy się ogień pod kotłem, maszyna zaczyna pracować szybciej. Gdy podłączyć poprzez pas transmisyjny dodatkową obrabiarkę lub inną maszynę, silnik zwalnia. W XIX wieku James Watt wpadł na pomysł zastosowania regulatora odśrodkowego współpracującego z zaworem parowym w celu mechanicznej regulacji silnika tak, aby jego prędkość obrotowa pozostawała w miarę stała niezależnie od zmian obciążenia (rys.1). James Watt oparł swoją ideę na zasadzie sprzężenia zwrotnego znanego od starożytności. W tym przypadku, czujnik (ciężarki odśrodkowe) oraz mechanizm sterujący (dźwignia i zawór) powodowały żądany efekt (zmianę przepływu pary poruszającej tłok). Przetwarzanie informacji Jest to wczesny przykład procesu przeplywu informacji pochodzącej od czujnika i wpływającej na układ sprzężenia zwrotnego. Dzięki temu, predefiniowana funkcja celu jest osiągana i utrzymywana. Na podobnej zasadzie działają dzisiejsze, złożone systemy automatyki obejmujące elektronikę i technologię przetwarzania informacji. Wymagania co do zachodzenia procesów sterowania w czasie rzeczywistym, bezpieczeństwa i niezawodności gwałtownie wzrosły, gdyż złożoność współczesnych systemów wynika z potrzeby jednoczesnego zarządzania wielką ilością układów. Przy tym projektowane systemy muszą być odporne na awarie i zachować stabilność funkcjonowania. Jaki jest związek między informacją, celami do osiągnięcia i działaniem? Na rysunku 2 pokazano, jak informacja pochodząca z zestawu danych w dobrze zdefiniowanym kontekście i osadzona w odpowiedniej strukturze roboczej zamienia się w wiedzę. Kompetencje uruchomione na skutek uzyskania tej wiedzy powodują wymagane działanie. Uzyskane efekty jako wynik tego działania, odzwierciedlają zmiany powodowane dostępem do podsystemów danych, zmykając pętlę sprzężenia zwrotnego. Każda z kategorii pokazanych na rysunku 2 odgrywa istotną rolę w systemach automatyki. Informacja w modelach dynamicznych musi reprezentować rożnorodność charakterystyk i zachowań systemów technicznych i społecznych 6 harting tec.news 17 (2009)

7 w sposób jak najbardziej kompletny w celu utworzenia systemów automatyki, które są rzeczywiście autonomiczne w ścisłym tego słowa znaczeniu. środowisko systemowe Ta istotna podstawa wiedzy obejmuje również przewidywalność zakłóceń, które mogą wpływać na funkcjonowanie systemu. Zarządzanie tymi zakłóceniami wraz z uwzględnieniem zdefiniowanych charakterystyk i parametrów jakościowych jest istotą automatyki. Nie ma znaczenia, jaki rodzaj zakłócenia wewnętrznego (np. zwarcie) lub Dane dane Kontekst Informacja online online Intefejs człowiekmaszyna online Działanie Przyczyna Kompetencja Klasyfikacja Zależności online/ offline przejrzysty niewypowiedziany Wiedza Doświadczenie Cele Rys. 2: Cykl procesu automatycznego sterowania i danych, powszechnie nazywany interfejsem człowiekmaszyna (HMI). Rys. 1: Regulator odśrodkowy zewnętrznego (np. uderzenie pioruna) mógłby wystąpić. System musi utrzymać bezpieczne parametry pracy lub być bezpiecznie wyłączony. Automatyka Jednak co stanie się, jeśli inteligencja osadzona w systemie technicznym nie wystarcza do automatycznej inicjacji właściwego działania w danej sytuacji? Wtedy należy dostarczyć dodatkową wiedzę do systemu, często w czasie rzeczywistym, co oznacza, że system musi reagować we właściwym momencie. Ludzie zazwyczaj posiadają tę wiedzę. Działając w sposób kompetentny i kreatywny bez reakcji podświadomych mogą poradzić sobie w nieoczekiwanych sytuacjach, nie przewidzianych przez projektantów i nie przekazanych w formie wprost. W celu umożliwienia takich działań, każdy system automatyki musi być wyposażony w odpowiedni interfejs informacyjny Scenariusz obejmujący czynnik ludzki jest istotą automatyki zgodnie z definicją ujętą w modelu referencyjnym organizacji VDI/VDE Measurement and Automation Technology Association (rys. 3). Wewnętrzna pętla sprzężenia zwrotnego z informacją, przetwarzaniem informacji oraz zainicjowaną interwencją poprzez informację, jest uzupełniana przez logistyczną infrastrukturę informacyjną z zasadniczym systemem planowania i projektowania inżynierskiego elementów. Cały system egzystuje wewnątrz prawnej i ekonomicznej struktury, która określa jego wdrożenie i działanie. Przyjrzyjmy się dokładniej niektórym jej aspektom. Proces techniczny Zacznijmy od procesu technicznego. W prostych słowach, proces charakteryzowany jest pewną liczbą tak zwanych zmiennych stanu, które określają zgromadzoną energię, materię lub informację zmieniającą się w trakcie procesu. System silnika Watta miał tylko kilka zmiennych stanu, na przykład stan energetyczny kotła i koła zamachowego. Dzisiejsze elektrownie są opisywane ilością rzędu zmiennych stanu, jeśli wliczyć operacje pomocnicze potrzebne dla celów ochrony środowiska. Systemy automatyki i organizacje ludzkie ciągle potrzebują 3 7

8 tec.news 17: Artykuł gościnny wymagania-ograniczenia Proces Pozyskiwanie informacji efekt informacyjny Przetwarzanie informacji proces komunikacji ludzkiej logistyka informacyjna/ Komunikacja metody i narzędzia CAE podstawy i metody Rys. 3: Zasadnicze elementy oprzyrządowania, sterowania i technologii automatyki że z pierwotnego obiegu chłodzenia wycieka woda, gdy zawór zrzutowy zablokował się w pozycji otwarcia. Kilka godzin później zaczął topić się rdzeń reaktora. Projektanci i operatorzy elektrowni widocznie nie przewidzieli, że zawór zrzutowy może zablokować się w pozycji otwartej. Posługując się metodami projektowymi, które zostały obecnie wprowadzone (np. FMEA), uszkodzenie to zostałoby zapewne rozpoznane. Interfejs komunikacyjny człowiek-maszyna Interfejsy komunikacyjne człowiek maszyna w systemach automatyki muszą zapewniać całkowite i poprawne zrozumienie stanu systemu oraz, jeśli to konieczne, modyfikowanie stanów docelowych (rys. 2) poprzez operowanie dostępną informacją i elementami wykonawczymi. Ludzie ponadto używają danych/informacji, które przyswajają sobie naturalnymi zmysłami powonienia, dotyku, słuchu oraz odnoszą je do posiadanej wiedzy zewnętrznej i wewnętrznej w celu podjęcia decyzji o właściwych działaniach. Dlatego ważne jest, aby wiedza o psychicznej charakterystyce ludzkiej (zmysłach, zachowaniach, zdolnościach) oraz o nauczaniu i szkoleniu ulegała stopniowemu zwiększaniu (patrz np. VDI/VDE 3546, arkusz 1). W procesach autoinformacji o wartościach tych zmiennych, które ponadto są na bieżąco aktualizowane. Systemy pozyskiwania informacji wnoszą zasadniczy wkład w funkcjonowanie każdego układu automatyki. Czujniki muszą odbierać kompletny zestaw danych o stanie wszystkich procesów, a szczególnie o stanach awaryjnych lub nietypowych. Presja kosztów lub zasada nieuwzględniania ( not thinking of it ) często ograniczają inwestycje do tak zwanego podstawowego zestawu czujników rejestrujących proste ( simple ) zmienne procesowe. Wydaje się, że tak zwanym prostym sytuacjom nie poświęca się wiele uwagi podczas szkolenia operatorów, ponieważ każdy wie z doświadczenia, że nic złego nie może się wydarzyć ( nothing can go wrong ). Przypadek awarii reaktora w Three Mile Island jest przykładem klasycznym. Błąd projektowy, połączony z błędami obsługi doprowadziły do katastrofy. Nie zapewniono statusu informacji OPEN/CLOSED dla identyfikacji stanu zaworu zrzutowego w obiegu pierwotnym chłodzenia reaktora. Pomimo innych, pośrednich wskazań, które nie zostały poprawnie zinterpretowane, nikt nie zauważył, 8 harting tec.news 17 (2009)

9 matycznie sterowanych, operatorzy są w pozycji biernej, ale muszą szybko i poprawnie reagować w stanach, które nie mogą być kontrolowane przez systemy automatyki. Jest to przyczyną silnego stresu psychologicznego operatorów i ostanio sprowokowało dyskusję na tematy etyczne z tym związanie. Logistyka informacyjna Logistyka informacyjna zapewnia platformę informacyjną dla funkcji automatyki. Podobnie do logistyki stosowanej w hurtowniach, znany Rs obowiązuje również w logistyce informacyjnej. Informacja na właściwym poziomie jakościowym musi być dostarczona do właściwego (autoryzowanego ) użytkownika we właściwym miejscu i czasie. Logistyka informacyjna obejmuje dystrybucję ( communication ), przechowywanie informacji i dostęp do niej. Dzisiejsza logistyka opiera się na jednolitym kodowaniu cyfrowym całego zestawu danych wraz zapewnieniem transferu w czasie rzeczywistym i gwarantowanej dostępności danych. Integralność informacji staje się coraz bardziej krytycznym aspektem (wyjście bezpieczeństwa jest adresowane np. w VDI/VDE 2182, arkusz 1). Do siągnięcia tych celów dostępne są standardowy system fieldbus (DIN EN 50170; IEC 61158) i standardowe platformy obiektowe (np. CORBA, COM.DCOM i DOT. NET). Systemy bezprzewodowe (np. IEEE podstawa dla WIFI), zaczęły być stosowane w coraz większym stopniu w celu obniżenia kosztów pozyskiwania informacji. Ethernet, który jest szeroko używany w środowiskach biurowych, zyskał mocną pozycję w świecie automatyki w formie otwartego Ethernetu przemysłowego (Open Industrial Ethernet). Bezpieczeństwo informacyjne stało się przez to aspektem krytycznym. Bez odpowiednich systemów bezpieczeństwa dane mogą być przechwytywane lub zmieniane. Życzeniem części personelu przedsiębiorstwa jest zdalny dostęp do danych procesowych za pośrednictwem internetu. Wymusza to stosowanie skutecznych systemów bezpieczeństwa informacyjnego. Złożone systemy sieciowe W systemach podłączonych do złożonych sieci, dane wykorzystywane są w różnych, licznych kontekstach. Modele informacyjne i modele danych powinny być jak najbardziej formalne i niedwuznaczne. Ostatnio opracowano liczne standardy (np. VDI/VDE 3682), które w pełni wykorzystują koncepcję obiektu sieci. Warstwy abstrakcyjne obsługują standaryzowaną formalizację danych, informację, a nawet wiedzę. Łączenie tych standardów według Semantic Web ze standardami publikowanymi przez konsorcjum World Wide Web ( pozwoli na bezkonfliktowe planowanie i bezpieczną współpracę systemów automatyki, które są mocno osadzone w światowej sieci informacyjnej. Podejście to tworzy powszechną perspektywę i język dla każdego, kto wnosi istotny wkład bierny lub czynny do definicji cyklu życiowego złożonych systemów. Automatyzacja przenika każdą fazę tego cyklu życiowego obejmując wytwarzanie i dostawę, podobnie jak sam produkt. Technologie informacyjne mają ponad 30-procentowy udział w wartości dodanej dla samochodów osobowych, łącznie z istotnymi systemami automatyki występującymi praktycznie w każdym podsystemie pojazdu (napęd, hamulce, układy bezpiecznego prowadzenia, bezpieczeństwo bierne i wiele innych). Zastosowanie technologii informatycznej w formie technologii automatyki jest zarówno błogosławieństwem i przekleństwem w wielu systemach, które odgrywają istotną rolę w naszym życiu. Polegamy na tych systemach: bez automatycznej kontroli wysokośći, pilot-człowiek miałby duże trudności w utrzymaniu stabilnego lotu śmigłowca z przyczyn fizycznych. Z drugiej strony, nie można pozwolić na to, aby systemy automatyki stworzone ludzką ręką, osiągnęły taki stopień złożoności, aby wymknęły się spod ludzkiej kontroli. Pomagają nam w tym metody ze świata inżynierii. Prof. Dr. Hartwig Steusloff Universität Karlsruhe (TH), Fakultät für Informatik, Authorized Adviser, Fraunhofer Institute for Information and Data Processing (IITB), Karlsruhe hst@iitb.fraunhofer.de 9

10 tec.news 17: Automation IT 10 harting tec.news 17 (2009)

11 Andreas Huhmann & Stefan Korf Rozwiązaniem jest switch Fast Track Switching zapewnia wydajność platformie komunikacyjnej Automation IT Platforma komunikacyjna Automation IT ma ogromne oddzialywanie na rynek, gdyż koncentuje ona dyskusję nad najbardziej istotnym czynnikiem stosowania Ethernetu w przemyśle, a mianowicie na korzyściach użykowników. Korzyści te wynikają z konsekwentnego wykorzystania standardu IEEE w zastosowaniach sieciowych. W automatyce istotny jest szybki, deterministyczny przesył danych. Obecne standardowe switche Ethernetowe nie zapewniają wystarczających parametrów przelączania. W związku z tym, platforma Automation IT może być realizowana jedynie przez połączenie standardowego Ethernetu z nową, szybką technologią Fast Track Switching. A) komunikacja w zastosowaniach przemysłowych: Ethernet Duże oczekiwania związane z Ethernetem, osłabły nieco w 2000 roku, gdy okazało się, że chociaż Ethernet jest właściwą technologią, to nie może jeszcze spełnić wszystkich wymagań w zastosowaniach dla celów automatyki przemysłowej i to zarówno pod względem spójności, jak i rozwiązań sieciowych dla wszystkich aplikacji. Co z tego wynikło? Ethernet, wprowadzony do zastosowań w automatyce przemysłowej okazał się technologią, która nie mogła całkowice zastąpić stosowanych dotychczas systemów fieldbus. Wymusiło to stopniowy, ale znaczący rozwój Ethernetu. Doszło do utworzenia wielu niekompatybilnych profili Ethernetu przemysłowego. Profile te, zgodne ze standardem IEEE 802.3, zmieniły przemysłowy Ethernet w system rozwiązań firmowych, przez co przestał on być zgodny z urządzeniami i aplikacjami standardowego Ethernetu. Problem ten został rozwiązany przez wprowadzenie zmian w warstwie 2 modelu OSI Ethernetu. Parametry tych profili są ogólnie dobre. Innymi słowy, osiągi w zakresie determinizmu, szybkości, topologii i instalacji są zbliżone do dzisiejszych systemów fieldbus i są one wzorcem, do którego Ethernet przemysłowy musi dążyć. Jednak w tym okresie jeszcze nie wiedziano, że możliwa jest alternatywa dla zmiany standardu Ethernetu. W rezultacie, Ethernet przemysłowy zaczął odchodzić od Ethernetu standardowego. Miało to również wpływ na powstanie platformy Automation IT. Wizja tej platformy pojawiła się w 2006 roku w celu przeciwdziałania odejściu od Ethernetu standardowego i dla zapewnienia jednolitej platformy komunikacyjnej dla zastosowań biurowych i przemysłowych. Uznano, że Ethernet powinien być jedyną standardową platformą komunikacyjną. B) Platforma dla wszystkich aplikacji: Automation IT Automation IT to platforma komunikacyjna dla wszystkich aplikacji przemysłowych. Zasada jest następująca: wszystkie aplikacje są połączone przez jednolitą sieć Ethernet. Dzięki temu uzyskuje się bezpośrednią komunikację między różnymi aplikacjami określającymi procesy zadań: na przykład ERP czy MES. Ponadto nie ma potrzeby stosowania elementów pośrednich, co przyśpiesza komunikację i tym samym realizację procesów. Sieci oparte na platformie Automation IT dają użytkownikowi szereg korzyści: zmniejszane są koszty, ułatwiona jest instalacja oraz oraz dostępność. C) Podstawa technologiczna platformy Automation IT: Fast Track Switching Nie ma alternatywy wyboru standardu komunikacji, jeśli ma być obsługiwana komunikacja MES i ERP. Ethernet został przyjęty na całym świecie w zastosowaniach biurowych. W biurowych zastosowaniach Ethernetu przestrzega się ściśle standardu IEEE Z tego wynika, że praca platform komunikacyjnych w Ethernecie możliwa jest jedynie w oparciu o ten standard. Ponieważ sieci automatyki również muszą charakteryzować się odpowiednią wydajnością, odpowiednie technologie są 3 11

12 tec.news 17: Automation IT zawsze analizowane pod tym kątem. Przełom nastąpił w 2008 roku, kiedy harting doszedł do wniosku, że komponenty sieciowe mogą osiągać parametry potrzebne dla zastosowań w automatyce. Kluczową technologią jest tu Fast Track Switching. Ethernet, z zastosowaniem tej technologii, może być rzeczywiście wykorzystany w automatyce przy zachowaniu tych samych protokołów, rozpoznawaniu protokołów automatyki i deterministycznym przyśpieszeniu. Status quo: Ethernet i technologia switchy Szybkość przełączania zwiększa się znacznie w wyniku stosowania trybu cut-through; jest ona większa niż w trybie store-and-forward (patrz rys.1). Jednak powyższe tryby nie zapewniają determinizmu sieci, zatem nie mogą być używane w sieciach automatyki przemysłowej. Priorytyzacja protokołów zgodna ze standardem IEEE 802.1q jest również nieefektywna, gdyż protokoły sieci automatyki odnoszą się do protokołów tego samego lub wyższego rzędu. Z tych powodów dochodzi do opóźnień transmisji. Są dwa istotne mechanizmy opóźnień: Opóźnienia w portach wejściowych: Gdy porty wejściowe są zablokowane przez kolejkę protokołów o równym lub wyższym priorytecie niż protokoły automatyki, transmisja informacji przenoszonej z wykorzystaniem protokołów automatyki jest opóźniona. (patrz rys. 2). Prowadzi to do opóźnień niemożliwych do przewidzenia. Wąskie gardło portu wyjściowego: Jeżeli port wyjściowy przełącznika jest zatłoczony komunikatami, to informacje przenoszone według protokołów automatyki o wysokich priorytetach muszą również ocze- μsec μsec cut through in Fast Track Switching Fast Track Switching VoIP Store & Forward Switching Rys. 1: wpływ metod przełączania na protokoły automatyki Store & Forward Switching Rys. 2: wpływ protokołów o tym samym lub wyższym priorytecie na protokoły automatyki kiwać na odblokowanie portu (patrz rys.3). Komunikaty o niskich priorytetach i długości równej 1500 bajtów przechodzą przez port wyjściowy. Komunikaty według protokołów automatyki o wysokich priorytetach muszą oczekiwać do 125 mikrosekund na zwolnienie portu. 12 harting tec.news 17 (2009)

13 Jeżeli ruch w sieci jest bardzo mały, to jedynie współczynnik transmisji, długość komunikatu i okres zwłoki czasowej determinują opóźnienie transmisji. W takim przypadku, minimalny czas opóźnienia wynosi ok. 160 mikrosekund. Jeżeli obciążenie sieci Ethernet wzrasta, to występują opóźnienia w porcie wejściowym oraz tworzy się wąskie gardło w porcie wyjściowym przełączników. Jeżeli μsec Fast Track Switching Store & Forward Switching Ethernet deterministyczny z szybkim przełączaniem ścieżek Stosowanie szybkiego przełączania ścieżek rozwiązuje ten problem, gdyż protokoły automatyki są rozpoznawane i przesyłane z priorytem wyższym niż wszelkie inne protokoły. W ten sposób, transmisja sygnałów automatyki ma pierwszeństwo przed wszystkimi innymi aplikacjami Ethernetu. Szybkie przełączanie ścieżek przyśpiesza transmisję wszystkich rozpoznanych komunikatów automatyki z pomocą zintegrowanej metody cut-through i zapobiega opóźnieniom. Co więcej, wtedy komunikaty automatyki mogą wyprzedzać inne komunikaty, gdyby te blokowały dany port. W związku z tym nie występuje czas zwłoki. Jeżeli wysyłany jest komunikat IT, a port jest zajęty przez komunikat automatyki, przesłyłanie komunikatu IT jest kończone w sposób kontrolowany tak, aby komunikat automatyki mógł być przesłany bezpośrednio metodą cut-through. Następnie, kontynuowane jest przesyłanie buforowanego komunikatu IT. Szybkie przełączanie ścieżek zapewnia mniejsze opóźnienia przesyłu niż obecnie stosowane systemy fieldbus. Rys. 3: wpływ protokołów o niskim priorytecie w porcie wyjściowym na protokoły automatyki bardzo długi komunikat opuszcza port wyjściowy i jeśli komunikat automatyki o wysokim priorytecie ma opuścić ten sam port przełącznika, to komunikat automatyki musi oczekiwać na zwolnienie portu. Statystycznie, efekt ten będzie powtarzał się na drodze sygnału i czas opóźnienia skumuluje się do kilku milisekund. Wzdłuż linii, zjawisko to wystąpi w jednym przełączniku, gdy przesyłane są oba komunikaty. Komunikaty automatyki zawsze następują po długich komunikatach, i za każdym razem muszą oczekiwać na zwolnienie portu, zatem nie mogą wyprzedzić komunikatów długich. Prawdobodobieństwo tego niekorzystnego efektu rośnie wraz ze wzrostem obciążenia sieci. Przy 16 przełącznikach, opóźnienie przesyłu wynosi kilka milisekund. Determinizm wymagany w automatyce nie może być w związku z tym osiągnięty przy stosowanych obecnie technologiach switchy. Protokoły IT powodują opóźnienie dzialania protokołów automatyki. Opóźnienie to kumuluje Porównanie technologii switchy Fast Track Switching powinno być wprowadzone do środowisk technologicznych. Stosowane obecnie przełączanie metodą store-and-forward stanowi uniwersalny wzorzec. Na świecie oferowana jest wielka ilość urządzeń interfejsowych Ethernetu. Wszystkie te urządzenia mogą być łączone w trybie store-and-forward. Jednak nie wszystkie z nich są powiązane z automatyką. Innowacje zwykle powiązane są z nowymi technologiami, a te z nowymi urządzeniami. Urządzenia wizualne i systemy kontroli przepływu towarów (RFID) nie wywodzą się zasadniczo z automatyki. Natomiast wyposażone są w interfejsy ethernetowe. Otwartość na standartowy Ethernet oznacza również otwartość na innowacje. Innym istotnym aspektem jest możliwość stosowania Fast Track Switching dla wszystkich profili automatyki, które obsługują standardowy Ethernet. Należą do nich na przykład: Ethernet IP i PROFINET RT. To nie tylko ułatwia projektowanie urządzeń, ale również inżynierowie mechanicy, którzy mają obsługiwać różne profile automatyki, mogą stosować komponenty analizujące ruch w sieci i jednolite projekty w celu tworzenia sieci. się w sieciach o topologii liniowej. 3 13

14 tec.news 17: Automation IT Automation IT podstawa każdej aplikacji Poziom bazowy Telefon IP Switch główny Switch główny Poziom kontroli i przejścia SCADA SCADA Telefon IP Czytnik RFID HMI Poziom polowy PLC I/O I/O Punkt dostępowy I/O sieci WLAN Kamera Napęd Sieć przemysłowa światłowodowa Rys. 4: schemat systemu Automation IT Dodatkowo, przełączanie w trybie store-and forward oferuje dobre parametry jedynie w płaskich hierarchiach biurowych, gdyż QoS (Quality of Service) nie zapewnia tego, że komunikaty o wysokich priorytetach wyprzedzają te o priorytetach niższych. Jednak efekt ten istotnie wpływa na wydajność sieci o topologiach liniowych i znacznie zależy od stopnia obciążenia sieci. Można go uniknąć, stosując Fast Track Switching. Porównywalne osiągi można jedynie uzyskać realizując procesy specjalne. Zatem Fast Track Switching łączy zalety obecnie stosowanych metod IT z procesami specjalnymi. Cykl życia odrębnej technologii Ethernetu przemysłowego został ponownie połączony z cyklem życia jednolitego Ethernetu, co dało dodatkowe korzyści. Wraz z dynamicznym rozwojem technologii ethernetowej, wzrosną również możliwości rozwojowe dla aplikacji automatyki, na przykład związanie z szerokością pasma lub z bezpieczeństwem. Przy oddzielonym cyklu życia, dyskusja nad substytuta- 14 harting tec.news 17 (2009)

15 mi systemów fieldbus mogłaby być wznowiona za pięć, dziesięć lat, ale już na innym poziomie. Schemat systemu Automation IT System Automation IT jest bezpośrednio związany z siecią. Sieć IT i stosowane obecnie sieci automatyki są sieciami różnymi, o odrębnych infrastrukturach. Teraz sieci te łączą się wzajemnie. W wyniku tego, koncepcja platformy ma odniesienie do sieci jako takiej. Nadmiarowości, które nie są niezbędne, zostają usunięte. swobodę wykorzystania topologii adaptowanych dla danych aplikacji. Nie jest już konieczne przestrzeganie ścisłych zasad segmentacji obszarów sieci ani dedykowane planowanie wydajności. Komunikacja ethernetowa może być teraz stosowana aż do poziomu polowego, gdyż szybkie przełączanie ścieżek gwarantuje determinizm. Aplikacje automatyki oraz IT używają wspólnej platformy komunikacyjnej i w związku z tym jednolitej infrastruktury sieci. Pokazane jest to na schemacie systemu Automation IT (patrz rys.4), według którego możliwe jest działanie na wszystkich poziomach sieci standardowego Ethernetu. Zatem wszystkie urządzenia interfejsu ethernetowego mogą być zintegrowane. Fast Track Switching znacząco poprawia parametry profili automatyki, które są zgodne z Ethernetem. Platforma komunikacyjna Ethernet Automation IT jest obecnie dostępna dla wszystkich zastosowań na poziomie polowym, od bezpieczeństwa po szybką komunikacje I/O. Fast Track Switching eliminuje efekty komunikacji IT i topologii liniowych negatywnie wpływając na wydajność. W związku z tym użytkownicy mają dużą Automation IT jest rzeczywistością. andreas Huhmann Inhouse Consultant Strategy CN, Germany HARTING Technology Group andreas.huhmann@ HARTING.com Stefan Korf Product Manager, Germany HARTING Technology Group stefan.korf@ HARTING.com 15

16 tec.news 17: Profesjonalny broadcast Peter Hannon & Gavin Stoppel Nowy, wspaniały świat telewizji Telewizja brytyjska ulegnie znacznym zmianom. Cały naziemny system transmisji przechodzi na technologię cyfrową. Zmiana dotyczyć będzie ok. 25 milionów gospodarstw domowych w Wielkiej Brytanii oraz całej infrastruktury. Przedsięwzięcie ma być zakończone w 2012 roku. Jego skala jest olbrzymia. Firma harting dostarczy przedsiębiorstwu telekomunikacyjnemu Arqiva stelaże subrack 4U dla zdalnego, telemetrycznego systemu zarządzania. W 1999 r. rząd brytyjski podjął decyzję przejścia z analogowej technologii transmisji telewizyjnej na cyfrową. Implementacja rozpoczęła się od opracowania planu. Przemysł, rząd i konsumenci zebrali się w celu określenia strategii przekształcenia. Digital UK jest organizacją użytku publicznego stojącą za całym tym programem. Została powołana przez rozgłośnie telewizyjne i operatorów multipleksowych w celu koordynowania projektu 16 harting tec.news 17 (2009)

17 oraz informowania opinii publicznej o postępie działań. Poza przewodnictwem w tym przedsięwzięciu, organizacja będzie dostarczać informacji 25 milionom telewidzów w Wielkiej Brytanii. Zmiana tworzy sposobność Dlaczego Wielka Brytania przechodzi na system cyfrowy? Ponieważ zmiana ta będzie korzystna dla telewidzów, stacji telewizyjnych oraz producentów urządzeń dla sieci telewizyjnych. Cyfrowa transmisja jest bardziej efektywna. Zostaną udostępnione nowe pasma częstotliwości, które będą mogły obsługiwać telewizję przenośną oraz HD TV. Niepotrzebne już częstotliwości radiowe zostaną sprzedane na rynku, a nowi właściciele będą mogli zaoferować dodatkowe usługi: telewizję HD, cyfrowe programy radiowe i komunikację bezprzewodową łącznie z HSPA i WiMax. Cyfrowa telewizja umożliwi użytkownikom dostęp do większego zakresu usług i większej ilości programów. Z powodu tych zalet, usługi transmisji cyfrowej będą lepiej dostępne na obszarach, gdzie dotychczas dostęp ten jest ograniczony. Obecnie ok. jedna czwarta odbiorców w Wielkiej Brytanii nie ma dostępu do telewizji cyfrowej. Zanim dojdzie do całkowitego przejścia na telewizję wyłącznie cyfrową, usługi transmisji cyfrowej będą dostępne dla wszystkich dotychczasowych użytkowników. Harmonogram Przedsięwzięcie rozpoczęło się oficjalnie w listopadzie 2007 r. w Whiteheaven w Cumbrii i objęło gospodarstw domowych. Kontynuacja obejmie cały kraj. W zdefiniowanym harmonogramie rozdzielonym na regiony określono zakończenie działań na 2012 rok co oznacza, że wtedy dostęp do telewizji cyfrowej będzie miało ok. 25 miliony gospodarstw domowych. W związku z tym, cała infrastruktura lądowa telewizji, która rozwijała się od ponad 30 lat będzie musiała być usunięta i zastąpiona nową w ciągu pięciu lat. Jest to gigantyczne i ambitne przedsięwzięcie. Ponad 5 tysięcy analogowych systemów transmisyjnych w lokalizacjach zostanie usuniętych. Systemy te zostaną zastąpione 4 tysiącami telewizyjnych przetworników cyfrowych. Prace trzeba będzie wykonywać szybko, sprawnie i z należytą dbałością, gdyż maszty dla przetworników i przekaźników są użytkowane przez stacje radiowe, jednostki pogotowia ratunkowego i operatorów telefonii komórkowej. Hh A R T I N G harting jest partnerem firmy SciSys UK Ltd, która odpowiada za planowanie i wdrażanie zdalnej telemetrii i systemów operacyjnych dla sieci transmisyjnej podczas wymiany systemu. Systemy dostarczone przez SciSys będą instalowane w brytyjskich stacjach przekaźnikowych/przetwornikowych w ciągu najbliższych czterech lat. Celem jest uruchomienie bezzakłóceniowego, cyfrowego, lądowego systemu transmisji (DDT), który dostarczy wolny od interferencji sygnał telewizyjny do 25 milionów gospodarstw domowych w Wielkiej Brytanii. harting jest zaangażowany w dwa etapy tego projektu. Na początku wyspecyfikuje i dostarczy 10-portowy, przemysłowy, ethernetowy przełącznik, który zapewnia idealną kombinację funkcjonalności i wymiarów. harting HIS Northampton uzyskał kontrakt na skonfigurowanie i montaż stelaży subrack 4U. Stelaże są dostarczane do przedsiębiorstwa zajmującego się infrastrukturą, które dokonuje montażu na obiektach. Doświadczenie firmy harting w technologiach połączeń i w systemach zintegrowanych było decydującym argumentem przy wyborze dostawcy dla jednego z najważniejszych brytyjskich projektów.. Peter Hannon Managing Director, United Kingdom HARTING Technology Group peter.hannon@ HARTING.com Gavin Stoppel ICPN Southern Region Sales Manager, United Kingdom HARTING Technology Group gavin.stoppel@ HARTING.com 17

18 tec.news 17: Energia wiatrowa 18 harting tec.news 17 (2009)

19 Jens Grunwald świetliki Rozwiązania oświetleniowe dla turbin wiatrowych Enercon jest czwartym na świecie co do wielkości producentem systemów dla energetyki wiatrowej i niekwestionowanym liderem w tej branży w Niemczech. Enercon ściśle współpracuje z firmą harting od 1985 roku. W ramach tej osadzonej na dobrych podstawach współpracy zrealizowano ostatnio wspólny projekt dotyczący rozwoju oświetlenia wewnętrznego elektrowni wiatrowych za pomocą diod LED. Ze względów bezpieczeństwa, konieczne jest zainstalowanie niezawodnego systemu oświetlenia wewnątrz wież elektrowni wiatrowych. Dotychczas używano standardowych lamp fluorescencyjnych z możliwością realizacji oświetlenia awaryjnego. Mają one kilka wad. Instalacja takich lamp zajmuje wiele czasu i jest uciążliwa. Okresy serwisowe w przypadku oświetlenia fluorescencyjnego są stosunkowo krótkie, a ponadto lampy te mają w stosunkowo krótką żywotność. Dla porównania, diody LED (Light Emitting Diodes) mają zdecydowane zalety, dzięki którym można uzyskać większą niezawodność i większe bezpieczeństwo działania. Niższe są również koszty całkowite. W 2006 roku, Enercon rozpoczął poszukiwania nowego systemu oświetlenia wewnętrznego wież turbin wiatrowych E70/E82 (2 MW) bazującego na didodach LED. Diody LED działają w taki sam sposób jak diody półprzewodnikowe, gdyż obie emitują światło, gdy są spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Lampy LED mają bardzo dużą żywotność. Są bezobsługowe i umożliwiają różnorodne zastosowania. Lampy w technologii LED można łatwo oraz szybko włączyć i wyłączyć. Częstotliwość taktowania dla światła może być rzędu megaherców (MHz), a żywotność wynosi okolo godzin, czyli znacznie więcej niż żywotność lamp fluorescencyjnych. 3 19

20 tec.news 17: Energia wiatrowa wysokie wymagania wobec obudowy Jednak, aby zapewnić długi okres żywotności, diody LED muszą pracować w suchych warunkach. Zadaniem firmy harting było dobranie obudów zapewniających wystarczającą ochronę (IP 65) i na tyle odpornych, aby mogły pracować w trudnych warunkach oraz być montowane na urządzeniach odbierających ciepło (lub miały wbudowane takie urządzenia ). Kąt wiązki świetlnej diody, po wbudowaniu jej w obudowe, powinien być tak dobrany, Historia firmy Enercon zaczęła się w 1984 roku, gdy niewielki zespół inżynierów pod przewodnictwem założyciela firmy Aloysa Wobbena opracował pierwszą elektrownię Enercon (E-15/16) o mocy 55 kw. Większe jednostki, Enercon zaczął wytwarzać w 1992 roku. Wtedy właśnie zaoferował elektrownię E-40/500 kw. Opracował technologię, która dawała zmniejszenie naprężeń, kosztów wytwarzania i obsługi, co stało się podstawą sukcesu firmy. E-40/500 kw charakteryzował się również długim okresem żywotności. Obecnie, firma Enercon wytwarza systemy generacji mocy aż do 6 MW. Przesiębiorstwo zainstalowało prawie 2800 megawatów w 2007 roku. by nie powodować oślepień w czasie eksploatacji. Wybrano obudowę z aluminium odlewanego ciśnieniowo firmy harting stosowaną dla rozwiązań przesyłu mocy. Obudowa ta spełnia wszystkie wymagania stawiane przez technologię oświetlania wież diodami LED. harting połączył siły z TWE (Trade Wind Energy) w celu opracowania konstrukcji nowej lampy LED służącej do oświetlania wnętrza wieży. Lampa jest sprzedawana wyłącznie przez firmę Enercon jako NL24. Udział TWE polega na opracowaniu zespołu lampy. harting dostarcza firmie TWE obudowę IP 65, wspornik montażowy i system okablowania (VAB). Firma TWE wykonuje soczewki z pleksi truled i płytki drukowane. Instaluje następnie te elementy razem z okablowaniem w obudowie, wykonuje testy funkcjonowania i sprawdzenie końcowe oraz dostarcza urządzenie firmie Enercon w specjalnym opakowaniu (drewnianym z przegrodami). W 1985 roku firma harting została wybrana jako strategiczny dostawca interfejsów elektrycznych i produktów telekomunikacyjnych. Produkty D-Sub DIN 41652, SEK 18/19 DIN 41651, Han (złącza przemysłowe), złącza Push Pull, urządzenia ICPN, światłowody (transmisja danych, skrzynki łączeniowe, konwertery, itp.) oraz wysoki stopień integracji urządzeń firmy harting z rozwiązaniami firmy Enercon charakteryzują każdy system generacji mocy oferowany przez Enercon. Rys. 1: Lampa LED NL24 firmy Enercon Żywotność lamp NL24 zbudowanych na diodach LED, przeznaczonych do oświetlania wnętrza wież wynosi przynajmniej 10 lat w temperaturach otoczenia między -5- a +70 stopni Celsjusza. Napięcie zasilania jest równe 24 V, prąd spoczynkowy występuje przy napięciu 0 A, a prąd roboczy wynosi 350 ma. Światło rozchodzi się w kierunku równoległym do ścian wieży, przy czym dioda emituje światło białe. 20 harting tec.news 17 (2009)