Ważenie przemysłowe Ważenie technologiczne Ważenie przemysłowe Wydajny transfer danych procesu ważenia do systemów nadrzędnych MES lub ERP może spowodować, że procesy produkcyjne staną się bardziej przejrzyste. Zwiększona przejrzystość może poprawić wykorzystanie aktywów, obniżyć koszty operacyjne i ułatwić zachowanie zgodności ze standardami certyfikacji lub przepisami przemysłowymi. Identyfikacja i wdrożenie najbardziej efektywnego systemu gromadzenia i integracji danych może stanowić wyzwanie, w szczególności w przypadku operacji produkcyjnych typu legacy. Niniejszy referat zajmuje się badaniem wyzwań związanych z integracją procesu ważenia i przedstawia punkty do rozważenia podczas definiowania granic operacyjnych i celów danych. Rozwiązania dotyczące ważenia i komunikacji maja większe szanse na osiągnięcie celów i wytworzenie mierzalnego zwrotu inwestycji, gdy punkty te zostaną uwzględnione. Treść 1 Definiowanie wyzwań związanych z integracją danych 2 Określanie celów integracji danych 3 Ocena rozwiązań integracji danych 4 Sugerowanie najlepszych praktyk 5 Komunikacja dotycząca usuwania usterek 6 Podsumowanie 7 Dodatkowe zasoby
1 Definiowanie wyzwań związanych z integracją danych Wyzwania, z jakimi muszą się zmierzyć producenci podczas efektywnej integracji danych ważenia w zautomatyzowanym systemie ERP/MES obejmują: Prędkość zdolność do dostarczania rzetelnych, przefiltrowanych danych ważenia do systemu automatyki wyższego poziomu w przypadku zastosowań, gdzie czas odgrywa ważną rolę (takich jak napełnianie precyzyjne), dzięki czemu można wykonać dopasowanie produkcji. Elastyczność zdolność do komunikowania informacji mających wpływ na dokładność ważenia, stosowane materiały oraz prędkości produkcji, takie jak ID produktu, waga docelowa, waga tary, status wagi, komunikaty operatora oraz informacja o błędach. Koszty zdolność do stosowania rozwiązań, które integrują dane z wielu wag w jednym zautomatyzowanym systemie. 2 Określanie celów integracji danych Przed dokonaniem wyboru systemu ważenia/komunikacji należy dokonać oceny celów integracji danych. Typowe pytania, na które należy udzielić odpowiedzi: Jaki typ informacji będzie komunikowany pomiędzy terminalem wagi i systemem automatyki? Kto lub co potrzebuje tych danych i dlaczego? Co uruchamia wysyłanie danych i jak często będzie następować komunikacja? Jakie są obecne wymagania odnośnie formatu danych? Czy są one negocjowalne? Jakie jest medium komunikacji? Czy jest ono negocjowalne? Ograniczenia sprzętowe umożliwienie wymiany lub wymiana urządzeń na nowe sterowniki umożliwiające automatyzację. Niekorzystne warunki zmywanie pod wysokim ciśnieniem; wybuchowe/ korozyjne środowisko; duże drgania; zakłócenia elektromagnetyczne oraz/lub ekstremalne temperatury. Ekspercka ocena warunków, w których system ważący możne pracować bez utraty dokładności lub komunikacji z systemem wyższego poziomu może pomóc w zdefiniowaniu granic operacyjnych. Wówczas, z uwzględnieniem celów integracji danych można dokonać wyboru najodpowiedniejszych urządzeń ważących oraz rozwiązań dotyczących komunikacji danych. Niektóre z tych pytań są strategiczne z natury: jaki typ informacji jest wymagany, przez kogo i w jaki zakresie? Po udzieleniu odpowiedzi na te pytania można przeprowadzić badania pozostałych rozwiązań, celem poprawy wydajności. Zwiększy to prawdopodobieństwo, ze końcowa integracja procesu pozwoli na mierzalny, a nawet szybki zwrot inwestycji. 2 METTLER TOLEDO - White Paper -Dane dotyczące zintegrowanego ważenia technologicznego
3 Ocena rozwiązań integracji danych W przypadku rozważania układu sterowania PLC, typ interfejsu magistrali może mieć wpływ na specyfikacje urządzeń ważących. Wybór sieci magistrali PLC bazuje na takich czynnikach, jak typ magistrali dostawcy automatyki, ilość wymaganych węzłów, typy urządzeń/ ilość danych w sieci, pożądana prędkość transferu danych oraz budżet projektu. Sprzedawca urządzeń automatyki porówna wady i zalety różnych typów sieci. Takie możliwości, jak: Ładowanie danych wagi docelowej do terminala wagi Gromadzenie informacji związanych z kalibracją oraz/lub kalibracja poprzez program PLC Statystyki śledzenia wagi są możliwe do uzyskania w przypadku odpowiedniego terminala wagi. Cele ważenia takie jak ogólna precyzja procesu i prędkość napełniania, wraz z wybraną siecią magistrali PLC, zdefiniują wymagany typ terminala i interfejsu. Jeżeli integracja danych PLC nie jest wymagana, szeregowa komunikacja danych na bazie PC lub komunikacja danych Ethernet TCP/IP stanie się Metoda komunikacji Podstawowe dane ważenia poprzez złącze szeregowe lub Ethernet TCP/IP opcją. Systemy Ethernet TPC/IP wykorzystują bezprzewodową komunikacje danych w sposób łatwiejszy, niż systemy PLC. Interfejsy OPC mogą integrować dane ważenia poprzez serwer OPC do innych zastosowań obsługujących OPC. OPC zapewnia standaryzowany format danych, który może obniżyć koszty integracji i obsługi, zmniejszyć stopień złożoności systemu i przyspieszyć rozwój projektu przemysłowej automatyzacji. W świecie produktów METTLER TOLEDO następuje wysokopoziomowe, uogólnione porównanie systemów PLC i TCP/IP. METTLER TOLEDO Terminal wagowy IND131 Wymagania/ograniczenia Standardowy format danych wysyłanych z terminala wagowego ze wstępnie zdefiniowanymi, ograniczonymi zestawami danych Szablon wydruku przechowywany w terminalu wagi i skomunikowany z urządzeniami zewnętrznymi Serwer OPC komunikuje format danych ważenia Podstawowe dane ważenia poprzez sygnał analogowy 4-20ma lub 0-10VDC Ograniczona komunikacja wagi oraz/lub prędkości Wymaga oddzielnej komunikacji pomiędzy systemem sterowania i terminalem wagi dla takich funkcji, jak zero lub polecenia wydruku Dane ważenia poprzez PLC fieldbus, np. EtherNet/IP, Profibus DP Wymaga urządzenia/programu PLC do integracji danych Możliwości interfejsu PLC ograniczają wielkość pakietu danych/wiadomości 3 METTLER TOLEDO - White Paper -Dane dotyczące zintegrowanego ważenia technologicznego
4 Sugerowanie najlepszych praktyk Najlepsze praktyki integracji terminali ważenia z systemami wyższego poziomu będą bazować na zaleceniach dostawcy urządzeń automatyki. Podczas gdy najlepsze praktyki dla każdego typu sieci automatyki wykraczają poza zakres niniejszego referatu, zostanie zaprezentowanych kilka przykładów najlepszych praktyk implementacji sieci na bazie ethernet, takich jak EtherNet/IP, Modbus TCP lub ProfiNet. Sieci przemysłowe a sieć biurowa Projekt sieci przemysłowej wymaga innych rozwiązań, niż projekt sieci biurowej. Ruch generowany podczas programowania, konfiguracji i diagnostyki urządzeń EtherNet/IP oraz podczas wymiany krytycznych czasowo danych, to typowy ruch z niewielka prędkością generowany sporadycznie. Nie mniej jednak w procesie produkcji ruch generowany podczas wymiany krytycznych czasowo danych składa się głównie z pakietów UDP/IP Unicast i Multicast. Ruch IP Multicast generowany w sieci EtherNet/IP jest małopakietowym ruchem o dużej prędkości, generowanym w sposób ciągły. Jeżeli podsieć EtherNet/IP jest podłączona do sieci zakładowej, wówczas ciągła propagacja pakietów Multi-cast musi być zablokowana. Podczas gdy ciągły przepływ informacji z podsieci może być pożądany dla zoptymalizowanego ważenia, może on spowodować napływ komunikatów multicast, który może spowodować degradację wydajności całej sieci zakładowej, jeżeli nie będzie zarządzany. 4,000 3,500 3,000 Dostawa urządzeń przemysłowych na bazie ethernet (w tysiącach jednostek) 2008 ARC Advisory Group Optymalizacja przemysłowego EtherNet/IP Rockwell Automation dostarczył następujące rekomendacje celem optymalizacji wydajności sieci w przypadku stosowania EtherNet/IP. Jeżeli to możliwe, wybrać komunikację Unicast EtherNet/IP. Unicast I/O dla EtherNet/IP umożliwia bezpośrednią komunikację point-to-point pomiędzy dwoma urządzeniami w sieci. Komunikacja taka jest bardziej wydajna, gdy dane WE/WY nie muszą być współdzielone pomiędzy wieloma urządzeniami. Dodatkowe informacje odnośnie komunikacji Unicast i Multicast można znaleźć w publikacji ODVA 70, Recommended Functionality for EtherNet/IP Devices, do której dostęp jest możliwy poprzez linki zamieszczone w niniejszym referacie. Minimalizuj obciążenie urządzenia spowodowane niepożądanym ruchem IP multicast W zależności od konfiguracji podsieci i dołączalności urządzeń, cel ten można osiągnąć za pomocą zarządzanych przełączników Ethernet obsługujących wirtualne LAN (VLAN) oraz IP multicast routing. Zminimalizuj obciążenie przełącznika poprzez niepożądany ruch IP multicast Stosuj pełnodupleksowe, zarządzane przełączniki sieci przemysłowej, z możliwością podsłuchiwania IGMP (Internet Group Multicast Protocol), mirroringu portów, ustawiania VLAN, informacji statystycznych SNMP, blokowania adresu IP, automatycznego przywracania konfiguracji, sterowania na port broadcast/multicast storm, protokołu z drzewa rozpinającego i prioryzacją ramki. 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Popularność urządzeń na bazie ethernet jest coraz większa ze względu na większą prędkość, zwiększona szerokość pasma, wspólne podzespoły i łatwość instalacji. 4 METTLER TOLEDO - White Paper -Dane dotyczące zintegrowanego ważenia technologicznego
Zminimalizuj obciążenie sieci niepożądanym przychodzącym ruchem IP / Block IP multicast generowanym w podsieci EtherNet/IP z propagacji w większej sieci zakładowej. 5 Komunikacja dotycząca usuwania usterek Usuwanie usterek związanych z komunikacją danych dla terminala wagi oraz systemu automatyki zależy od stosowanej metody komunikacji. Dla połączenia szeregowego lub EtherNet TCP/IP z PC, proste połączenie wykorzystujące aplikacje PC taką jak HyperTerminal, może weryfikować podstawowe dane ważenia poprzez port komunikacji terminala. Usuwanie usterek związanych z siecią ethernet jest zasadniczo podzielone na główne obszary obejmujące: media sieciowe (okablowanie, złącza, karty interfejsów sieciowych), ustawienia programowe/konfigurację sieci, oraz jakość sygnału sieciowego. Podczas tworzenia sieci przemysłowych preferowane są złącza kabli sieciowych zgodne z IP67 oraz ze zwiększonymi zakresami temperatur do 80ºC. W środowisku o zwiększonych zakłóceniach należy stosować przemysłowe ekranowane kable CAT6 lub CAT6a. W niektórych przypadkach uziemiony metalowy przewód może zminimalizować zakłócenia elektryczne. Prawidłowe uziemienie jest ważne celem wyeliminowania pętli, które mogą spowodować pogorszenie komunikacji lub zakłócenia sygnału. Stosowanie dostarczanego przez sprzedawcę kodu PLC lub innych narzędzi integracji takich jak profili dodatkowych Rockwell Automation (AOP) i instrukcji dodatkowych (AOI) może ułatwić integrację urządzeń w sieci automatycznej i zminimalizować błędy programowania. Podczas rozwiązywania problemów z mediami sieciowymi wykorzystuje się różne narzędzia techniczne, takie jak reflektometry TDR, ręczne analizatory sieci i analizatory wydajności kabli. Dla zastosowań na bazie PLC, niektórzy sprzedawcy dostarczają oprogramowanie symulacyjne PC do przeglądania i weryfikacji danych przesyłanych z portu PLC terminala wagi. Diody LED zamontowane na PCB komunikacji dostarczają podstawowych informacji odnośnie stanu roboczego. Obejście programu aplikacyjnego PLC i bezpośrednie połączenie z poleceniami wyjściowymi i słowami danych może również stanowić potężne narzędzie do usuwania usterek. Usuwanie usterek terminala wagi może również być realizowane poprzez dostęp zdalny do pliku konfiguracyjnego terminala, rejestru błędów i stron internetowych przedstawiających diagnostykę lub stan roboczy. METTLER TOLEDO IND560 terminale wagi 5 METTLER TOLEDO - White Paper -Dane dotyczące zintegrowanego ważenia technologicznego
6 Podsumowanie Wydajny przesył danych procesu do systemów nadrzędnych MES lub ERP wraz z inteligentnymi aktualizacjami platformy/systemu ważenia, może: Poprawić sterowanie procesem produkcji Poprawić wykorzystanie aktywów Obniżyć koszty operacyjne Wygenerować mierzalny zwrot inwestycji Wyraźna identyfikacja celu wykonywana albo wewnętrznie, albo przy pomocy specjalistów ważenia może zapewnić, że inwestycje w sprzęt i oprogramowanie pozwoli czerpać korzyści z poprawy procesów. Rozważania dotyczące proponowanych aktualizacji systemu obejmują: Prędkość przetwarzania (na przykład napełnianie z dużą prędkością), co wpływa na prędkość wymiany danych 7 Dodatkowe zasoby Dołączalność istniejących urządzeń oraz potencjalna Dostępny budżet Niekorzystne warunki pracy, takie jak zmywanie pod wysokim ciśnieniem, chemikalia powodujące korozję, niebezpieczne środowisko i ekstremalne temperatury Same dane kto/co je potrzebuje, dlaczego i w jakim formacie? Czy współpraca z PLC jest wymagana lub czy połączenie szeregowe lub TCP/IP-do-PC działa? Wreszcie, usuwanie usterek sieci Ethernet wymaga znajomości mediów sieciowych, konfiguracji i jakości sygnału. Niektórzy sprzedawcy dostarczają oprogramowanie symulacyjne na bazie PC do weryfikacji danych przesyłanych z portu PLC terminala wagi. Sami sprzedawcy mogą pomóc w porównywaniu różnych rozwiązań platform ważenia i komunikacji systemowej. Dodatkowe informacje dotyczące możliwości komunikacji, formatu danych i wymagań specyficznych dla qmagistrali przemysłowych z terminalami wagowymi METTLER TOLEDO są dostępne na stronie internetowej www. mt.com. Poniższe linki zawierają ogólne i specyficzne dla sprzedawcy informacje, które mogą pomóc w optymalizacji zautomatyzowanych procesów związanych z ważeniem. Narzędzia Rockwell Automation Integrated Architecture www.rockwellautomation.com/solutions/integratedarchitecture/resources4.html#termination Narzędzia Rockwell Automation Integrated Architecture www.rockwellautomation.com/en/e-tools/configuration.html ODVA DeviceNet biblioteka www.odva.org/default.aspx? tabid=73 ODVA EtherNet/IP biblioteka www.odva.org/default.aspx? tabid=76 Profibus/ProfiNet www.profibus.com Analizator sieci Wire Shark www.wireshark.org Fluke Networks www.flukenetworks.com Kepware OPC www.kepware.com Mettler-Toledo Sp.z.o.o ul. Poleczki 21 PL 02-822 Warszawa Tel. +48 22 545 06 80 Fax +48 22 545 06 88 www.mt.com/terminals W celu uzyskania szczegółowych informacji Zmiany techniczne zastrzeżone 08/2011 Mettler-Toledo AG