Vítejte na prahu digitálně propojeného světa

V poslední době se stále více hovoří o Industry 4.0 tedy o čtvrté průmyslové revoluci.  První průmyslová revoluce proběhla v roce 1712 s vynálezem parního stroje. Druhá průmyslová revoluce přišla v roce 1870 s pásovým dopravníkem. Třetí průmyslová revoluce následovala v roce 1969 s nástupem programovatelných logických automatů (PLC).  A co nás čeká dále? Čtvrtá průmyslová revoluce Industry 4.0., inteligentní továrna.

 Nástup internetu do spotřebního světa koncem minulého století přinesl nevídané změny každodenního života: sociální sítě, on-line televizi a zejména okamžitý přístup k nezměrným zdrojům informací. Podobná revoluce se nyní očekává v průmyslu. Podle názoru odborníků začnou vznikat inteligentní továrny, které díky nové generaci vzájemně komunikujících automatizovaných řídicích systémů budou schopny samy řídit všechny součásti výrobního procesu. Nepůjde přitom o obdobu dnešního komerčního „internetu věcí“, ale o průmyslový internet věcí, jinými slovy inteligentní systém vzájemně propojených průmyslových zařízení, která budou komunikovat způsobem, který významně přesáhne hranici toho, co známe dnes.

 Díky inovacím jako jsou miniaturní procesory, paměťové jednotky, senzory či vysílače bude možné, aby spolu komunikovaly výrobní zařízení s výrobky – ty budou již od počátku nést tak zvanou digitální paměť a budou s okolním prostředí schopné komunikovat v každém stádiu výroby. Také výrobní systémy budou schopné autonomní výměny informací, nezávislé činnosti a vzájemné kontroly. Takto koncipované systémy umožní továrnám budoucnosti řídit výrobní procesy mnohem flexibilněji než je tomu nyní a samozřejmě také zvyšovat produktivitu. 

Byť se o této čtvrté průmyslové revoluci, jak je někdy tato etapa nazývána, hovoří dříve, než vlastně nastala, je třeba se na ni připravit. V oblasti automatizace výroby je podle odborníků třeba se v první řadě zaměřit na klíčové řídicí prvky provozů, jako jsou programovatelné automaty PLC, frekvenční měniče či distribuované řídicí systémy (DCS), hardwareová řešení I/O a senzory. Při pohledu na očekávanou architekturu systémů dává toto zaměření smysl – vždy se jedná o zařízení, která propojují klíčové komponenty průmyslového internetu věcí, jako jsou sítě a software pro design, konfiguraci, optimalizaci a vizualizaci s vlastním strojním vybavením. Vhodně koncipované systémy se pak v budoucnosti stanou nositeli významné přidané hodnoty, budou umožňovat vzdálený monitoring, diagnostiku, odstraňování problémů, aktualizaci a celkově nákladově efektivní řízení výrobních zařízení, a přispívat tak ke snížení doby odstávek a maximalizaci provozní doby strojního vybavení.

ABB, přední světový dodavatel technologií pro energetiku a automatizaci, patří mezi společnosti, jejichž portfolio již dnes nabízí řadu z výše uvedených komponentů v podobě připravené na plnou digitalizaci, ať již to jsou zmiňované PLC, frekvenční měniče či vzdálený monitoring pohonů. 

Programovatelné automaty PLC

Programovatelné automaty PLC fungují v podstatě jako průmyslové počítače a jsou využívány k automatizaci procesů v reálném čase, např. k řízení strojů nebo výrobních linek. Proto jsou také jejich periferie uzpůsobeny pro napojení na technologické procesy. Vedle digitálních vstupů a výstupů jsou s rozvojem automatizace využívány i další moduly periferních jednotek, které lze k PLC připojit, např. komunikační procesory pro sběr a přenos dat apod.  ABB ve svém portfoliu nabízí PLC řady PLC řady ABB AC500 a AC500-eCo, jež využívají flexibilní modulární architekturu s jednotným inženýrským prostředím a programováním podle normy IEC 61131. Mezi jejich přednosti patří široká paleta komunikačních rozhraní, obsáhlé knihovny funkčních bloků, OPC server a zabudované hodiny reálného času se synchronizací po síti LAN. K vizualizaci se používá buď integrovaný vizualizační software, přímo webový server v samotném PLC nebo také operátorské panely.

Frekvenční měniče

Frekvenční měniče jsou využívány jako elektronické regulátory otáček asynchronních elektromotorů a pracují na principu změny frekvence a napětí. Slouží k optimalizaci výrobních procesů a umožňují dosahovat značných úspor elektrické energie a zredukovat proudové a napěťové špičky při spouštění pohonů. ABB patří mezi přední výrobce a dodavatele nejrozsáhlejšího portfolia frekvenčních měničů, které se vyznačují spolehlivostí, jednoduchým ovládáním, flexibilitou a inteligencí. V nedávné době uvedlo na trh dvě novinky, a to plně kompatibilní univerzální měniče ACS880 a ACS580.

Srdcem ACS880 je přímé řízení momentu (DTC), které ABB nabízí jako nejvyšší standard dynamické­ho a přesného řízení, a to jak pro střída­vé asynchronní motory, tak pro motory s permanentními magnety a nově i pro synchronní reluktanční motory.  Je vybaven řadou bezpečnostních funkcí, které jsou popsané dále (standardně safe torque off -STO) a přes inte­grovaný USB port je možné k němu připojit nový Drive composer PC Tool, který nabízí rychlé a bezpečné uvedení do provozu a moni­torování. Měnič nabízí širokou škálu mož­ností komunikace s nadřazenými řídicími systémy prostřednictvím adaptérů (např. Profibus, Ethernet/IP, Modbus TCP/IP, PROFINET IO, CANopen, DeviceNet, ControlNet, EtherCAT, Profisafe či Ethernet POWERLINK).

Řada nízkonapěťových frekvenčních měničů ACS580 navazuje na úspěšnou řadu ACS550, a podílí se tak na zvyšování účinnosti, spolehlivosti a fle­xibility nejen průmyslových procesů, ale i dalších běžných aplikací. Je založena na společné architektuře s důrazem na zjednodušení procesů, optimalizaci účinnosti, maxima­lizaci výkonu a integraci bezpečnostních funkcí. Měnič nabízí širokou volitelnou škálu možností komunikace s nadřazenými řídicími systémy prostřednictvím adap­térů, které se instalují systémem plug-in a jednoduše se tak stanou součástí uvnitř měniče. Měnič si sám může upravovat spínací frekvenci v předem stanovém rozsahu, a redukovat tak hluk motoru na základě tepelného modelu. Vzdálené monitorování přes web server je možné prostřednictvím externího modulu NETA-21. Přes integrovaný USB port je i zde možné připojit nový Drive composer PC Tool, který nabízí rychlé a bezpečné uvedení do provozu a monitorování po­mocí počítače. Drive composer je nástroj pro PC sloužící ke spouštění, konfigurování, monitorování a ladění procesů. Nástroj se k ovládacímu panelu měniče připojuje přes rozhraní USB. Adaptéry pro sběrnice umožňují konektivitu se všemi běžně používanými průmyslovými sběrnicemi.

Integrované bezpečnostní funkce v elektrických pohonech

Všeobecným trendem v současné době vzhledem k čtvrté průmyslové revoluci je nahrazování elektro-mechanických systémů systémy elektronickými. Bezpečnostní funkce zabezpečí celé procesy a systémy a je třeba se zabývat jejich návrhem již při konstrukci strojů.  Měniče frekvence s integrovanými bezpečnostními funkcemi nově splňují požadavky vycházející ze směrnice EU Machinery Directive 2006/42/EC. Zajímavou výhodou použití dále popsaných integrovaných bezpečnostních funkcí pro regulované pohony s měniči frekvence je možnost ponechat pohon v chodu a pouze omezit jeho provozní otáčky tak, aby byl namísto vypnutí zachován bezpečný provoz stroje.

Frekvenční měniče ACS880 jsou navrženy tak, aby integrovaly bezpečnostní funkce zvýrazněné v tab.1, které jsou definovány normou EN61800-5-2 (Systémy elektrických výkonových pohonů s nastavitelnou rychlostí – Část 5-2: Bezpečnostní požadavky - Funkční) a  snížily tak dodatečné náklady na přídavná zařízení.  Tab.2 ukazuje, jak spolu souvisejí bezpečnostní funkce u měničů frekvence a u strojního zařízení. Při vývoji nové řady měničů frekvence ACS880 byly vzaty v úvahu bezpečnostní funkce, proto má tento měnič frekvence funkci Bezpečného vypnutí točivého momentu (STO) již ve standardu a ostatní bezpečnostní funkce lze přidat pomocí modulu FSO-11 resp. FSO-12.

Bezpečné vypnutí točivého momentu - Safe torque-off  (STO) odpojí motor od zdroje el. energie a tím zamezí generování nežádoucího momentu motorem. Je zde použita redundantní struktura dvou nezávislých kanálů. 

 Bezpečné zastavení - Safe stop (SS1) zahájí a řídí zpomalování otáček motoru po předem definované rampě nebo za definovaný čas za účelem zastavení motoru a zahájí funkci STO. Tato funkce odpovídá řízenému zastavení podle kategorie zastavení 1 v normě IEC 60204-1.

Bezpečně omezená rychlost - Safety limited speed (SLS) zabraňuje, aby otáčky motoru nepřekročily specifikovanou mez.

Bezpečná maximální rychlost - Safe maximum speed (SMS) zajišťuje maximální omezené otáčky motoru.

Bezpečné ovládání brzdy - Safe brake control (SBC) zajišťuje bezpečný výstupní signál pro ovládání externí brzdy. Tato funkce zabraňuje otáčení hřídele, pokud měnič nevytváří moment.

Vzdálený monitoring

Dodávky měničů a pohonů doplňuje také nabídka související služby – vzdálené podpory, využívající vzdálený přístup techniků ABB k provozním parametrům pohonu. Technici jsou díky němu schopni rychle poruchu identifikovat a zákazníkovi po telefonu doporučit, jak ji opravit a co nejdříve znovu zahájit výrobu. Při poskytování této podpory ABB mj. využívá nástroj vzdáleného monitoringu NETA-21, jež umožňuje snadný přístup k měniči přes internet nebo místní síť Ethernet. Tento nástroj je vybaven vestavěným webovým serverem a je kompatibilní s běžnými internetovými prohlížeči, takže zajišťuje snadný přístup k webovému uživatelskému rozhraní a snižuje potřebu fyzicky k měničům docházet. Prostřednictvím webového rozhraní je možné např. sledovat data o měničích, úroveň zatížení, pracovní dobu, spotřebu energie, data o vstupech a výstupech a teplotu ložisek motoru připojeného k pohonu. Sledování procesů či zařízení bez lidské obsluhy umožňují vestavěné funkce varování, jež pracovníky údržby upozorní při dosažení určité bezpečnostní meze. Na interní paměťové kartě se při zaznamenání problému ukládá historie varování s přesnými časovými údaji. Pro snazší řešení problémů se zaznamenávají rovněž relevantní technické údaje (otáčky, proud atd.).

 Na prahu čtvrté průmyslové revoluce lze konstatovat, že inteligentní produkty v oblasti pohonů jsou připraveny.