Czujniki z certyfikatem Leuze OPC UA

Czujniki z certyfikatem Leuze OPC UA Leuze

Niezależnie od tego, czy chodzi o Industry 4.0, IIoT czy komunikację „machine-to-machine” – maszyny, systemy i produkty mogą być połączone w sieć jedynie przy zastosowaniu odpowiednich standardów. Eksperci często wspominają w tym kontekście o piramidzie automatyki: w zależności od definicji sięga ona od najniższego poziomu, poziomu urządzeń, poprzez poziomy pola, sterowania i kontroli procesu, aż po wierzchołek piramidy, czyli poziom zarządzania. 

Standardy transferu danych pomiędzy poziomami piramidy są zróżnicowane: podczas gdy maszyny i urządzenia wymieniają dane między poziomami pola i sterowania za pomocą odpowiednich protokołów, takich jak IO-Link, PROFINET, Ethernet/IP, EtherCAT lub Ethernet TCP/IP, bezpośrednia droga do wyższych poziomów piramidy automatyki pozostaje zablokowana. Dzieje się tak, ponieważ ani magistrala polowa nie jest skalowalna aż do poziomu chmury, ani protokoły takie jak MQTT nie są w stanie komunikować się z poziomem polowym. OPC UA (UA = Unified Architecture) jest rozwiązaniem wypełniającym tę lukę. Czujniki Leuze z certyfikatem OPC UA umożliwiają operatorom systemów wykorzystywanie dodatkowych opcji.

Z pola do chmury

Do tej pory nie było uniwersalnego protokołu, który umożliwiałby komunikację wszystkim, znajdującym się na różnych poziomach maszynom, urządzeniom oraz serwerom. Powodem jest to, że protokoły muszą spełniać wymagania, które są bardzo specyficzne dla danego poziomu. Nie można wszystkiego replikować w jednym protokole. Trzeba przy tym pamiętać że, maszyny i urządzenia generują wiele cennych danych. Jednakże poziomy, które mogłyby wykorzystywać te dane, często nie mają bezpośredniego dostępu i możliwości interpretacji tych danych. To właśnie tutaj OPC UA umożliwia stworzenie połączeń. Nie jest to protokół, ale ramy techniczne, zbiór technologii. Zasada działania polega na tym, że OPC UA wykorzystuje model informacyjny do zdefiniowania przesyłanych danych. Standard określa uprawnienia dostępu na poziomie komunikacji i definiuje protokół wymiany danych. W efekcie dotychczasowe bariery oddzielające poziomy piramidy automatyki stają się przenikalne, co pozwala stworzyć otwartą strukturę sieciową. Jako swobodnie dostępne oprogramowanie open source, OPC UA funkcjonuje niezależnie od producentów i platform oprogramowania.

Szybsza instalacja

Aby wymiana danych była możliwa na wszystkich poziomach piramidy automatyki, dane te muszą być systematycznie przygotowywane i udostępniane. Ponieważ nawet jeśli zdefiniowane są standardy komunikacji, obowiązuje następująca zasada: kiedy urządzenie wyprowadza sekwencję liczbową, odbiornik wymaga użycia metadanych. Tylko w ten sposób dany ciąg liczbowy może być prawidłowo interpretowany, na przykład jako jednostka. Tutaj zastosowanie znajduje model informacyjny OPC Foundation. Interpretuje on podłączone urządzenia jako sieć różnych obiektów. Najpierw regulowane są relacje między węzłami. Na drugim etapie definiowane są atrybuty standardowe – są to minimalne wymagania pozwalające na rozpoznanie urządzenia w sieci. Dodatkowo można zdefiniować atrybuty specjalne, takie jak możliwości i czynności maszyn. W ten sposób powstaje struktura, która może być odczytywana automatycznie. W rezultacie dane mogą być teraz odczytywane i interpretowane przez inne urządzenia wykorzystujące OPC UA. Praktycznym ułatwieniem jest to, że standardy przemysłowe są ogólnodostępne, a zatem producenci nie muszą od podstaw tworzyć specyfikacji dla każdego urządzenia. Te towarzyszące specyfikacje opisują, jak na przykład definiowane są czytniki kodów kreskowych 1D oraz jakie wartości i dane o zdarzeniach są przez nie dostarczane. Są one udostępniane do pobrania przez OPC Foundation w formacie PDF i XML. Oznacza to, że specyfikacje są czytelne dla maszyn i nie muszą być wprowadzane ręcznie.

Rodzaje informacji przechowywanej w modelu danych urządzenia:

  • Dane służące do identyfikacji urządzenia w sieci
  • Dane i zdarzenia dotyczące procesów (np. wyniki odczytu skanera, polecenie start/stop)
  • Dane jakościowe (np. udane i nieudane procesy odczytu skanera)

Instalacja OPC UA przynosi zatem znaczne korzyści. Na przykład, gdy czytnik kodów kreskowych Leuze BCL 348i identyfikuje się w sieci jako czytnik kodów kreskowych 1D, a poziom sterowania rozumie ten sygnał, charakterystyka urządzenia jest wykrywana automatycznie (AutoID). W efekcie możliwa jest bardzo szybka integracja w systemie. Uproszczona jest również konserwacja systemu, ponieważ alarmy oraz komunikaty o błędach oraz stanie poszczególnych urządzeń mogą być centralnie rejestrowane i w zestandaryzowany sposób kwalifikowane.

Bezpieczeństwo w sieci

OPC UA wspiera również wzrost bezpieczeństwa systemów IT. Wymóg, który staje się coraz ważniejszy w czasach IIoT – dane maszynowe muszą być przetwarzane na potrzeby przemysłowego internetu rzeczy za pośrednictwem chmury. Zaletą dla operatorów systemów jest to, że w standardzie OPC UA jest już zintegrowane szyfrowanie end-to-end. Dane firmowe są skutecznie chronione przed atakami z zewnątrz. Ułatwia to również przydzielanie uprawnień wewnątrz systemu. Ponieważ określone jest, kto może otrzymać dostęp, czytać, oceniać lub zmieniać dane, zminimalizowane jest ryzyko, takie jak przestoje powstałe z powodu ataków lub nieprawidłowego działania.

Ułatwiony monitoring systemów

Jedną z największych zalet standardu jest możliwość znacznego zwiększenia wydajności systemu poprzez ewaluację danych. OPC UA umożliwia łatwe monitorowanie maszyn i systemów oraz optymalizację procesów. Można to zilustrować praktycznym przykładem: W magazynie drobnych części linia przenośników transportuje tacki z towarami na stanowiska kompletacji oraz opakowania do strefy wysyłki. Każde z nich posiada etykietę z kodem kreskowym. Czytniki kodów 1D BCL 348i firmy Leuze są zamontowane wzdłuż linii transportowej, dostarczając dane wymagane do transportu opakowań na linii przenośnika. Optyka skanera może z czasem ulec zabrudzeniu podczas eksploatacji, co powoduje, że etykiety na tackach i opakowaniach nie są już dokładnie wykrywane. Z drugiej strony, etykiety mogą być również narażone na zużycie podczas pracy i mogą przestać być czytelne z powodu uszkodzenia lub zabrudzenia. Jak operator systemu może wykryć błąd?

Skanery z certyfikatem OPC UA, takie jak DCR 248i, są dostępne również dla kodów kreskowych 2D

Szybki dostęp do istotnych danych

Metoda konwencjonalna – to znaczy bez OPC UA – pozwala uzyskać dostęp do czujników za pomocą komputera diagnostycznego. Dzięki temu, że przechowują one dane, np. takie jak udział nieudanych prób odczytu, możliwa jest identyfikacja skanerów, które są zanieczyszczone lub uszkodzone w inny sposób. Wadą jest to, że operator systemu musi kontrolować i odczytywać dane z każdego urządzenia z osobna. Jest to niezwykle czasochłonne zadanie, w szczególności kiedy należy zidentyfikować etykiety o obniżonej jakości. W takim przypadku pracownicy muszą indywidualnie odczytać każdy skaner i ręcznie porównywać dane. Dzięki OPC UA oraz odpowiedniej technologii czujników można to zrobić o wiele sprawniej: czytniki kodów 1D BCL 348i firmy Leuze posiadają certyfikat OPC UA – dzięki czemu możliwe jest przekazanie danych ze skanera do poziomu sterowania. Za pomocą prostej aplikacji można je centralnie ewaluować i wizualizować np. na tablicy wskaźników. W czasie rzeczywistym pokazuje to, czy dany skaner ma wyjątkowo dużą liczbę nieudanych prób odczytu. Dodatkowa zaletą jest to, że ponieważ przekazywana jest również informacja o miejscu instalacji czujnika, serwis może bezpośrednio do niego dotrzeć. Jeśli okaże się, że wszystkie skanery mają problemy z wykryciem określonej etykiety, można ją również wymienić w sposób ukierunkowany. Podsumowując: uzyskujemy znaczny wzrost efektywności utrzymania ruchu i prostą metodę zwiększenia dostępności systemu.

Certyfikowana technologia czujników

W krótkim czasie OPC UA ugruntowało swoją pozycję jako centralny format dla transferu danych z poziomu pola do chmury. Granice pomiędzy poziomami systemów automatyki, które wcześniej narzucały ścisłą hierarchię, teraz stają się przenikalne. Przyczynia się to, między innymi, do efektywnej oceny danych z maszyn i urządzeń. Zalety standardu w zakresie instalacji, optymalizacji bieżących operacji i serwisu można jednak wykorzystywać wyłącznie przy zastosowaniu odpowiedniej technologii czujników. W tym przypadku rozsądne jest oparcie się na ekspertach w dziedzinie czujników, którzy dysponują gamą produktów z certyfikatem OPC UA oraz odpowiednim know-how. Specjaliści od czujników z firmy Leuze są osobami, do których zawsze można się zwrócić. Dzięki innowacyjnej technologii czujników Leuze z certyfikatem OPC UA, takich jak czytnik kodów 2D DCR 248i oraz czytnik kodów 1D BCL 348i operatorzy mogą wprowadzić swoje systemy na zupełnie nowy, wyższy poziom wydajności.

Źródło: Leuze

O Autorze

Czasopismo elektrotechnik AUTOMATYK jest pismem skierowanym do osób zainteresowanych tematyką z zakresu elektrotechniki oraz automatyki przemysłowej. Redakcja online czasopisma porusza na stronie internetowej tematy związane z tymi obszarami – publikuje artykuły techniczne, nowości produktowe, a także inne ciekawe informacje mniej lub bardziej nawiązujące do wspomnianych obszarów.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę