Řízení automatických linek se přesouvá do cloudu

Programovatelné logické automaty jsou nenápadným, ale nepostradatelným prvkem každé automatizované linky. Jde o malé průmyslové počítače, které se používají pro automatizaci procesů v reálném čase. Jejich historie sahá až k přelomu 60. a 70. let minulého století. Kromě robustní konstrukce, spolehlivého provozu či jednoduchého programování se vyznačují zejména tím, že naprogramované příkazy vykonávají cyklicky po sobě. „Výhodou tedy je, že známe nejen logiku příkazů – co přesně zařízení vykoná, ale i čas – kdy to vykoná. To u běžných osobních počítačů nevíme. Když například otevřete Word, tak nevíte, jestli se bude otevírat sekundu, nebo pět,“ vysvětluje Tomáš Froněk, vedoucí oddělení průmyslové automatizace a partnerské sítě z českého Siemensu.

PLC tak poskytují jednoduché a cenově výhodné řešení mnoha automatizačních úloh, od obyčejných zařízení až po složité výrobní linky. V nich často plní roli orchestrátoru, systému, který řídí celou linku a dává pokyny robotům či složitějším výrobním strojům s vlastními řídicími systémy. Hlídá, aby jednotlivé operace probíhaly správným způsobem a v požadované sekvenci.

„Když vezmeme příklad z pivovaru – plnička plechovky s pivem naplní, následuje robot, který je vloží do krabice. Ta se musí zalepit, pak další robot naskládá jednotlivé krabice na paletu, jiný stroj ji omotá fólií. Nakonec přijede automatický vozík, který paletu nabere a odveze pryč. A to vše je řízené pomocí PLC,“ popisuje Froněk. Řídicí systém navíc může počítat vyrobené kusy, registrovat výrobní dávky nebo třeba sledovat, s jakou energetickou náročností se vyrobily.

Další velkou výhodou programovatelných logických automatů oproti běžným počítačům jsou možnosti diagnostiky a schopnost automatického zotavení z chyby. „Když se z nějakého důvodu přeruší cyklus, PLC provede zotavení z chyby a naváže na předchozí cyklus. Nebo když vypadne energie, musí se během toho výpadku dostat do bezpečného stavu, aby bylo možné navázat a pokračovat ve výrobě,“ vysvětluje Froněk.

Přesun řídicích jednotek do cloudu

PLC bývají součástí průmyslových rozvaděčů, v nichž se sbíhají vstupy a výstupy jednotlivých strojů a snímačů automatických linek. S rozvaděči jsou propojené pomocí průmyslové komunikační sběrnice Profinet. Myšlenka jejich virtualizace je jednoduchá – přesunout tato hardwarová zařízení do cloudu, odkud mohou po této síti komunikovat s rozvaděčem, aniž by byla fyzicky přítomná v průmyslovém provozu a vystavená všem nepříznivým vlivům, jako jsou vibrace, změny teplot, elektromagnetické záření a podobně.

Digitalizace PLC přináší řadu výhod, zejména pokud jde o reakci na měnící se požadavky. Například použitý software nebo počet řídicích jednotek lze rychle a snadno přizpůsobit aktuálním potřebám. „Pokud klasické hardwarové ovládací prvky vyžadují aktualizaci, je obvykle nutné ji provést přímo na zařízení, což je často spojeno s odstávkami výroby. ­Virtuální PLC je možné prostřednictvím platformy Industrial Edge snadno upgradovat na nové verze, rozšiřovat jeho funkce nebo aktualizovat firmware,“ popisuje Froněk.

Industrial Edge je otevřený ekosystém Siemensu, který mimo jiné umožňuje správu a řízení všech zařízení a aplikací ve výrobě. „Je to něco podobného, jako když máte iPhone a do něj si instalujete aplikace, které umějí pracovat s hardwarem toho iPhonu. Industrial Edge slouží k tomu, aby bylo možné do stroje nainstalovat jednotlivé aplikace, centrálně mít přehled o tom, v jakém stavu ty aplikace jsou, a centrálně je taky spravovat a řídit,“ říká Froněk. Virtuální PLC je tedy aplikace umístěná na platformě Industrial Edge. Lze ji tak snadno škálovat a díky otevřeným datovým rozhraním integrovat do rozličných IT prostředí.

Nezanedbatelnou výhodou je podle Froňka i významně nižší spotřeba energie virtualizovaného PLC a jeho vyšší spolehlivost. „Ačkoliv je hardware PLC velmi robustní, občas se stane, že je potřeba ho přeprogramovat nebo vyměnit. Pokud se chyba stane v datacentru, díky hyperškálované architektuře provoz jen přeskočí na jiný server a jede se dál,“ vysvětluje Froněk. Podobné je to s kybernetickou bezpečností, která je v cloudu vyšší než v běžné výrobě. A v neposlední řadě jde i o udržitelnost a možnost recyklace PLC. „Když končí nějaká výrobní linka, většina hardwaru putuje do šrotu. Ale v cloudu virtuální PLC zůstává a lze ho využít na řízení něčeho jiného,“ dodává Froněk.

Řízení výroby karoserií v Audi

Prvním virtualizovaným PLC od Siemensu je Simatic S7‑1500V, který je založen na funkcích a ovládání modelu Simatic S7‑1500, ale je zcela nezávislý na hardwaru. V novém řešení vidí potenciál i automobilka Audi, která projekt virtuálního PLC podporuje od samého začátku a stala se jeho pilotním uživatelem – v jedné ze svých karosáren používá síť virtuálních programovatelných automatů. „Jde o důležitý skok v produktivitě v naší strategii 360factory pro efektivní a datově řízenou výrobu,“ říká člen představenstva Audi pro výrobu Gerd Walker. „Chceme přinést lokální cloud pro výrobu do všech závodů a v tomto procesu využít pokroky v digitálních řídicích systémech,“ dodává Walker. Siemens je jako jeden z technologických partnerů zodpovědný za virtuální řídicí systém.

„PLC jsou ‚mozky‘ strojů a továren. Nyní tyto mozky virtualizujeme a přenášíme je do cloudu. To urychluje digitální transformaci v Audi a zvyšuje agilitu, efektivitu a bezpečnost výroby,“ říká Cedrik Neike, člen představenstva společnosti Siemens a generální ředitel Siemens Digital Industries.

Virtuální PLC od Siemensu zatím Audi využívá při výrobě karoserií sportovních vozů, které produkuje závod Audi Sport v Böllinger Höfe poblíž německého Heilbronnu. Ten slouží jako reálná laboratoř pro digitální technologie. S novým řídicím systémem Siemens dokáže Audi řídit a monitorovat výrobu v reálném čase. Virtuální PLC umožňují rychlé zavádění softwaru a nových funkcí, které může automobilka prostřednictvím vlastní cloudové platformy centrálně aktualizovat a spravovat.

Po úspěšném zavedení virtuálních PLC v karosárně v Böllinger Höfe plánuje Audi zavést tuto technologii také ve svém závodě v Neckarsulmu. Přípravy na to již probíhají, včetně využití technologie v karosárně pro nové Audi A6.