Projektowanie 4.0: pulpit nawigacyjny generowany jednym kliknięciem
| Prezentacje firmowe PLC, HMI, OprogramowaniePoszukując nowych modeli organizacji procesów, wielu integratorów i producentów maszyn zwraca się ku zbiorom danych dostarczanych przez maszyny i urządzenia. Gromadzone przez nie informacje mogą stanowić podstawę zarządzania takimi działaniami, jak predykcyjne utrzymanie ruchu, zużycie energii czy wsparcie serwisowe. TwinCAT Analytics zapewnia takie możliwości, dodatkowo dzięki funkcji One-Click Dashbord pulpit nawigacyjny generowany jest automatycznie za pomocą jednego kliknięcia.
Oprogramowanie TwinCAT Analytics umożliwia stworzenie centralnej bazy danych maszynowych zbieranych równolegle z wielu maszyn i urządzeń (rys. 2). Składa się na nie zestaw starannie dobranych funkcjonalności, zapewniających obsługę wszystkich procesów z zakresu przetwarzania danych – od ich akwizycji, przez transfer i analizę, po graficzną prezentację na pulpicie nawigacyjnym. Całości dopełniają elastyczne, a jednocześnie proste w obsłudze, narzędzia programistyczne, które ułatwiają projektowanie aplikacji i interfejsu użytkownika – stricte według potrzeb klienta.
TwinCAT Analytics znajduje zastosowanie już na etapie projektowania aplikacji. Podobnie jak w przypadku innych modułów TwinCAT, proces ten realizowany jest w środowisku programistycznym Microsoft Visual Studio®. Jednym z kluczowych narzędzi wykorzystywanych na tym etapie jest rejestrator TwinCAT Analytics Logger, dostępny w oknie standardowego projektu TwinCAT. Z powodzeniem zastępuje on wszelkie dotychczas stosowane zewnętrzne narzędzia konfiguracyjne. Aby wybrać dane procesowe do dalszej analizy i/lub archiwizacji, wystarczy zaznaczyć odpowiednie pola wyboru w rejestratorze. Wskazane pliki zostają automatycznie przesłane za pomocą protokołu MQTT do brokera wiadomości lub zarchiwizowane lokalnie w sterowniku PLC – bez konieczności dodatkowej konfiguracji. Jedynymi opcjami, które trzeba wstępnie zaprogramować, są adres IP oraz metoda kompresji i zabezpieczania danych (za pomocą uwierzytelniania lub protokołu TLS), a więc informacje niezbędne do zainicjowania przesyłu po uruchomieniu projektu. Co więcej, proces ten realizowany jest w czasie rzeczywistym, a sam rejestrator bez problemu poradzi sobie z obsługą danych o wysokiej rozdzielczości. Jego zaletą jest także możliwość uruchomienia i wstrzymania z poziomu systemu sterowania za pomocą wywołania do PLC.
Analiza danych w środowisku IoT
Z punktu widzenia wdrożeniowca istotnym atutem oprogramowania TwinCAT Analytics jest też możliwość łatwej implementacji infrastruktury Internetu Rzeczy (IoT), a tym samym oddzielenia od siebie poszczególnych punktów zbierania danych. Każdy klient MQTT połączony jest bowiem jedynie z oprogramowaniem pośredniczącym (brokerem wiadomości), zainstalowanym lokalnie lub w chmurze. Jednokierunkowy, izolowany charakter połączeń znacznie ułatwia programowanie aplikacji i obsługę całego systemu. Zapewnia bowiem możliwość wglądu w dane maszynowe z dowolnego miejsca z dostępem do Internetu, a tym samym – zdalnego wdrożenia i serwisowania aplikacji. Wystarczy, że technik serwisowy zaloguje się do brokera wiadomości jako klient MQTT, korzystając z rozszerzenia TwinCAT Analytics Servicetool. Co więcej, może on tą drogą uzyskać dostęp nie tylko do bieżących danych maszynowych, ale także do danych historycznych dostępnych w module TwinCAT Analytics Storage Provider. Dane te można analizować na różnorakie sposoby, z wykorzystaniem całego szeregu algorytmów w formie gotowych modułów TwinCAT Analytics. Ich zbiór obejmuje zarówno proste zliczanie zbocza sygnałów z histerezą i bez histerezy, jak i funkcje z zakresu analizy czasowej procesów, operatory logiczne, kontrolę obwiedni, ocenę produktywności oraz najróżniejsze klasyfikatory i komparatory.
Algorytmy te można bezpośrednio wykorzystać przy tworzeniu projektu TwinCAT Analytics w programie Visual Studio® – bez potrzeby zmiany środowiska programistycznego. Wszystkie są udostępnione w formie graficznej, a tym samym łatwe do opanowania i obsługi. Uproszczeniu uległa także konfiguracja narzędzia do tworzenia wykresów TwinCAT Scope, realizowana automatycznie, za naciśnięciem jednego przycisku. Zestaw prekonfigurowanych ustawień uwzględnia wszystkie zmienne istotne w procesie analizy danych. W razie potrzeby można go także uzupełnić o dodatkowe funkcje, dostosowane do wymogów danej aplikacji. Połączenie funkcjonalności TwinCAT Analytics i TwinCAT Scope umożliwia szybką wizualizację wyników analizy, a także oznaczenie istotnych zdarzeń w całościowym zbiorze danych. Wystarczy wprowadzić je do narzędzia TwinCAT Scope View, korzystając z funkcji "przeciągnij i upuść" (rys. 3).
Model biznesowy oparty na usługach
Dla technika serwisowego lub wdrożeniowca proces projektowania aplikacji na tym etapie dobiega końca. Teraz inicjatywę przejmuje producent maszyny lub integrator systemu. To od niego zależy bowiem, czy klient wraz z urządzeniem otrzyma także dostęp do indywidualnie zaprojektowanego pulpitu nawigacyjnego. Istotną zaletą takiego rozwiązania jest możliwość rozszerzenia oferty o pakiet dodatkowych usług, opłacanych jednorazowo lub w formie miesięcznego abonamentu. Jeśli jednak tego typu model biznesowy ma odnieść sukces rynkowy, oferowany w jego ramach interfejs użytkownika musi być tani i łatwy w konfiguracji.
Aby zapewnić klientowi jak największe korzyści, system powinien analizować dane 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu. Analiza taka powinna obejmować cały cykl życia maszyny i wszystkie dane generowane przez nią w czasie rzeczywistym. Wymagania te najlepiej spełnia sterownik PLC, od początku projektowany z myślą o realizacji ciągłych, długofalowych procesów. Co prawda wiąże się to z czasochłonnym programowaniem algorytmów matematycznych, ale zadanie to można uprościć, korzystając z języków skryptowych lub konfiguratorów graficznych. W zamian otrzymujemy narzędzie umożliwiające ciągłą analizę danych bieżących i historycznych, bezpośrednio w środowisku programistycznym sterownika. Rozwiązanie to nie zawsze będzie spełniało oczekiwania klienta. Często nie ma on możliwości lub zwyczajnie nie chce korzystać na dłuższą metę z narzędzi programistycznych. Dlatego tak ważne jest połączenie potencjału sterownika PLC z funkcją prostej analizy danych. Możliwość taką oferuje rozszerzenie TwinCAT Analytics Workbench.
Proste projektowanie Z Workbench
TwinCAT Analytics Workbench dysponuje funkcją automatycznej konwersji wprowadzonych w nim ustawień na wykonywalny kod sterownika PLC. Dzięki temu dostępne stają się złożone funkcje analityczne, łącznie z podziałem na różnorodne sieci reprezentujące konkretne maszyny, części maszyn lub realizowane przez nie zadania oraz tworzenie powiązań między algorytmami, bez konieczności ich programowania w konfiguratorze sterownika. Proces konwersji uruchamiany jest jednym kliknięciem i – co istotne – uwzględnia również ustawienia połączeń oraz nazwy sieci i algorytmów. Równolegle na bazie kodu źródłowego sterownika PLC w wybranym środowisku uruchomieniowym generowany jest kompletny interfejs analityczny w języku HTML5 (funkcja One-Click Dashboard).
Panel generowany jednym kliknięciem
Wspomniana funkcja One-Click Dashboard korzysta z oprogramowania TwinCAT HMI, w którym każdemu algorytmowi modułu TwinCAT Analytics przypisany jest co najmniej jeden przycisk funkcyjny, zaprojektowany w formie popularnych kafelków. Jego generowanie ułatwia podgląd dostępny we właściwościach danego algorytmu. Co więcej, w jednym przycisku da się zintegrować kilka różnych algorytmów.
Mimo że panel nawigacyjny generuje się automatycznie, można go łatwo dostosować do indywidualnych potrzeb użytkownika (rys. 4). Zakres dostępnych modyfikacji jest bardzo szeroki i obejmuje m.in. zmianę koloru nagłówków, dodanie logotypu, opcjonalne oznaczenie lokalizacji maszyn na mapie, a także wybór języka, motywu i koloru przycisków funkcyjnych. Można np. umieścić przyciski na stałe z lewej lub prawej strony ekranu, tak aby mieć podgląd na wszystkie istotne parametry pracy maszyny (rys. 5). Inną przydatną funkcją jest opcja swobodnego przełączania się między jasnym a ciemnym tłem przycisków, a także dołączenia do nich linku do resetowania algorytmów.
Mimo dużej elastyczności zastosowań funkcja automatycznego tworzenia panelu nawigacyjnego nie zawsze spełnia wszystkie oczekiwania użytkowników. Dlatego jej twórcy uwzględnili możliwość zaimplementowania do środowiska Visual Studio® nie tylko projektu PLC wygenerowanego w TwinCAT Analytics, ale także projektów tworzonych w module TwinCAT 3 HMI. Dzięki temu, korzystając z edytora graficznego Visual Studio®, można wprowadzać dowolne zmiany w pulpicie nawigacyjnym, łącznie z dodaniem własnych przycisków. Testy dowiodły, że nawet w przypadku sporych modyfikacji funkcja One-Click Dashboard znacznie ogranicza nakłady pracy na projektowanie pulpitu, redukując o ponad 1000 liczbę niezbędnych kliknięć. Dodatkowo umożliwia uzupełnianie interfejsu o własne przyciski funkcyjne, które da się potem wykorzystać przy tworzeniu kolejnych projektów w TwinCAT Analytics.
Podsumowanie
Proste projektowanie w znanym i sprawdzonym środowisku z uwzględnieniem całego procesu punktowej lub ciągłej analizy danych maszynowych to główne, ale niejedyne, zalety oprogramowania TwinCAT Analytics. Automatyzacja wielu procedur pozwala znacznie skrócić proces tworzenia aplikacji, a jednocześnie w żaden sposób nie ogranicza otwartości i elastyczności narzędzia. Indywidualnie można zaprojektować tu niemal wszystko – od parametrów sterownika PLC po pulpit nawigacyjny. Mocną stroną oprogramowania jest także opcja połączenia dwóch światów: Internetu Rzeczy i dodatkowych usług po stronie klienta końcowego oraz znanego środowiska programowania po stronie inżyniera aplikacji. Uzyskany w rezultacie efekt synergii sprawia, że trudno dziś znaleźć na rynku tańsze i efektywniejsze narzędzie do tworzenia nowych modeli biznesowych i funkcjonalności maszyn w oparciu na analizie danych.
Pascal Dresselhaus, menedżer produktów
TwinCAT w firmie Beckhoff Automation
Beckhoff Automation
tel. 22 750 47 00
info@beckhoff.pl
www.beckhoff.pl/analytics
