SIMATIC S7-1500 - przyszłość automatyki dostępna już dzisiaj

Może się to wydawać tym bardziej dziwne, że Siemens przez wiele lat rozwijał klasyczne oprogramowanie Step7, które stało się wzorcem w zakresie funkcjonalności i wydajności procesu projektowania systemów automatyki przemysłowej. Powodem wprowadzanych zmian nie jest też malejąca sprzedaż sterowników S7-300. Sytuacja jest wręcz przeciwna - firma odnotowuje stale wzrosty sprzedaży w tym segmencie sterowników PLC.

Skoro jest tak dobrze, pytanie brzmi: dlaczego Siemens zdecydował się zaprojektować dwie nowe rodziny sterowników S7-1200, S7-1500 oraz nowe środowisko projektowe TIA Portal? Aby odpowiedzieć sobie na nie, musimy zauważyć, jak zmienia się świat, który nas otacza. Świat pędzi naprzód, czasy wprowadzania nowych produktów na rynek ulegają skróceniu.

Odnosi się to zarówno do przemysłu samochodowego, jak i sprzętu AGD, przemysłu spożywczego czy produkcji maszyn specjalnych na zamówienia jednostkowe. Inne ważne dla producentów kryteria to wydajność i koszty produkcji. Wydajność wpływa na czas realizacji zamówienia i jego wielkość, zaś obniżenie kosztów produkcji, np. przez stosowanie energooszczędnych rozwiązań, pozwala zaoszczędzić pieniądze.

Przed kilkoma laty duże firmy usprawniały procesy poprzez poprawę zarządzania i wprowadzanie systemów zarządzania produkcją MES oraz przedsiębiorstwem ERP. Obecnie zaczęto poprawiać wydajność na poziomie linii produkcyjnych oraz sieci komunikacyjnych w zakładzie produkcyjnym. Na czym więc polega nowość w podejściu do automatyki przemysłowej?

PROJEKTOWANIE PRODUKTU I PLANOWANIE PRODUKCJI

Rewolucja, która już się rozpoczęła i właśnie się rozwija, dotyczy zintegrowanego systemu projektowego całego zakładu przemysłowego oraz pojedynczych linii technologicznych. Poprzez platformę DEP (Digital Enterprise Platform) Siemens pracuje nad całościowym podejściem łączącym oprogramowanie PLM (Product Lifecycle Management) z aplikacjami inżynierskimi i zintegrowaną automatyką przemysłową.

Jest to podejście, które tworzy podstawy nowej koncepcji rozwoju systemów automatyki przemysłowej "Przemysł 4.0" (Industry 4.0). Pełna symulacja i optymalizacja na ekranie komputera umożliwiają stworzenie podstaw udanego procesu produkcyjnego - na długo przed rozpoczęciem wytwarzania.

Chodzi tu zarówno o narzędzia do modelowania 3D obiektów, takich jak linie technologiczne, elementy maszyn, gotowe komponenty biblioteczne z aktualnej oferty produktowej, jak i wirtualne środowisko pozwalające na zaprojektowanie całego zakładu produkcyjnego. Dzięki temu w komputerze będzie można stworzyć projekt i przeprowadzić symulację działania maszyny produkcyjnej, jak również określić jej wydajność w zależności od zastosowanych komponentów produktowych.

Mówiąc o maszynie, nie mówimy tylko o jej elementach mechanicznych i kinematyce, ale też o urządzeniach, które zostaną w niej użyte, takich jak napędy elektryczne, sterowniki PLC czy panele obsługi operatorskiej. Jednym z elementów tej zaawansowanej koncepcji projektowania systemów automatyki przemysłowej jest zintegrowane środowisko projektowe TIA Portal, które składa się aktualnie z: narzędzi do projektowania aplikacji na panele obsługi operatorskiej i systemy SCADA, narzędzi do projektowania aplikacji na sterowniki PLC/PAC, napędy SINAMICS, a w najbliższej przyszłości również napędy sterowania wieloosiowego SIMOTION, oraz maszyn numerycznych SINUMERIK.

TIA Portal ma ułatwić tworzenie złożonych aplikacji poprzez wsparcie projektanta w pracy ze zintegrowanym środowiskiem projektowym na jednej bazie danych, wspólnej dla wszystkich urządzeń użytych w projekcie. Maksymalnie ułatwiona jest też diagnostyka wszystkich urządzeń w projekcie. TIA Portal zapewnia też wsparcie w postaci bibliotek globalnych będących własnością intelektualną firmy, która je przygotowała. Dzięki nim powstające projekty mogą być ustandaryzowane i powtarzalne, a tym samym łatwiejsze w obsłudze, diagnostyce i serwisie dla osób z utrzymania ruchu. TIA Portal ma wbudowaną funkcję teleserwisu, co jest ważne przy obsłudze projektów oddalonych.

SIMATIC S7-1500 - NOWY STANDARD W AUTOMATYCE PRZEMYSŁOWEJ

Podczas przygotowań do wprowadzenia środowiska TIA Portal Siemens pracował równolegle nad nową rodziną sterowników zarówno klasy mikro, jak również średniej i dużej wydajności. Tak powstały dwie nowe rodziny sterowników: PLC SIMATIC S7-1200 oraz SIMATIC S7-1500. Obie te rodziny spełniają założenia koncepcji "Przemysł 4.0" i pozwalają w pełni wykorzystać możliwości środowiska TIA Portal.

Ponieważ obecnie trwa proces rozwoju środowiska TIA Portal, zmieniają się również możliwości tych sterowników. Aktualizacja i dostosowanie funkcjonalności sterowników do wersji TIA Portal są dokonywane poprzez aktualizację oprogramowania wewnętrznego sterowników. SIMATIC S7-1500 to obecnie najbardziej zaawansowane i najbardziej wydajne sterowniki w ofercie SIMATIC.

SIMATIC S7-1500, jako nowe rozwiązanie, oferuje znacznie większą wydajność w przetwarzaniu danych w porównaniu do dotychczas dostępnych sterowników SIMATIC. Dzięki wewnętrznej szynie komunikacyjnej bazującej na sieci Ethernet w sposób ekstremalnie szybki może on komunikować się z modułami rozszerzeń podłączonymi do jednostki centralnej, jak również z systemami rozproszonych wejść/wyjść SIMATIC ET200SP/MP.

Sterownik ma zintegrowaną diagnostykę, działającą niezależnie od aktualnie wykonywanego programu, co pozwala na dostęp do danych diagnostycznych nawet w stanie zatrzymania pracy sterownika w trybie STOP. Diagnostyka nie wymaga projektowania, jest dostępna w każdej jednostce centralnej i może być wyświetlana na stronach przeglądarki WEB, na panelu operatorskim lub wyświetlaczu LCD dostępnym na CPU.

Sterownik SIMATIC S7-1500 ma zintegrowane funkcje Motion Control, dzięki którym w sposób prosty można realizować zadania pozycjonowania lub sterowania prędkością dla napędów SINAMICS G120. Analizę projektów Motion Control ułatwia funkcja Trace, która w czasie rzeczywistym pozwala na analizę zależności dla 16 dowolnie wybranych zmiennych w CPU.

W związku z rosnącym zagrożeniem ze strony nieautoryzowanego dostępu w sieciach Ethernet/Internet SIMATIC S7-1500 ma wprowadzone zabezpieczenia w transmisji danych pomiędzy sterownikami, systemami wizualizacji lub innej kontroli operatorskiej. Z drugiej strony oferuje najnowsze technologie w zakresie sterowników PLC, takie jak: możliwość komunikacji i sterowania przy pomocy smartfonów, tabletów, wykorzystanie zintegrowanego w CPU WEB serwera ze stronami użytkownika i diagnostycznymi, jak również archiwizację danych w plikach csv i pobieranie tych danych poprzez WEB Serwer.

Producenci maszyn z pewnością docenią funkcjonalność Option Handling pozwalającą swobodnie (czyli programowo) dostosowywać konfigurację sprzętową i programową do różnych odmian maszyn produkcyjnych. Sterownik ma wbudowane funkcje kontrolujące efektywność energetyczną Energy Efficiency, dzięki którym może w sposób kontrolowany zarządzać zużyciem energii w systemie sterowania. Środowisko TIA Portal posiada zintegrowaną funkcjonalność Teleservice, dzięki której możliwy jest zdalny dostęp do sterownika - przez sieć Internet (również w technologii VPN), sieci komórkowe, jak również telefonię analogową.

SIMATIC S7-1500 oraz TIA Portal umożliwiają pracę wieloużytkownikową, co ma znaczenie przy większych projektach, gdzie pracę należy podzielić na kilku inżynierów, którzy pracują na jednym projekcie. Podczas uruchamiania systemu sterownia na jednym CPU SIMATIC S7-1500 może pracować do pięciu inżynierów, którzy wykonują testy w wybranych fragmentach programu i synchronizują pracę między sobą.

Sterownik pozwala na programowanie symboliczne oraz klasyczne z deklaracją adresów i dowolne przełączanie tych dwóch trybów pracy. Doświadczenie i kontynuacja oraz innowacje - tak w skrócie można scharakteryzować tę nową rodzinę sterowników PLC. Wiele lat pracy ze sterownikami SIMATIC S7-300 zaowocowało przeniesieniem na platformę S7-1500 najważniejszych funkcjonalności, takich jak obsługa bloków danych DB, FB, FC, stworzeniem hierarchii, priorytetów przerwań i obsługi zdarzeń w czasie rzeczywistym. Dzięki temu programiści, którzy mają doświadczenie w programowaniu S7-300, mogą korzystać z dotychczasowej wiedzy i nie muszą zmieniać przyzwyczajeń.

MODERNIZACJA ZAPEWNI DOSTĘP DO CZĘŚCI ZAMIENNYCH

W TIA Portal wbudowana jest funkcja migracji projektów z klasycznego oprogramowania Step7 Professional 2010 do Step7 Professional w TIA Portal. Dostępne są tez funkcje "Proxy" łączące świat klasycznego oprogramowania Step7 z TIA Portal. Dzięki temu bez konieczności zmiany programów w już istniejących sterownikach S7-300 można pobierać z nich dane, takie jak zadeklarowane zmienne alarmy, i wykorzystywać je w projekcie realizowanym w TIA Portal.

Migracja jest również możliwa w przypadku sterowników SIMATIC S5, które z powodzeniem są ciągle stosowane w przemyśle. W związku z tym, że Siemens zakończył produkcję większości modułów dla rodziny S5, dostęp do nich staje się utrudniony. Migracja projektów z Step5 najpierw dokonywana jest do klasycznego oprogramowania Step7 V5.5 / Professional 2010, następnie z poziomu TIA Portal uruchamiamy funkcję migracji do Step7 Professional w TIA Portal.

Plany przewidują również możliwość bezpośredniej migracji projektów S5 do TIA Portal. Oprócz migracji projektów ze sterowników SIMATIC S5 TIA Portal oferuje możliwość migracji projektów dla paneli operatorskich HMI z oprogramowania WinCC flexible lub też z systemu SCADA WinCC V7.2. Dzięki przeprowadzeniu takiej migracji otrzymujemy jeden wspólny projekt dla wszystkich urządzeń.

Z migracją związana jest też wymiana urządzeń, dzięki czemu uzyskujemy zwiększenie wydajności maszyny, poprawę i nową funkcjonalność w zakresie diagnostyki oraz możemy korzystać z funkcji oszczędności energii, gdyż zarówno panele obsługi operatorskiej HMI Comfort Panel, jak też napędy SINAMICS i sterowniki SIMATIC S7-1500 mają wbudowaną funkcjonalność Energy Efficiency. Środowisko projektowe i instalowane w nim oprogramowanie może pracować na wirtualnych maszynach, a także może być instalowane na serwerach firmowych. Dzięki temu narzędzia projektowe dostępne są w całej firmie.

PODSUMOWANIE

Cel, który przyświecał wprowadzeniu do oferty nowych sterowników SIMATIC S7-1200 oraz SIMATIC S7-1500, to nie tylko zaoferowanie klientom bardziej wydajnych urządzeń. Jest to część większej koncepcji wprowadzenia na rynek automatyki przemysłowej koncepcji, które całkowicie zmienią dotychczasowy sposób podejścia do produkcji, zarządzania produkcją, planowania produkcji w możliwie najkrótszym czasie. Kolejne wersje środowiska TIA Portal będą wyposażone w coraz bardziej zaawansowane narzędzia, które zbliżą nas do realizacji celu jakim jest Digital Enterprise Platform i "Przemysł 4.0".

Michał Bereza
Siemens Sp. z o.o.
www.automatyka.siemens.pl