Platforma PLCnext Technology z nową architekturą systemową. Idealnie przygotowana do obecnych i przyszłych wyzwań
| TechnikaJeżeli użytkownik decyduje się na nową technologię lub nowe urządzenie, powinno być ono łatwe w obsłudze i zorientowane na przyszłość. Właśnie tutaj na pierwszy plan wysuwa się platforma PLCnext Technology. Programiści są w stanie dalej programować w swoich ulubionych językach, podczas gdy kod języka wysokiego poziomu jest przetwarzany synchronicznie w czasie rzeczywistym. Ale technologia ta nie zatrzymuje się w tym miejscu - ma ona także wiele innych zalet.
Fot. 1. Nowy sterownik AXC F 2152 Axioline, tu razem z podłączonym modułem Axioline
Obok klasycznych języków IEC 61131-3, tzn. schematu bloków funkcyjnych (FBD), schematu drabinkowego (LD), sekwencyjnego schematu funkcjonalnego (SFC) i tekstu strukturalnego (ST), programowalne sterowniki logiczne (PLC) będą w przyszłości programowane coraz częściej w językach wysokiego poziomu, np. C++ czy C#. Ponadto programowanie oparte na wykorzystaniu modeli, np. w Matlab Simulink, jest używane w szczególności w aplikacjach sterowania.
Inżynierowie automatycy w epoce czwartej rewolucji przemysłowej (Industry 4.0) i rozwoju Internetu Rzeczy muszą jednak brać również pod uwagę dodatkowe wymagania w dziedzinie łączności. Tym postępom towarzyszy fakt, że bezpieczeństwo danych staje się jeszcze ważniejsze.
Aby zapewnić spełnienie tych warunków, Phoenix Contact opracowało platformę PLCnext Technology, na bazie której powstają sterowniki nowej generacji. Pierwsze urządzenie, Axiocontrol PLC AXC F 2152, zaprezentowano na targach SPS IPC Drives 2017 w Norymberdze (fot. 1).
WYKONANIE KODU MIESZANEGO W CZASIE RZECZYWISTYM
Rys. 1. Sterowniki PLCnext są programowane za pomocą narzędzia oprogramowania PC Worx Engineer
PC Worx Engineer to nowe otoczenie inżynieryjne dostępne dla programistów, którzy chcą dalej pisać kod sterujący zgodnie z IEC 61131-3. Narzędzie to umożliwia zarówno wygodne programowanie w klasycznych językach PLC, jak i konfigurację sterownika oraz podłączonych magistrali obiektowych. Ponadto można stworzyć system wizualizacji działający na sterowniku, który może być wyświetlany na odpowiednim terminalu operatorskim za pomocą przeglądarki internetowej (rys. 1).
Jeśli chodzi o aspekt programowania języka wysokiego poziomu (C++ lub C#), Phoenix Contact przywiązuje wielką wagę do narzędzi, które już sprawdziły się wśród użytkowników. Dla tych narzędzi wtyczki do Eclipse i Visual Studio będą dostępne bezpłatnie. Programiści języka wysokiego poziomu mogą więc dalej pracować w swoim ulubionym otoczeniu.
Generowany przez nich kod będzie albo zintegrowany jako biblioteka z PC Worx Engineer, albo bezpośrednio przesłany do sterownika przez odpowiednie narzędzia. Składa się on z programów IEC 61131-3 i języka wysokiego poziomu, z których każdy ma przypisany równy status. Instancje programów są tworzone za pośrednictwem PC Worx Engineer lub przy zastosowaniu prostych plików XML.
Równie łatwe jest formułowanie zadań, które są następnie przydzielane instancjom programu celem ich przetworzenia. Następnie Execution and Synchronization Manager (ESM) sterownika wykonuje kod w czasie rzeczywistym. PLCnext Technology umożliwia nawet łączenie programów z różnych dziedzin w jedno zadanie (rys. 2).
POŁĄCZENIE WSZYSTKICH STEROWNIKÓW PLCNEXT Z PROFICLOUD
Rys. 2. Różne dziedziny programowania są dostępne w jednym sterowniku PLCnext
Global Data Space (GDS) odpowiada za przekazywanie danych między instancjami programu. Komunikacja, która także jest konfigurowana, jest synchroniczna dzięki zastosowaniu inteligentnych mechanizmów buforowych. Oznacza to, że wartość obliczana w ramach szybkiego zadania o wysokim priorytecie, a następnie wykorzystana przez kod wolnego zadania o niskim priorytecie nie zmienia się w ciągu cyklu zadania o niskim priorytecie. Dlatego PLCnext Technology gwarantuje, że zapytanie o wartość na początku cyklu zapewnia taką samą wartość na jego końcu, nawet jeżeli zadanie o wysokim priorytecie obliczy w międzyczasie nową wartość (rys. 3).
PLCnext Technology zawiera także rejestrator danych, za pomocą którego dane mogą być cyklicznie zapisywane. Dane mogą być zapisywane w stałych odstępach czasu lub w sposób zsynchronizowany z określonymi zadaniami PLC. Wartości są przechowywane w sterowniku lub na jego karcie SD, a stamtąd przekazywane do komputera osobistego, np. na potrzeby długoterminowej archiwizacji. Alternatywnie możliwe jest rejestrowanie wartości w buforze pierścieniowym, w którym zapis może zostać zatrzymany za pomocą przerzutnika w celu dokonania oceny postępu danych przed i po punkcie uruchomienia przerzutnika.
Kolejną cechą PLCnext Technology jest zintegrowane połączenia każdego sterownika PLCnext z Proficloud. To rozwiązanie chmurowe opracowane przez Phoenix Contact wspiera przedsiębiorstwa przy przejściu na technologie cyfrowe. Jako otwarta i skalowalna platforma Internetu Rzeczy Proficloud, poza inteligentną komunikacją i sieciową technologią sterowania, wyróżnia się skutecznymi usługami w chmurze i kompleksową analizą danych. Ponadto wysoki poziom bezpieczeństwa danych jest zapewniony przez cały czas. Umożliwia to użytkownikowi pełne korzystanie ze wszystkich zalet i swobody podczas przejścia na erę cyfrową.
DOSTĘP DO STEROWNIKA WYŁĄCZNIE PO ODPOWIEDNIM UWIERZYTELNIENIU
Rys. 3. Platforma technologiczna zawiera Global Data Space (GDS) i Execution and Synchronization Manager (ESM)
W ostatnich kilku latach hakerzy wybierali sobie za cel nie tylko różne komponenty IT, ale i sterowniki stosowane w różnych branżach. Dlatego podczas opracowywania PLCnext Technology Phoenix Contact położyło szczególny nacisk na kwestię bezpieczeństwa. Oznacza to, że nikt nie uzyska dostępu do sterownika bez odpowiedniego uwierzytelnienia.
Zamawiając nowe urządzenie, użytkownik musi najpierw określić za pomocą interfejsu sieciowego, którzy użytkownicy mogą obsługiwać sterownik i ustalić ich uprawnienia. Aby to zrobić, używając niepowtarzalnego hasła nadrukowanego na PLC, użytkownik loguje się, a następnie określa użytkowników zgodnie z procedurą RBAC (kontrolą dostępu opartą na rolach).
W większych systemach, w których instaluje się kilkanaście sterowników lub w których różni użytkownicy pracują na jednym sterowniku, nadanie uprawnień za pomocą indywidualnych interfejsów sieciowych okazuje się niezwykle czasochłonne lub nawet niemożliwe. W takich przypadkach administrator sieci wykorzystuje protokół LDAP, aby z serwera centralnego z użyciem równie bezpiecznego protokołu sieciowego dotarły do rozdysponowanych sterowników dane do logowania do nich.
Cały system zabezpieczenia dostępu opiera się na zintegrowanym układzie TPM (Trusted Platform Module), chipie zintegrowanym ze sterownikiem, który zapewnia urządzeniu dodatkowe podstawowe funkcje bezpieczeństwa. Takiemu "sejfowi" podczas produkcji PLC nadawany jest unikatowy certyfikat.
W ten sposób zapewnia się, że tylko komponenty oprogramowania firmowego oznaczone przez Phoenix Contact i program rozruchowy mogą zostać uruchomione. Mechanizm ten wyklucza manipulacje ze strony osób trzecich, ponieważ nie są one w stanie odpowiednio oznaczyć zmanipulowanych komponentów oprogramowania, co oznacza, że komponenty te nie zostaną uruchomione.
Uwzględnienie opinii podczas procesu opracowywania oprogramowaniaOd targów w Hanowerze w 2017 roku liczne przedsiębiorstwa zajmujące się automatyką korzystają z możliwości zdobycia wstępnego, praktycznego doświadczenia w pracy z nową platformą PLCnext Technology na próbkach programu i wersjach beta. W ramach całej aktywnej wymiany zdań ze społecznością pierwszych użytkowników i obszernego wsparcia środowiska lokalnego Phoenix Contact gromadzi cenne informacje zwrotne i uwzględnia je w procesie tworzenia programu. Ogromne zainteresowanie międzynarodowe i wyrażane opinie potwierdzają fakt, że PLCnext Technology zapewnia rozwiązania dla przyszłych problemów, które sprawiają, że użytkownicy obecnie testują ograniczenia systemów zamkniętych (własnościowych). Specjaliści z praktycznie każdej branży mogą czerpać korzyści z otwartej platformy. Jej często wymieniane zalety obejmują łatwą integrację otwartego oprogramowania oraz połączenie i skalowalność wielu funkcji w jednym urządzeniu poprzez zastosowanie języków wysokiego poziomu lub Matlab Simulink. |
DODAWANIE KOLEJNYCH PROGRAMÓW I MODUŁÓW OPROGRAMOWANIA DO SYSTEMU OPERACYJNEGO
PLCnext Technology wykorzystuje popularny wbudowany system operacyjny Linux, który może pracować w czasie rzeczywistym dzięki sprawdzonej łatce czasu rzeczywistego zapewnionej przez stowarzysznie OSADL (Open Source Automation Development Lab). Z tego powodu Linux może w sposób niezawodny przejąć zadania sterowania. Luki bezpieczeństwa są naprawiane we właściwym czasie przez stale powiększającą się społeczność Linuksa, nawet zanim hakerzy wykorzystają je do potencjalnych ataków.
Dlatego Phoenix Contact w przyszłości będzie udostępniać łatki niemal natychmiast po tym, jak uzyska wiedzę o takich zagrożeniach. Linux umożliwia także dodanie do systemu operacyjnego innych ciekawych i pożytecznych narzędzi stosownie do potrzeb za pomocą narzędzi do zarządzania pakietami. Ponadto moduły oprogramowania i biblioteki utworzone na miejscu mogą zostać udostępnione innym użytkownikom przez Proficloud. Phoenix Contact udostępni również tym kanałem swoje sprawdzone biblioteki bloków funkcyjnych.
Kolejną integralną częścią PLCnext Technology jest serwer OPC UA (OPC Unified Architecture) działający w sterowniku - umożliwia on przykładowo komunikację z systemem wizualizacji. Stąd też wymiana danych może następować pomiędzy różnymi sterownikami lub innymi urządzeniami z OPC UA. Korzystanie z transmisji z wykorzystaniem znormalizowanego protokołu zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa danych, ponieważ tylko uprawnieni użytkownicy mogą uzyskać dostęp do komponentów.
Dzięki opisanemu zakresowi działania PLCnext Technology spełnia różne wymagania programistów i użytkowników. Ponadto dzięki otwartości oraz wsparciu standardów gwarantuje on również możliwość realizacji przyszłych zadań i wyzwań.
Andre Brand i Andreas Weichelt z Phoenix Contact
Electronics GmbH, Bad Pyrmont
Phoenix Contact
www.phoenixcontact.com/plcnext
