Návrh překryvné sítě je mnohdy náročnější úkol než vytvoření sítě nové. Tato síť vyžaduje řadič, který přijímá data ze senzorů a dalších zařízení, které komunikují různými komunikačními protokoly. Je nutné tyto data sjednotit do jednotného datového toku a exportovat je do nadřazeného systému nebo cloudu k dalšímu zpracování. Pro překryvnou síť je typické, že obsahuje velké množství převodníků, které jsou potřebné pro připojení nekompatibilních typů zařízení, zejména starší zařízení.

Pro zajištění spolehlivého provozu jsou navíc vyžadovány filtry, které chrání datovou komunikaci před elektrickým šumem a přechodovými jevy. Všechny tyto komponenty by měly splňovat standardy IP65, IP67 a IP68 pro provoz v průmyslovém prostředí a implementace sítě musí být snadná a nákladově efektivní.

Tento článek stručně pojednává o problémech s připojením starších zařízení k moderním průmyslovým systémům. Poté si představíme hardwarové a softwarové nástroje Snap Signal od Banner Engineering.

Připojení staršího zařízení k IIoT

V mnoha továrnách není možné propojit všechna zařízení a stroje do jediné sítě. To má za následek vytvoření tzv. „ostrovů automatizace“. I když zařízení není zcela izolováno na „ostrovu“, může být obtížné připojit starší zařízení, jelikož je použit speciální proprietární komunikační protokol, nestandardní konektor či kabeláž.

Překryvná síť Snap Signal IIoT poskytuje rychlý, flexibilní a nákladově efektivní způsob připojení starších zařízení a ostrovů automatizace. Je vybavena funkcí odchytávání dat, a díky ní dokáže převést různé nekompatibilní datové komunikační protokoly do snadno distribuovatelného standardu a tyto data přenést až do nadřazeného systému k dalšímu zpracování a analýze (obrázek 1).

Obrázek 1: Překryvná síť Snap Signal poskytuje modulární architekturu pro propojení starších zařízení a ostrovů automatizace s edge systémy nebo cloudem. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Existuje několik komponent, které jsou klíčové pro nasazení flexibilní a spolehlivé překryvné sítě:

• Kabelové adaptéry pro připojení senzorů, indikátorů a dalších zařízení do standardního formátu používaného v překryvné síti.
• Datové převodníky pro převod nekompatibilních formátů, jako jsou diskrétní, analogové a různé digitální formáty, které se nacházejí na starších zařízeních nebo automatizačních ostrovech, do standardních protokolů, jako je IO-Link nebo Modbus, aby bylo možné centralizované monitorování.
• Filtry pro ochranu dat před poškozením v elektricky zarušených průmyslových prostředích. Navíc tyto filtry zlepšují integritu a spolehlivost signálu.
• Programovatelný řadič pro sjednocení dat z více zdrojů. V řadiči navíc dochází k částečnému zpracování dat a dále nabízí konektivitu umožňující integraci starších zařízení a ostrovů automatizace do sítě IIoT.
• Kabelové nebo bezdrátové připojení pro distribuci do egde systémů a/nebo cloudu, jako je Banner's Cloud Data Service (CDS), který poskytuje vizualizaci dat a přehled o výkonu stroje, odesílání e-mailových nebo textových upozornění pro podporu provozu stroje, údržbu a opravy v reálném čase (obrázek 2).

Obrázek 2: Sjednocená data lze přenášet pomocí kabelového nebo bezdrátového připojení k Edge systémům nebo do cloudu, jako je Banner's CDS (screenshot výše). (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Řadič pro sjednocení dat

Programovatelný kontrolér a převodníky dat jsou klíčovými prvky při návrhu překryvné sítě. Průmyslový kontrolér DXMR90 od společnosti Banner slouží jako centrální komunikační hub, který sjednocuje signály z více Modbus portů do jednotného datového toku. Tento jednotný tok je pak předáván dále pomocí průmyslového Ethernetu. Například DXMR90-X1 obsahuje čtyři mastery Modbus a podporuje současnou komunikaci až se čtyřmi sériovými sítěmi (obrázek 3).

Obrázek 3: Porty na DXMR90 zahrnují konfigurovatelný Modbus port 0 (na levé straně), Modbus master porty (1 až 4 na spodní straně), konfigurovatelný Modbus port 0/PW pro RS-485 a napájení (vpravo nahoře), a ethernetový port s kódováním D (vpravo dole). (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

DXMR90 je vysoce integrovaný komunikační řadič, který nabízí:

• Schopnost pracovat s řadou Modbus zařízení, převod Modbus RTU na Modbus TCP/IP, Ethernet I/P nebo Profinet.
• Čtyři nezávislé hlavní porty Modbus, které mohou připojit podřízená zařízení bez ručního přidělování adresy zařízením.
• Místní ovládání a konektivita s Modbus/TCP, Modbus RTU, Ethernet/IP a Profinet, automatizační protokoly, Internetovými protokoly včetně RESTful API a MQTT s webovými službami od AWS a další.
• Interní logický kontrolér s předdefinovanými pravidly akcí pomocí MicroPythonu nebo ScriptBasic.
• Krytí IP65, IP67 a IP68 zjednodušuje nasazení v průmyslovém prostředí.
• Rychlá indikace stavu pomocí uživatelsky programovatelných LED.
• Pro připojení k databázím, jako je Banner's CDS, lze použít Ethernetový kabel nebo řadič DXM s mobilním připojením.

Převodníky pro vzájemnou konektivitu

Ke spojení starších zařízení a ostrovů automatizace do překryvné sítě je zapotřebí efektivní konverze dat. K převodu dat z různých formátů na digitální data IO-Link lze použít malé zásuvné in-line převodníky Banner řady S15C (obrázek 4). Například S15C-MGN-KQ je převodník zařízení Modbus master na IO-Link. Tento převodník je uživatelsky konfigurovatelný pro čtení až z 60 registrů a zápis až do 15 registrů, přičemž předdefinované Modbus registry jsou automaticky odesílány přes IO-Link.

Obrázek 4: In-line datové převodníky řady S15C mohou převádět různé typy signálů včetně diskrétních, analogových a dalších na průmyslové protokoly jako Modbus, IO-Link, PWM a PFM. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Převodníky S15C jsou malé (okolo 15 mm), mají krytí IP68, jsou osazeny konektorem M12 a používají stejné napájení jako připojené zařízení. Použití převodníků S15C eliminuje akorát maximální datová komunikace IO-Link 20 metrů. Je nutné jej instalovat na konec spojení Modbus v blízkosti IO-Link masteru.

Řada měničů S15C zahrnuje osm modelů:

• Šest převodníků Modbus na IO-Link pro použití s ​​řadou Modbus senzorů Banner ( ultrazvukové senzory, měřící světelné závory, senzory teploty/vlhkosti, vibrací/teploty a GPS ). Navíc je zde obecný převodník, který lze nakonfigurovat tak, aby umožňoval připojit většinu Modbus zařízení jako zařízení IO-Link.
• Dva modely analogových snímačů, které převádějí signály 0 až 10 V DC nebo 4 až 20 mA na jejich digitální hodnoty a předávají je jako data IO-Link.

Překryvnou síť doplňují kabelové adaptéry a filtry

Kromě řídicí jednotky a převodníků dat je nutné přidat kabelové adaptéry a filtry šumu. In-line kabelové adaptéry, jako jsou S15A-F14325-M14325-Q, se připojují přímo k senzoru nebo jinému zařízení, aby kabeláž odpovídala potřebám konkrétní aplikace (obrázek 5). Tyto kabelové adaptéry jsou k dispozici ve standardní a zákaznické konfiguraci.

Obrázek 5: Adaptéry S15A, jako je S15A-F14325-M14325-Q, se připojují přes konektor M12 pro snadnou instalaci a mohou podle potřeby přizpůsobit kabely tak, aby odpovídaly specifickým požadavkům dané aplikace. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

In-line filtry řady S15F jako je S15F-L-4000-Q jsou důležitými prvky v překryvné síti (obrázek 6). Snadno vyřeší problémy s elektrickým šumem a přechodným napětím, které mohou negativně ovlivnit výkon celé sítě. Stejně jako adaptéry S15A a převodníky S15C mají tyto filtry konektor M12 a splňují standardy IP65, IP67 a IP68.

Obrázek 6: In-line filtry S15F, jako je S15F-L-4000-Q, lze snadno použít k ochraně zařízení před elektrickým šumem a přechodovými jevy a jejich připojení pomocí konektoru M12 umožňuje snadnou instalaci, kdekoli je v síti potřeba. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Návrh a nasazení překryvné sítě Snap Signal

Návrh a nasazení překryvné sítě Snap Signal začíná identifikací zdrojů dat, které mají být monitorovány. Poté je nutné určit, zda by měly být přidány nějaké nové senzory nebo indikátory jako doplnění pro monitorování stávajících zařízení. Jednotlivé kroky v návrhu sítě Snap Signal zahrnují:

• Identifikaci a výběr komponent Snap Signal potřebných pro konkrétní instalaci pomocí systémového diagramu společnosti Banner.
• Naplánování optimální cesty zapojení, včetně umístění T-konektorů a filtrů mezi zařízeními, která mají být monitorována.
• Zjistěte, zda instalace bude vyžadovat použití kabelového ethernetového připojení nebo je nutné využít bezdrátového připojení ke cloudové platformě.

Snap Signal je skutečná překryvná síť nevyžaduje výměnu žádného stávajícího hardware. Modulární architektura plug-and-play Snap Signal usnadňuje instalaci.

• Je nutné přidat rozbočovací kabely ke každému zařízení, které je určeno pro monitoring. Díky tomu se zachová stávající spojení s ovládacími prvky stroje.
• Přidat příslušné in-line převodníky signálu.
• Přidat T-konektory, filtry a další síťové kabely podle potřeby pro dokončení sítě a připojení k ovladači DXMR90.
• Naprogramovat DXMR90 tak, aby vytvářel vlastní sekvence snímání a ovládání pomocí programování ScriptBasic nebo MicroPython.
• Připojit DXMR90 ke zdrojům edge computingu pomocí ethernetového připojení nebo pro cloudová připojení pomocí řadiče DXM s mobilními daty.

Závěr

Překryvná síť musí být schopna připojit stávající zařízení, která mají nekompatibilní konektory a používají proprietární protokoly, do jednoho systému. Návrh a implementace takové překryvné sítě je složitá záležitost, ale lze ji výrazně zjednodušit pomocí topologie Banner Engineering a sítě Snap Signal. Překryvná síť zahrnuje průmyslový kontrolér DXMR90, datové převodníky, kabelové adaptéry, filtry a další prvky, které pomáhají s distribuci dat do edge computing systémů nebo přímo do cloudu. Programovatelný, modulární a flexibilní architektura sítě Snap Signal umožňuje přidávání nových zařízení a zachovává komunikaci starých strojů s řízením.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com, autorem je Jeff Shepard.