Moderní průmysl se nese ve znamení stále více propracované možnosti neustálého monitorování stavů funkce jednotlivých strojů. I když se to na první pohled pro laika může zdát jako divné, proč s rostoucí automatizací roste i požadavek na vzdálený dohled, při zkušenostech z praxe to již tak neobvyklé není. S rostoucím stupněm automatizace výrobní linky a s tím zákonitě spojeného poklesu počtu trvalé lidské obsluhy přítomné u strojů, roste potřeba mít trvalý přehled o funkci linky či mít možnost automaty kdykoliv kontrolovat, jak pracují, zda pracují, či být okamžitě informován o chybových stavech, které mohou způsobit zastavení celé linky. Navíc některé úkony ani velmi moderní stroje zatím samy neumí uskutečnit, jako například výměnu či doplnění svých provozních náplní, balících materiálů, etiket apod. Vzhledem k tomu, že tyto úkony obvykle stačí provést jednou za několik hodin, nemusí být pro tyto úkony vyškolená obsluha trvale na místě, ale může být včas přivolávána samotným strojem při detekci jejich nedostatku nebo jejich nevhodné kvality. Takováto vzdálená komunikace stroj <-> člověk se dnes nejsnadněji realizuje prostřednictvím bezdrátové komunikace a nejlépe za pomocí všeobecně zaběhnutých a běžně využívaných technologií, které tak ve výsledku představují nejnižší pořizovací náklady a již všeobecnou znalost používání i méně odbornou obsluhou.
Zvláště v případě prostředí menších firem, v menších výrobních linkách nebo při méně náročném dohledu je velmi vhodné využít bezdrátové "komunikace se strojem" prostřednictvím technologie WiFi (WLAN) nebo GSM/GPRS. Zatímco výhodou prvně jmenované technologie je vyšší přenosová rychlost a také levnější provoz a je tedy vhodnější pro trvalé on-line řízení nebo datově náročnou komunikaci se strojem, GSM/GPRS umožňuje v případě malých objemů dat či jen méně častých hlášení velmi snadno realizovat komunikaci se strojem při velmi malých vynaložených prvotních nákladech na hardware a software při současném zajištění prakticky skoro "nekonečného" dosahu. GSM/GPRS komunikačních síť je již dostupná na většině celého území EU. Stroj si pomocí ní nejen může v nějakém havarijním či kritickém stavu "zavolat" lidskou pomoc vysláním krátké SMS zprávy s popisem požadavku či prozvoněním konkrétních mobilních telefonů, ale dnes i pravidelně vysílat naměřená data, provozní stavy a parametry do libovolně vzdáleného počítače, který je bude ukládat na svůj harddisk pro pozdější analýzu či archivaci. V mnoha případech je toto daleko efektivnější a i jednodušší řešení, než lokálně ukládat informace do vnitřní paměti či na disk stroje a pak následně složitě řešit jejich přenos do počítače uživatele. I v případě, že přímo samotný stroj dodávaný jeho výrobcem tuto možnost nepodporuje, je dnes možné velmi snadno jej dovybavit napojením jeho ovládacích vstupů a výstupů na k tomu speciálně určené moduly a jednotky. Ty jsou na výběr již u mnoha různých výrobců automatizačních komponent, snímačů a řídících jednotek.
Pomocí různých softwarů, které výrobci komunikačních jednotek a modulů dodávají součástí nebo jako doplněk je možné provádět automatický záznam dat i následné zobrazení a vyhodnocení.
Možnosti použití GSM/GPRS jednotek v průmyslu
Jak jsem již uvedl výše, nasazení GSM/GPRS jednotek je nejvíce užitečné v malých provozech a výrobnách, kde požadujeme jen jednoduše realizovanou kontrolu a indikaci běhu a závad jen s minimálními prvotními náklady na nákup a zprovoznění. U velkých automatizovaných linek nadnárodních podniků je již signalizace, přenos dat i řízení obvykle realizováno na vyšší úrovni, obvykle pomocí průmyslových sběrnic typu MODBUS-TCP, Profibus-DP či ProfiNET přes vizualizaci, správu dat a dálkový přístup pomocí SCADA systému. To však již znamená investovat velké prvotní náklady na realizaci a pro malé aplikace může být toto řešení zbytečně sofistikované.
Například můžeme mít takovou typickou malou plnící a balící linku pro potravinářské produkty (například kečup, majonézu či hořčici) tvořenou plnícím automatem, který naplní lahvičku produktem, za ním následuje zavírací stroj, který lahve přicházející po dopravníku zavře, následovat může detektor kovů a kontrolní váha, které zkontrolují a případně vyřadí produkty s nežádoucí přítomností kovu či s nesprávnou hmotností, a nakonec etiketovací stroj nalepí na láhev etikety. Případně může následovat ještě automatický stroj na balení do kartonů či pro vytvoření společného balení zataveného do folie, jak to dnes bývá běžné. Každý uvedený stroj má obvykle signalizační výstup či výstupy, které indikují stav stroje či případně jeho aktuální požadavky na obsluhu. Mimo indikaci funkční chyby stroje, tedy že něco se strojem není v pořádku ("zařízení není ready"), existují i běžnější provozní hlášení, kterými stroje říkají, že je nutné je obsloužit z pohledu doplnění materiálu, či v případě diagnostických zařízení, že byly detekovány v produktu nežádoucí odchylky. V našem případě například plnička může signalizovat, že jí dochází plněný produkt, zavíračka chybějící víčka, etiketovačka docházející etikety, detektor kovů upozorňuje na nalezení kovu v produktu či automatická kontrolní váha indikuje vyřazení produktů se špatnou hmotností. Takováto hlášení mohou být snadno a spolehlivě bezdrátově přenášena do řídícího systému či přímo do mobilů obsluhy pohybující se po firmě a zavčasu varovat, že je nutná přítomnost personálu, pokud se výrobní linka nemá zastavit.
Další příklad šitý na míru pro GSM/GPRS komunikaci v průmyslu jsou rozsáhlé a špatně přístupné výrobní areály například na povrchových dolech, kamenolomech, pískovnách, uhelných elektrárnách apod., kde je automatizovaná technologie rozprostřená na velké ploše i několik stovek metrů čtverečních a materiál je samostatně po přepravnících dopravován i na vzdálenosti nejen stovek metrů, ale někdy i mnoha kilometrů. Na tyto vzdálenosti je pro indikaci a komunikaci zařízení nutné buď položit kilometry kabelů, či radiovou komunikaci s opakovači nebo dnes je možné využít i zmíněnou technologie GSM/GPRS. Navíc často jde jen o signalizaci obsluze o funkčnosti zařízení na trase, např. že dopravníky běží, pásová váha váží, osvětlení svítí apod. nebo o jednoduchou komunikaci a přenos informace, např. že detektor kovů nalezl v produktu kovové předměty, kolik přešlo přes pásovou váhou materiálu za poslední hodinu, že se někdo pohybuje té či oné oblasti apod. Pro tyto účely může být například vysílání SMS zpráv obsluze zcela dostačující. Na druhou stranu přenosem dat přes GPRS lze realizovat i složitější řízení a přenos dat, jako například pravidelný přenos naváženého množství materiálu do databázového systému někde daleko v kanceláři či vzdáleně měnit nastavení např. nakládacího zařízení apod.
Rozdíly mezi prodávanými GSM/GPRS jednotkami
I když na první pohled vypadají všechny GSM/GPRS komunikační moduly a jednotky relativně stejné, při bližším pohledu lze mezi nimi nalézt i dost zásadní funkční rozdíly. Prvním může být fakt, zda je jednotka určena pro vestavbu na DIN lištu do rozvaděče nebo je v provedení i pro externí použití / montáž (například v podobě krabičky s možností připevnění na stěnu či na vnější pouzdro stroje). Pokud totiž GSM/GPRS komunikační modul zavřete do kovového rozvaděče, budete pravděpodobně potřebovat vyvést mimo skříň komunikační anténu. Navíc v mnoha případech, kdy výrobní provoz není zatížen vysokým stupněm znečištění nebo není pravidelně umýván chemickými přípravky či tlakovou vodou, je často zcela zbytečné jen pro samotnou komunikační jednotku složitě vytvářet krycí skříň. Na druhou stranu při venkovním nasazení či použití v tzv. čistých výrobních provozech (např. potravinářství) je i z pohledu samotné ochrany zařízení nutno realizovat co nejvyšší stupeň kryti (např. IP65) jeho zavřením do kvalitní skříně. Záleží tedy na okolním prostředí.
Typické příklady provedení komunikačních / ovládacích GSM/GPRS jednotek v provedení na DIN lištu (vlevo zařízení TELTONIKA TWCT22) a pro přišroubování na skříň, zeď či nosnou konstrukci stroje (vpravo zařízení HWg-ARES12).
Druhým významným rozdílem je funkce vestavěné podpory zasílání informací a dat přes e-mail či ve formě XML souborů či možnost vzdáleného přístupu přes internet, tedy možnost využívání datové služby GPRS. Základní levné a jednoduché GSM jednotky často umí jen ovládání či informování přes SMS, což sice může postačovat pro základní monitorování funkce stroje typu běží/neběží, získávání chybových zpráv či případně méně časté zasílání naměřených hodnot, ale již zde není možnost využití pravidelného přenosu hodnot do PC či složitějších a obsáhlejších informací. Zvláště, když výrobce dává k dispozici i PC software sběr, vyhodnocení a ukládání dat zasílaných ze zařízení, může využití GPRS v některých případech zajišťovat i služby normálně využívané spíše u WiFi komunikace.
Příklad příjmu dat z GSM/GRPS jednotky ARES12 prostřednictvím přenosu v e-mailu.
Třetím významným rozdílem, který často bývá spojený s využitím či nevyužitím GPRS technologie, je způsob nastavení vlastností komunikační jednotky (např. kontaktní telefonní čísla, e-mailové adresy, četnost a stavy hlášení apod.). Buď se to provádí prostřednictvím speciálního výrobcem dodávaného softwaru pro PC, kterým se po připojení modulu k počítači nastavení provede či modul/jednotka obsahuje vlastní jednoduchý "web-server" a její nastavení a i diagnostika či případně i odečet hodnot se provádí vzdáleným připojením přes LAN či internet za pomocí obyčejného internetového prohlížeče typu Explorer či Firefox. To je výrazně pohodlnější, protože nastavení můžete provádět z jakéhokoliv počítače, který je zrovna k dispozici.
Pomocí technologie GPRS lze přenášet data mezi strojem a řídícím systémem i databázovým serverem.
A nakonec čtvrtým rozdílem jsou možnosti napojení / propojení monitorovaných zařízení, tedy zda GSM/GPRS jednotka má dvoustavové vstupy či ovládané spínané výstupy, analogové vstupy či výstupy nebo i možnost přímého napojení snímačů či zařízení přes nějaké sériové komunikační rozhraní pro snadný přenos naměřených hodnot. Některé jednotky mají například mimo GSM/GPRS i ethernetové drátové či spíše výjimečně i bezdrátové rozhraní pro přímé napojení na LAN bez využití placené GPRS služby.
Závěr
V budoucnu s postupným větším rozšířením technologií rychlejších sítí typu 3G nebo 4G se budou zvyšovat i možnosti množství přenosu dat i možnost realizace náročnějšího dálkového řízení, například ze softwarové aplikace z chytrého mobilu. Samozřejmě, že na kratší vzdálenosti vždy bude výhodnější drátová či bezdrátová LAN komunikace či ještě spolehlivěji prostřednictvím k tomu určených průmyslových sběrnic, ale někdy může být využití telekomunikačních sítí velmi vhodné.
