Jak maszyny komunikują się ze sobą? Jak przekazują sobie pakiety informacji, niezbędne do wykonania każdej, nawet najmniejszej czynności? Te pytania zakrawają o klimat prosto z filmów o Terminatorze, jednak w produkcji mają rację bytu. W zależności od rodzaju i przeznaczenia komunikatu, w przemyśle występują różne sieci, za pomocą których porozumiewają się urządzenia. Nie ma tutaj mowy o niezaplanowanych działaniach czy sygnałach pozostawionych bez odpowiedzi. Zintegrowany układ maszyn jest niczym szwajcarski zegarek, w którym każdy element ma swoje konkretne przeznaczenie i pracuje zgodnie ze z góry zaplanowanym trybem. A wszystko to dzięki sprawnej wymianie sygnałów w sieci.

Szkolenia z tego zakresu mogą tak naprawdę dotyczyć bardzo wielu różnych zagadnień. Po pierwsze dlatego, że samych protokołów komunikacji maszyn jest wiele, co stanowi swoistą specyfikę przemysłu [1, 2], po drugie zaś dlatego, że szkolenia organizują zarówno suwerenne centra szkoleniowe jak i producenci komponentów sieci, a także firmy zajmujące się choćby diagnostyką i naprawą komunikacji maszyn w zakładach produkcyjnych.

Do popularnych szkoleń należą np. kursy z obsługi sieci Profibus. Sieci Profibus DP w produkcji można spotkać już od 17 lat. Profibus obsługuje kompleksowe zadania komunikacyjne i jest jednym z najlepiej znanych rozwiązań mających na celu zdecentralizowanie sterowania maszynami. W niektórych zakładach Profibus DP (ang. Decentralized Periphery) stanowi dominującą technologię komunikacji, dzięki prostym rozwiązaniom i relatywnie dużej szybkości przekazywania informacji. Dzięki dużej liczbie użytkowników Profibus DP jest ciągle rozwijana, a liczba popleczników tego protokołu rośnie. Sukces Profibusa można złożyć na karb uniwersalności sieci zarówno dla użytkowników jak i producentów. Profibus umożliwia integrację różnych systemów automatyki przez co jest powszechnie stosowanym rozwiązaniem. W przypadku tej sieci  można także mówić o redukcji kosztów związanych z okablowaniem instalacji rozproszonych. Oczywiście, jak w przypadku większości technologii, ta również ma swoje wady. Można tutaj wymienić powtarzalne błędy montażowe i w wykonaniu instalacji – np. ułożenie kabli niezgodne z instrukcją, niewłaściwe podłączenie konektorów, przerwane lub nieprawidłowe podłączenie ekranu kabla, użycie komponentów niezgodnych ze specyfikacją. Warto także wspomnieć o podłączeniu zbyt dużej liczby urządzeń w jednym segmencie, co również utrudnia i zaburza pracę sieci. Często powtarzalnym błędem jest także przekroczenie dopuszczalnej długości kabla w segmencie przy chęci zachowania odpowiedniej prędkości pracy [1, 5].

Profibus to sieć typu Fieldbus, czyli cyfrowa sieć połączona okablowaniem, działająca podobnie co ethernetowa sieć komputerowa. Występuje tutaj komunikacja dwustronna. Sieci typu Fieldbus wytwarzają między innymi takie firmy jak: ABB, AUMA, Emerson, Endress+Hauser, Honeywell, Pepperl+Fuchs, Siemens czy Yokogawa [9, 10]. Według firmy Siemens następcą magistrali Profibus będzie od kilku już lat promowany i rozwijany system Profinet. Rozwój przez Siemensa sieci Profinet (Industrial Ethernet) bazuje na doświadczeniach zdobytych podczas wdrażania Profibusa. To rozwój sieci Ethernet skłonił Siemensa do prac nad Profinetem. Użycie sieci Ethernetowej w konstrukcji Profinetu pozwoliło na zwiększenie prędkości transmisji do 100Mb/s, zwiększyło wybór topologii sieci oraz dało większe możliwości łączenia ze sobą poszczególnych stacji. Dodatkowo, magistrala ta wspiera standard Profisafe, tzw. bezpieczny. Transmisja w systemach bezpieczeństwa wykorzystywana jest w tzw. bezpiecznych strefach produkcji, gdzie aspekty związane z BHP są niezwykle istotne [7, 8].

Czego jeszcze można poszukiwać podczas szkoleń z sieci przemysłowych? Choć w przemyśle wciąż często spotykane są grube, powolne i kosztowne magistrale takie jak np. GPIB lub CAN, to z poza produkcyjnego świata napływają coraz szybciej otwarte systemy takie jak np. Ethernet czy Fast Ethernet. Oczywiście Ethernet nie zawsze dla wszystkich oznacza to samo. Klasyczne protokoły komunikacyjne Ethernetu są za słabe by sprostać wysokim wymaganiom warunków przemysłowych. Przemysł jest bowiem obwarowany o wiele większą liczbą punktów warunkujących powodzenie komunikacji produkcyjnej. Przesył dużych ilości informacji przez wiele niezależnych urządzeń jednocześnie to pierwsze wyzwanie. Kolejnym jest zapewnienie niezawodności wymiany danych i dostępu do sieci. Warto także wspomnieć o jak najkrótszym czasie dostępu do danej informacji oraz niezawodności zapamiętania pakietu danych. Im więcej switchy, routerów, bramek i końcówek sieciowych – tym więcej strat szybkości przesyłu danych oraz możliwości uszkodzenia sieci. Klasyczny Ethernet umożliwia szybki przesył danych w dużej ilości, jednak często nie spełnia pozostałych rygorów przemysłowego świata – np. postulatu pracy w czasie rzeczywistym (przesyłanie krótkich pakietów danych w krótkich odstępach czasu). Stąd przemysłowy Ethernet często jest modyfikowany. Stąd powstające wciąż takie standardy jak Modbus TCP, Profinet, EtherCAT, Przemysłowy Ethernet/IP czy Powerlink [3, 4].

W przemyśle stosuje się jednak także sieci bezprzewodowe, pozbawione okablowania. Są one wykorzystywane zazwyczaj wtedy, kiedy koszt położenia okablowania jest szczególnie wysoki i

nieopłacalny. Transmisja bezprzewodowa jest zawodna, narażona na opóźnienia i przerwania połączenia sieci dużo bardziej niż magistrale kablowe. Nie jest ona w związku z tym chętnie stosowana, choć wiele firm nie ma innego wyjścia [3, 4, 6].

Popularnym standardem sieci przemysłowych stosowanych w automatyce jest AS-Interface – ang. Actuator Sensor Interface. Jest to system otwarty zaprojektowany do częstego pobierania danych z wielu binarnych czujników, a także sterowania wieloma binarnymi urządzeniami wykonawczymi na raz. Szkolenia z AS-Interface opierają się o zdobywanie praktycznych umiejętności projektowania oraz uruchamianie układów sterowania maszyn pracujących w oparciu o standard AS-i, zapoznawanie się z problemami komunikacyjnymi występującymi podczas pracy z sieciami bazującymi na urządzeniach różnych producentów, a także uzyskiwaniu informacji o diagnozowaniu sieci AS-i. Poziom zaawansowania kursu zależy od doświadczenia wykładowcy, przygotowanych zadań i materiałów oraz firmy przygotowującej szkolenie i jej dostępu do sprzętu. Warto więc zadbać o dobór szkolenia organizowanego przez doświadczonego dostawcę. Przykład programu kursu z AS-Interface [9]:

1. Wprowadzenie do warstwy fizycznej sieci przemysłowej AS-interface: projektowanie, aspekty instalacyjne, diagnostyka sieci
2. Współpraca urządzeń łączonych w ramach sieci AS-interface(inicjalizacja systemu, komunikacja Master-Slave)
3. Konfiguracja i uruchomienie sieci AS-interface
4. Tworzenie oprogramowania, adresowanie zmiennych cyfrowych i analogowych
5. Analizowanie błędów warstwy fizycznej i warstwy logicznej
6. Przykład tworzenia wizualizacji w programie CodeSys
7. Utrzymanie ruchu – wymienianie urządzeń w ramach posiadanego przez Państwa systemu.
8. Utrzymanie ruchu – diagnostyka urządzeń pracujących w sieci AS-i (diagnostyka modułów, d
   iagnostyka transmisji, wyznaczanie czasu reakcji)
9. Utrzymanie ruchu – sposoby optymalizowania transmisji w magistrali sieciowej AS-i, sposoby na polepszenie działania całej sieci

Podsumowując, szkolenia z sieci przemysłowych to rozbudowany i trudny temat. Aby wybrać dobrze, należy dokładnie wiedzieć jakie magistrale czy sieci bezprzewodowe wykorzystywane są w zakładzie, w którym pracujemy bądź zamierzamy pracować. Wybierając centrum szkoleniowe warto wybrać takie, które organizuje dużo kursów z danego zagadnienia, ponieważ wówczas możemy liczyć na to, że robi to kompetentnie, wykorzystując najnowsze informacje z rynku. Warto także zwrócić uwagę na kompetencje trenera oraz program i czas trwania kursu. Im więcej zadań praktycznych, tym większe szanse na pełne przyswojenie poruszanych podczas szkolenia zagadnień.

Autor: mgr inż. Agnieszka Hyla, konsultantka ds. optymalizacji produkcji w Centrum Szkoleń Inżynierskich EMT-Systems sp. z o. o., doktorantka Wydziału Inżynierii Biomedycznej Politechniki Śląskiej

Źródła:

[1] Jak maszyny komunikują się ze sobą? Przemysłowe sieci komunikacyjne, Automatykab2b.pl, http://automatykab2b.pl/raporty/5669-jak-maszyny-komunikuja-sie-ze-soba-przemyslowe-sieci-komunikacyjne, dostęp z dnia 20.08.2017
[2] Piotrowski A.: Sieci przemysłowe w sterowaniu maszyn, Wykład, Politechnika Częstochowska, http://www.plan-rozwoju.pcz.pl/wyklady/mechatronika/Sieci_przemyslowe_w.pdf, dostęp z dnia 20.08.2017
[3] Karbowniczek M.: Sieci w przemyśle, Elektronika praktyczna 11/2013, http://ep.com.pl/files/10448.pdf, dostęp z dnia 20.08.2017
[4] Tarnawski J.: Przemysłowe sieci informatyczne. Charakterystyka sieci przemysłowych, https://eia.pg.edu.pl/documents/1113028/0/PSI2016%20-%20Charakterystyka%20sieci%20przemys%C5%82owych.pdf, dostęp z dnia 20.08.2017
[5] Sieć Profibus DP – szybka i skuteczna diagnostyka, Automatykab2b.pl, http://automatykab2b.pl/prezentacja-artykul/3212-sie-profibus-dp-szybka-i-skuteczna-diagnostyka, dostęp z dnia 20.08.2017
[6] Mystkowski A.: Sieci przemysłowe PROFIBUS DP i PROFINET IO, http://pbc.biaman.pl/Content/43100/Sieci%20przemys%C5%82owe_podr%C4%99cznik_Mystkowski.pdf, dostęp z dnia 20.08.2017
[7]  Sieci Przemysłowe, https://sieciprzemyslowe.wordpress.com/, dostęp z dnia 20.08.2017
[8] Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet, Materiały udostępnione przez PNO Polska, http://we.pb.edu.pl/~kaie/kaie-md/Sterowniki/SiRw7AE.pdf, dostęp z dnia 20.08.2017
[9] Sieci przemysłowe – szkolenia, www.emt-systems.pl, http://emt-systems.pl/sieci_przemyslowe.html, dostęp z dnia 20.08.2017
[10] Foundation Fieldbus, https://pl.wikipedia.org/wiki/Foundation_Fieldbus, dostęp z dnia 04.09.2017

Źródło zdjęć w artykule: EMT SYSTEMS Sp. z o.o.