V mnohých oblastiach priemyslu naberá na obrátkach štvrtá priemyselná revolúcia, pričom vodárenský priemysel sa už tiež môže vďaka prvým pilotným projektom pochváliť výbornými výsledkami. Ak zoberieme do úvahy niektoré základné koncepcie iniciatívy Priemyslu 4.0, napr. komunikáciu nezávislú od platformy alebo dodávateľa, bezpečnosť údajov, štandardizáciu, decentralizovanú inteligenciu a inžiniering, v technológii OPC UA možno toto všetko nájsť s cieľom spoľahlivého zrealizovania aplikácií spolupráce a komunikácie stroj – stroj (M2M) a internetu vecí (IoT).

OPC UA sa využíva na komunikáciu M2M medzi prevádzkami, aby sa zabezpečilo inteligentné zosieťovanie decentralizovaných, samostatne fungujúcich veľmi malých zabudovaných regulátorov. Vodárenská spoločnosť Joint Water and Wastewater Authority (ZWAV) so sídlom vo Vogtlande prevádzkuje okolo 300 prevádzok na dodávku pitnej vody a 300 čističiek odpadových vôd (prečerpávacích staníc, vodární, nadzemných nádrží apod.) rozložených na ploche viac ako 1 400 km2, ktoré slúžia pre 40 miest s celkom 240 000 obyvateľmi.

Reálne objekty (napr. čerpadlá) sa modelovali v PLC softvéri TwinCAT IEC 61131-3 od Beckhoff Automation ako komplexné objekty s možnosťou prepojenia; vďaka OPC UA serveru integrovanému priamo v regulátore sú tieto objekty priamo dostupné pre vonkajší svet ako komplexné údajové štruktúry na vzájomnú sémantickú prepojiteľnosť. Výsledkom je decentralizovaná inteligencia schopná nezávisle rozhodovať a prenášať údaje na susediace systémy. Navyše si dokáže vyžiadať stav zariadenia a hodnoty pre svoje vlastné potreby, vďaka čomu zabezpečuje bezporuchový prevádzkový cyklus.

Zariadenia iniciujú prostredníctvom štandardizovaných funkčných blokov PLCopen komunikáciu z PLC do iných prevádzkových zariadení, ako sú napr. OPC UA klienti, a zároveň umožňujú reagovať na požiadavky týchto zariadení alebo systémov vyššej úrovne (SCADA, MES, ERP) ako OPC UA servera. Zariadenia sú vzájomne prepojené bezdrôtovými smerovačmi: fyzické prerušenie spojenia nespôsobí stratu informácie, nakoľko informácie sa automaticky na určitý čas zhromažďujú v OPC UA serveri, pričom ich možno vyvolať okamžite po obnovení spojenia. Tieto informácie totiž predstavujú dôležitý majetok, do ktorého sa investovalo nemálo inžinierskeho úsilia. Bezpečnostné mechanizmy autentifikácie, podpisovania a kódovania integrované v OPC UA sa používajú ako doplnok k uzavretej skupine s rádiovým prenosom s cieľom zabezpečiť integritu týchto čiastočne citlivých údajov.

Od dodávateľa nezávislý štandard na vzájomnú prepojiteľnosť OPC UA otvára nové možnosti pre koncových používateľov podriadiť výber cieľovej platformy požadovanej technológii s cieľom predísť používaniu uzatvorených produktov alebo zariadení, ktoré nedokážu splniť nároky takýchto aplikácií.

Vďaka použitiu PLC programovacích jazykov definovaných normou IEC 61131-3 možno dosiahnuť pozoruhodné zvýšenie efektívnosti, zníženie nákladov a vyššiu kvalitu, a to za nasledujúcich predpokladov:

  • objektovo orientovaný prístup,
  • prenos inteligencie do PLC,
  • riadiaci systém alebo lokálna vizualizácia sa spracúva ako „obraz“ na PLC.

Prínosy riešenia

Nevznikajú žiadne požiadavky na správu viacerých konfigurácií alebo škálovania alebo s tým súvisiacich chýb. Podobný vplyv na PLC má aj spolupráca medzi záujmovými združeniami OPC Foundation a PLCopen. Vďaka štrukturalizácii a modularizácii sa štruktúry údajov alebo ich prvky pre funkcie prístupu k údajom, alarmy a stavy alebo prístupu k histórii pripravujú len raz objektovo orientovaným spôsobom v rámci zdrojového programu PLC. To pomáha šetriť používateľom ohromné množstvo času na programovanie.

Náhrada uzavretého riešenia kombinovaným riešením OPC UA klient/server v malých, ale výkonných zabudovaných regulátoroch priniesla ZWAV úspory na nákladoch za licencie viac ako 90 % na jedno zariadenie. Minimalizácia servisných výjazdov do prevádzky priniesla ďalšie významné úspory z hľadiska údržby niekoľko sto vodárenských prevádzok na ploche väčšej ako 1 400 km2.

„Potenciál na optimalizáciu riadenia podniku, ktorý sme s týmto riešením získali, stál za nákup uvedeného riešenia. Navyše sa nám podarili spojiť pôvodné technológie s tými modernými,“ konštatuje Silvio Merz, riaditeľ divízie Electrical/Process Technology v spoločnosti ZWAV.

PLCopen

PLCopen ako organizácia aktívna na poli priemyselného riadenia vytvára pridanú hodnotu v rámci vývoja aplikačného softvéru a nižších nákladov na životný cyklus systémov. Jej aktivity sa okrem iného ťažiskovo sústreďujú na normu IEC 61131-3, jedinú celosvetovo uznávanú normu týkajúcu sa programovania priemyselných riadiacich systémov. Medzi výsledky vzájomnej spolupráce organizácií PLCopen a OPC-Foundation patria:

  • mapovanie IEC61131-3 do názvoslovia OPC UA s cieľom zabezpečiť vzájomnú spoluprácu v oblasti sémantiky názvoslovia
  • klientské funkčné bloky PLCopen OPC UA, ktoré umožňujú regulátorom vytvoriť komunikáciu na báze OPC UA.

OPC Unified Architecture (OPC UA)

OPC UA je norma týkajúca sa vzájomnej spolupráce z hľadiska výmeny údajov, nezávislá od výrobcu a platformy. Komunikácia je navyše bezpečná a spoľahlivá od úrovne malých snímačov až po úroveň podnikových informačných systémov ERP. Táto technológia poskytuje otvorenú pripojiteľnosť naprieč rôznymi produktmi bez ohľadu na hardvérovú platformu alebo softvérový operačný systém. OPC UA, ktorá je definovaná normou IEC 62541, zahŕňa automatické zisťovanie, bezpečnosť zakomponovanú priamo v technológii, šifrovanie údajov a výnimočný výkon pri modelovaní informácií.

Zdroj: Intelligent Water Management with OPC UA Enabled Smart Devices. OPC Foundation. [online]. Prípadová štúdia. Citované 11. 12. 2017. Dostupné na: https://opcfoundation.org/wp-content/uploads/2015/01/OPC-UA-SuccessStory-WaterTreatment-ZWAV-v1.pdf.

-tog-