Spoločnosť Mondi SCP so sídlom v Ružomberku je súčasťou Mondi, globálneho lídra v oblasti výroby obalov a papiera, ktorá zamestnáva približne 26 000 pracovníkov vo viac ako 30 krajinách. Je to najväčší integrovaný závod na výrobu celulózy a papiera v Slovenskej republike s výrobnou kapacitou 560 000 ton nenatieraného papiera, 66 000 ton obalového papiera a okolo 100 000 ton vysušenej buničiny určenej na predaj. Najnovšia investícia do nového papierenského stroja na výrobu kartónu s výrobnou kapacitou 300 000 ton ročne výrazne zvyšuje ponuku produktov pre udržateľné obalové riešenia používané v aplikáciách obalov z vlnitej lepenky popri už existujúcej silnej základni produktov z nenatieraného bezdrevného papiera.

Frustrujúce výpadky

Priemysel je dnes do značnej miery automatizovaný a inak to nie je ani v prípade Mondi SCP. Finálne zabalené palety prepravuje z výrobnej haly do automatického regálového skladu v podniku v súčasnosti dvanásť autonómnych koľajových vozíkov, ktoré riadi centrálny softvérový systém. Samotné vozíky sú osadené viacerými snímačmi, ktoré kontrolujú prítomnosť balíkov a tiež snímajú polohu vozíka v reálnom čase. Vozíky s centrálou po mnoho rokov komunikovali cez priemyselnú zbernicu PROFIBUS, pričom údaje sa prenášali cez kontaktnú komunikačnú zbernicu Wampfler. Takýto systém je už však do veľkej miery zastaraný a vyžaduje pomerne komplikovanú údržbu. Navyše ak sa zastaví jeden vozík, zostanú stáť aj všetky ostatné, pričom nájsť skutočnú príčinu výpadku býva zložité. Vzhľadom na nepretržitú výrobu sa nová zabalená produkcia začne hromadiť v baliacom priestore.

Manažment podniku sa preto rozhodol zastaraný komunikačný systém s problémovou údržbou nahradiť novým moderným stabilným riešením, ktoré spĺňa najvyššie kvalitatívne i bezpečnostné kritériá. Dôveru vložil do spoločnosti Soitron, ktorá má bohaté skúsenosti s navrhovaním bezdrôtových sietí v priemyselnom aj v kancelárskom prostredí.

Spoľahlivo v reálnom čase

Soitron v rámci tohto projektu predstavil v ružomberských papierňach inovatívne riešenie na bezdrôtovú WiFi komunikáciu autonómnych koľajových vozíkov, postavené na komunikačnej zbernici PROFINET. Tá sa v porovnaní s predošlou platformou PROFIBUS vyznačuje napríklad päťnásobne rýchlejšou reakciou na úrovni pod 100 milisekúnd, čo zaručuje komunikáciu medzi vozíkmi a centrálnym riadiacim systémom v reál­nom čase.

Prenos dát cez sieť je šifrovaný, čiže dobre zabezpečený. Z pohľadu spoľahlivosti prevádzky a zabezpečenia kontinuity procesov je však dôležitejšie, že systém je navrhnutý redundantne. „Znamená to, že pri výpadku jedného prístupového bodu dokážu jeho úlohy prevziať okolité prístupové zariadenia. Podnik má aj redundantné prepínače, takže prípadná porucha jedného sieťového prvku nespôsobí nefunkčnosť siete,“ vysvetľuje Roland Rais, špecialista na siete v spoločnosti Soitron.

Spoľahlivosť komunikácie zaručujú aj prístupové body a sieťové komponenty od spoločnosti Cisco, určené do priemyselného prostredia, ktoré odolávajú vode, prachu a nečistotám a dokážu fungovať aj pri extrémne nízkej či vysokej teplote. Pridaním priemyselného komunikačného prístupového bodu Cisco na samotný vozík bolo potrebné osadiť ho výkonnejším, 24 V DC napájacím zdrojom. Komunikácia pritom prebieha na dvoch frekvenciách – 2,4 a 5 GHz.

Komunikácia pod dohľadom

Svoj podiel na riešení tohto projektu mala aj spoločnosť ControlSystem, s. r. o., ktorá sa zamerala práve na komunikačný systém na úrovni priemyselných zberníc PROFINET a PROFIBUS. „Pri návrhu riešenia sme vychádzali z požiadaviek zákazníka, ktorými boli možnosť postupnej implementácie nového systému počas prevádzky a dosiahnutie minimálne takej rýchlosti výmeny údajov na zbernici, ako mal pôvodný systém,“ konštatuje Ján Snopko, konateľ ControlSystem, s. r. o.

Z tohto dôvodu sa rozhodli ponechať pôvodné decentralizované systémy umiestnené vo vozíkoch postavené na CPU a V/V moduloch Wago. Tie boli doplnené o prevodník protokolov Proxy PN/DP, čo umožňuje postupné pripájanie vozíkov do novej siete, ako aj prípadný núdzový návrat do pôvodného riešenia. Z rovnakého dôvodu bol upravený aj HW a SW riadiaceho systému Simatic S7-400 tak, aby okrem nového CPU s rozhraním PROFINET zostala možnosť prevádzkovať aj pôvodnú komunikáciu PROFIBUS.

Vzhľadom na dôležitosť dopravy produktov pre plynulosť výroby je komunikácia v sieti PROFINET trvale monitorovaná analyzátorom PROFINET-Inspektor. „Namerané parametre komunikácie sú dôležité pre skrátenie času odstránenia poruchy, ako aj pre skoré rozpoznanie komunikačných problémov ešte pred výpadkom niektorej z pripojených staníc,“ konštatuje J. Snopko.

Tandem so spoločnosťou Cisco

Koncept bezdrôtovej komunikačnej siete v priemyselnom prostredí cez zbernicu PROFINET, v ktorej musia pohyblivé objekty v reálnom čase komunikovať a prechádzať medzi viacerými prístupovými bodmi, je jedinečná novinka v celosvetovom meradle. Samotná spoločnosť Cisco po ukončení projektu v Mondi SCP pripravila takzvaný Cisco Validated Design, čiže akési usmernenia (guidelines) na návrh tohto typu riešení. „Informácie získané pri našom testovaní a finalizácii riešenia smerovali do laboratórií Cisco a pomáhali firme pri tvorbe validovaného dizajnu,“ dodáva R. Rais.

Prirodzene neznamená to, že so základnými pravidlami na návrh komunikácie pohyblivých objektov sú návrh a realizácia obdobných riešení triviálne. Nestačí nakúpiť špičkový hardvér. Treba mať aj pokročilé znalosti sieťovej problematiky – od najvhodnejšieho umiestnenia zariadení cez voľbu typu kabeláže až po konfiguráciu a odladenie komunikačných tokov, prípadne integráciu do existujúcej podnikovej siete. „Návrh komunikačného riešenia nikdy nebude rovnaký, aj keby sme použili rovnaké hardvérové komponenty,“ objas­ňuje R. Rais.

Aj voľba hardvéru však býva u každého zákazníka iná. Napríklad v Mondi SCP využil Soitron protokol Cisco PRP (Parallel Redundancy Protocol) implementovaný v bezdrôtovom prostredí a jeho nasadenie odladil tak, aby spĺňal požiadavky systému, ktorý zákazník používal.

Protokol paralelnej redundancie (PRP) cez bezdrôtové pripojenie umožňuje rozdelenie prevádzky na dve paralelné bezdrôtové pripojenia, aby sa dosiahla najvyššia úroveň odolnosti pri rôznych priemyselných IoT implementáciách. Tým sa zabezpečuje nepretržitá konektivita a minimalizácia výpadkov v priemyselnom prostredí. Riešenie je založené na štandarde 802.11, ktorý otvára možnosti spolupráce s inými systémami.
   
Linyu Lu, Cisco, Technical Marketing Engineer – IoT Wireless

Bez narušenia výroby

Po preukázaní životaschopnosti a spoľahlivosti v rámci pilotného konceptu nasadilo Mondi SCP nový bezdrôtový komunikačný systém na riadenie autonómnych vozíkov do ostrej prevádzky. Podľa R. Raisa sa dá obdobné riešenie implementovať aj bez celkovej odstáv­ky vozíkov: „Keďže riadiaci systém zostáva ten istý a údaje do neho môžu plynúť cez obidva protokoly, môžeme vozíky vybavovať potrebnými zariadeniami postupne, jeden po druhom.“

Uvedené riešenie možno podľa R. Raisa nasadiť nielen na autonómne vozíky, ale teoreticky aj na iné technológie, ako napr. portálové žeriavy, ktorých pohyb a polohu treba monitorovať v reálnom čase. A pritom nemusí ísť len o riešenie postavené na zberniciach PROFINET a PROFIBUS, pretože protokol Cisco PRP implementovaný v bezdrôtovom prostredí možno prepojiť aj s inými sieťami a protokolmi.

Spoľahlivý a bezpečný komunikačný systém je základným prvkom pri maximálnom využití dostupných výrobných kapacít a uspokojení potrieb našich zákazníkov zabezpečením stabilnej internej logistiky. Nasadená technológia jednoznačne prispela k zlepšeniu prevádzkových procesov.
   
Jaroslav Jaroš, Mondi SCP, IT Manager

Priemyselné podniky dnes majú vďaka novým technológiám možnosť vniesť do mnohých prvkov výroby vrátane logistických vozíkov na prepravu tovaru skutočnú inteligenciu. Zariadenia nemusia plniť len základné úlohy – pomocou senzorov dokážu zbierať užitočné údaje o svojom okolí aj o sebe. Môžu dať napríklad včas vedieť, že majú opotrebovanú niektorú súčiastku. Ak však majú byť akékoľvek stroje či zariadenia v priemysle múdre, potrebujú nevyhnutne spoľahlivú komunikačnú sieť, aby dokázali komunikovať a odovzdávať svoju múdrosť ukrytú v údajoch nepretržite a okamžite ďalej.

Ďakujeme spoločnosti Mondi SCP, a. s., za možnosť realizácie reportáže a Rolandovi Raisovi zo spoločnosti SOITRON, s. r. o., a Jánovi Snopkovi zo spoločnosti ControlSystem, s. r. o., za poskytnuté technické informácie.