Nisses skola - PLCnext Technology PLCnext revolutionerar automationen

Nyttan med ”historian” är att OPC UA blir helt enkelt ett bra alternativ om du vill ha tidsstämplade I/O-data med buffring lokalt i styrsystemet (t.ex är detta ett krav i energibranchen där man ofta använder -104 protokollet eller IEC 61850), men med innebörden att man inte tappar viktiga mätvärden även om uppkopplingen är instabil (mätvärdena är självklart tidsstämplade). Med integrerad FTP funktionalitet i OPC UA blir det även möjligt att t.ex. hämta data automatiskt, men även att skicka ner recept till styrsystemet etc. Det pågår även ett framtida arbete inom NAMUR gruppen, där man arbetar på en objektsbaserad OPC-UA standard, vilket i framtiden innebär ytterligare förenklingar vid visualisering, programmering etc. för att snabbt kunna bygga upp färdiga lösningar med mer eller mindre ”färdiga” kretsar.

PLCnext kan agera såväl server (att det kan leverera OPC variabler/taggar till andra klienter som SCADA-system etc.) samt klient (att det kan samla in OPC-data från andra OPC kompatibla komponenter). Detta är en idag viktig pusselbit för att i större sammansatta system säkert och krypterat (https, ssl med x509 certifikat) kunna sköta den fabrikatsoberoende/systemneutrala kommunikationen mellan olika enheter. Denna kommunikationstyp kan även användas för att knyta samman styrsystemen till olika molnlösningar, t.ex. Azure från Microsoft har färdiga lösningar för att agera OPC UA klient.

Det naturliga är självklart att börja med den största fältbussen på marknaden Profinet, men med en fullständig integrering av de industrioptimerade funktionerna som finns, med t.ex. stöd för redundanta ringar (MRP), GSDML filer för enkel konfigurering av I/O´n, motionscontrollers, ventiler etc. samt för att få diagnostiken av de anslutna enheterna. Styrsystemen kan agera master/scanner för underliggande noder, men även agera slavar till överliggande styrsystem för att fungera som ”Edge datorer” med decentraliserad intelligens.

PLCnext har egentligen inga begränsningar på vilken standard man väljer, utan detta är bara en fråga om tycke och smak. För närvarande kan kommunikationen med Phoenix utvecklingsmjukvara ske över Profinet, IEC 61850, Modbus TCP/UDP, Modbus RTU, EIP, EtherCat, IOL, HART, CAN, mBus, Interbus (men väljer man t.ex. CodeSys är det ju de bussar som CodeSys stödjer). Mer och mer stöd kommer hela tiden.

Moln/Cloud lösningar

I och med industri 4.0 och IoT kommer ofta krav att såväl presentera, men även att kunna styra produktionen, länka samman olika nätverk över långa avstånd, mellan städer och länder. Självklart med målet att öka lönsamheten. För detta krävs ytterligare en möjlighet till kommunikation. PLCnext är direkt vid leverans förberedd för anslutning till Phoenix Contact´s molntjänst som heter Proficloud. Det är egentligen en ”dashboard” där användaren kan lägga upp valifria variabler från PLCnext (kallas metrics) och presentera där. Mätvärdena kan även om så önskas exporteras från Proficloud till t.ex. Excel för vidare bearbetning. Allt som krävs för att få denna tjänst är ett inloggningskonto på Proficloud. Efter registreringen kan man sedan knyta sin/sina controllers eller andra enheter till kontot genom att uppge styrsystemets UUID (Universal Unique Identifier) som är individuellt för varje enskilt styrsystem)

Styrsystemet måste få tillgång till Internet för att kopplingen till Proficloud skall ske. Därför måste även styrsystemet ställa in IP-adressen till routern med Internet access (default gateway). Vill man ha tidsstämplade mätningar är det även viktigt att ställa in klockan (finns även stöd för NTP). Anslutningen mellan PLCnext och Proficloud sker säkert med TLS.
Du måste aktivt välja i webgränsnittet på styrsystemet om uppkopplingen skall ske till Proficloud, samt aktivt välja vilka variabler/taggar (ut eller ingångsportar) som skall finnas tillgängliga för Proficloud, precis som när du väljer vilka OPC-UA variabler du vill publicera.

Vissa större företag väljer att skapa egna molnlösningar efter exakt deras behov.
Därför finns även färdiga ”funktionsblock” att ladda ner för att förenkla för användaren. Där finns det färdiga lösningar för t.ex MQTT clienter/broker (pubslisher/subscriber) eller för anslutningar till AWS, Ixon etc

Industrial Cyber Security

I traditionella styrsystem ansluter man enkelt sin dator med utvecklingsmjukvaran till PLC´n med en kabel och sedan har tillgång till allt. Detta är inte ok idag. Innan du ringer från din telefon, slår du inte in en kod? Anger en PIN-kod till SIM-kortet? Eller skriver in ett lösenord innan du loggar in i datorn/mailen?

Självklart har PLCnext en autensieringsdel, och är uppbyggd för att få användaren att automatiskt generera ett intuitivt säkerhetstänk för applikationen. För att få logga in i PLCnext såväl i ”dos” miljö som i utvecklingsmjukvarorna måste man ange ett användarnamn och ett lösenord (kallas skalskydd). Default lösenordet är individuellt för varje enhet och skrivet på CPU´n vid leverans och är individuellt för varje enhet (inte som normalt där du har användare ”admin” och lösenord ”admin” som ingen någonsin ändrar), men kan självklart bytas ut till vad som önskas.

Öppen programmering

En stor fördel med PLCnext är öppenheten och möjligheten att använda olika utvecklingsmiljöer. Den stora fördelen med det är att man kan optimera programspråket efter applikationen som skall skapas (även efter kompetensen som finns på företaget).

T.ex. vill man att styrsystemet skall publicera ett mätvärde på Facebook är detta mycket komplicerat (om det ens är möjligt) att göra i CodeSys miljö. Här passar Node Red mycket bättre eller kanske C++. Ofta kan det även var lämpligt att kombinera t.ex. Node Red med den kostnadsfria PLCnext Engineer utvecklingsmjukvaran för att på ett enkelt sätt kunna hantera industriella protokoll som Profinet, men kombinationen med Node Red ger möjligheten att enkelt skapa IT-funktioner! Vad sägs t.ex om möjligheten att använda Google´s taltjänst för att starta en rengöringsprocess i en maskin, hur många av dina konkurrenter på marknaden kan göra detta, eller kanske mer önskvärt att automatiskt skriva ner hur många enheter din maskin tillverkat under dagen direkt till din kunds administrativa system?

Länken mellan den cykliska fabriksautomationen (t.ex. Profinet etc.) och Node Red kan t.ex. vara med en lokal OPC UA server (förslagsvis skapad i PLCnext Engineer), som är relativt enkelt att implementera och låta båda systemen köras parallellt på en och samma enhet (PLCnext). Enkelt och effektivt om det inte rör sig om tidskritiska applikationer som cykliskt måste köras.

ESM/GDS är hemligheten

Är behovet en cyklisk och deterministisk programkod är dock OPC UA lösningen ovan inte ett bra alternativ. För att lösa detta har Phoenix Contact en patenterad integrerad lösning i PLCnext plattformen.

ESM som står för Execution & Syncronisation Managment tillsammans med GDS (Global Data Space) är Phoenix Contact´s patenterade lösning för att hantera synkroniseringen mellan olika programdelar samt skapa en ”gemensam” och programoberoende variabeldatabas (länkar mellan olika program).
Uppgiften för ESM är att se till så att alla program/taskar/trådar jobbar med samma värden. Ta t.ex en position från ett rörligt objekt i en modern maskin, denna position ändras ofta väldigt snabbt.
Skall värdet för positionen användas i olika delar av programmet vill vi ju inte att ”programdel 1” skall göra sin beräkning då rörelsen har position x och ”programdel2” som är mycket större och kräver mer tid för att exekveras skall använda position x i början av sin beräkning och sedan längre ner i koden använda värdet då rörelsen nått position y några ms senare. Denna problematik kallas data inconsistency.

GDS är helt enkelt namnet på den gemensamma variabeldatabasen på operativsystemet (kan liknas med vad OLE är i windowsmiljö). Förenklat kan du ju t.ex. klippa och klistra in text och siffror mellan excel, word eller wordpad, även om det är helt olika program. PLCnext kallar denna sammankoppling för in och utgångsportar, där en ingångsport kan liknas med ”copy” och en utgångsport kan liknas med ”paste”. För att komma åt dessa portar har Phoenix Contact skapat SDK (Software Development Kits) /API (Application Programming Interface) för Visual Studio , Eclipse och Matlab Simulink.

Detta kan t.ex användas för att kombinera olika programspråk så att man t.ex kan använda PLCnext Engineer för att hantera Profinet kommunikationen. Värdet från en Profinet enhet hämtas med fördel in med hjälp av PLCnext Engineer precis som i ett traditionellt PLC-system, där vi mycket enkelt kan hantera Profinet kommunikation, skapar en variabel för värdet och sedan lägger värdet i en ”OUT-port” i GDS-delen. Denna ”OUT-port” är sedan åtkomlig igenom GDS-delen som ett egenskrivet C# program. I C# programmet kan man sedan t.ex. göra en avancerad matematisk beräkning. Resultatet av beräkningen kan tas in i PLC-delen över GDSén över en annan ”IN-port”. Allting kan ske cykliskt och synkroniserat (genom ESM delen).

Dessa ”IN- och OUT-portar” kan fritt även användas för att kombinera olika delar i programmet, utvecklade i olika miljöer med innebörden att flera personer kan skapa kod i den miljö som dom känner passar bäst. Sammanfattningsvis skulle man kunna kalla GDS för en gemensam variabeldatabas som kan nås oberoende av utvecklingsmjukvara.

Även om kraven på IT-funktionalitet ökar hela tiden, moderniseras även utvecklingsmiljön för PLC-programmet. Phoenix Contact´s nya utvecklingsmjukvara har ett modernt och intuitivt användargränssnitt och stöd för samtliga språk specificerat i IEC 61131–3. Ladder Diagram (LD), Instruction List (IL), Functional Block Diagram (FBD), Structured Text (ST) samt Sequential Function Charts (SFC).

Det finns även färdiga TUF godkända programblock som kan appliceras om man använder en hårdvara som har stöd för Profisafe (just nu RFC4076 styrsystemet)

Web visualisering med HTML5 integrerat

I mjukvaran finns även en enkel visualiseringsdel, där du med den gemensamma variabeldatabasen som skapades när man gjorde programmet även enkelt kan skapa ett HMI till automationen. Använder du den integrerade WEB Visualseringen skapas denna direkt i styrsystemet med HTML5.
Du skapar helt enkelt en websida där du antingen använder de färdiga symbolerna som följer med, eller som nedan, även importera egna bilder, knappar, symboler och ger dom en valfri händelse (dynamics, där man kan flytta, byta färg, ändra storlek, ta fram, starta ett script etc.) på ett objekt.
Konfigureringen av detta är liknande hur man skapar presentationer i power point, men istället för att knyta hyperlänkar, knyter man variabler.
Visningen av den skapade web-sidan sker genom att man helt enkelt med en vanlig webläsare skriver in ip-adressen på styrsystemet, eller om man har en egen DNS-server, ett valfritt namn. Du behöver m.a.o inte någon specialpanel med en runtime installerad för visualiseringen, du kan använda vad du har tillgängligt; iPad, surfplattor etc. Självklart är det lämpligt att välja en webpanel som klarar av de EMC-krav som ställs på omgivningen. Men rent praktiskt har du förmodligen redan en fullt kompatibel enhet redan i din jackficka (din smartphone). Vill du inte använda PLCnext Engineers integrerade web funktionalitet, kan du naturligtvis använda din befintliga HMI-mjukvara i och med den universella OPC-UA kopplingen som finns integrerad i alla seriösa HMI-mjukvaror.

PLCnext store är namnet på den internetbaserade marknadsplatsen för PLCnext. Här kan man bl.a. ladda ner färdiga applikationer. Idén är inte helt ny, utan har sedan länge varit en självklarhet för mobiltelefoner/androidenheter/tv spel/filmer etc. Detta koncept revolutionerade marknaden för många år sedan, men inom den konservativa industrin är detta helt nytt. På PLCnext store kan man ladda ner en komplett applikation till PLCnext. Detta kan t.ex. vara en pumpstation istället för en app för styrning av sitt hemma larm, ljudsystem eller lampstyrning som vi tar för givet idag. Idén med appar är att man inte skall behöva programmera och uppfinna hjulet gång på gång. Tanken är att man precis som vid en vanlig mobilapp bara laddar ner appen till styrsystemet och sedan via web gränssnittet konfigurera de funktioner som ev. kan behövas ställas in. Oberoende av leverantör kan applikationer publiceras här och det är upptill utvecklaren att sätta kostnadsbilden. M.a.o. har utvecklaren lagt ner tid och möda slutar inte betalningen efter fakturan till projektet är betalt. Man kan även fortsätta inkomsten genom att publicera sin smarta lösning om man så vill och uppdragsgivaren tillåter, antingen för en kostnad eller kanske kostnadsfritt för att vinna på sitt varumärke för att få in nya kunder och nå nya marknader.

Funktionsblock för olika applikationer

Hittar man inte den app. som man behöver finns det även olika funktionsblock att ladda ner till PLCnext Engineer, vill du t.ex. skala om ett analogvärde från en 4...20 mA ingång till en motsvarande temperatur på 0…100 grader finns färdiga funktionsblock gratis att ladda ner för detta ändamål. I PLCnext store hittar du även färdiga funktionsblock för att t.ex. logga värden i en databas. Flytta över filen från styrsystemet till en central server/NAS etc. (t.ex. med FTP) någonstans i fabriksnätverket, eller öppna en IP-Socket för att skicka en textsträng till en SMS-sändare, modem, skärm … Vissa av funktionsblocken är gratis, vissa inte. Precis som med apparna kan utvecklare välja att sälja/skänka sina funktioner här.

Återanvänd kod sparar såväl tid som pengar

Tiden för att nå marknaden med nya lösningar minskar konstant, även livslängden på en specifik produkt. För 20 år sedan skapade man t.ex. en maskin som gjorde förpackningar som var 10x20x30 cm. Kraven idag är att en och samma maskin skall klara 10, 20 eller 30 st olika förpackningsstorlekar. Den maskin som klarar alla typer utan omställningstid samt klarar framtida krav på kanske NFC (eller vad det nu må vara) utan att kosta mer kommer förmodligen att lyckas bäst hos kunderna. Detta ställer krav på den som skapar programmet och för 20 år sedan fick man helt enkelt sitta tyst med kepsen i knät och vänta på att PLC-tillverkaren tog fram ett block för att kunna läsa av en NFC tagg. Med resultatet att maskinleverantörer tappar tid, innovationsgrad och ev. kunder (om ett annat fabrikat reagerade snabbare). Tack vare möjligheten med en ”appstore” kan nya funktionsblock och appar snabbt spridas. Samtidigt som öppenheten genom återanvändning av färdig kod från t.ex. opensource snabbt implementeras i industriella applikationer.

Ett användarforum finns även tillgänligt för quickstart´s etc. där man hela tiden hittar nyheter.

PLCnext hårdvaran

PLCnext teknologin från Phoenix Contact finns idag implementerad i tre st. styrsystem, men är planerad för fler storlekar av PLCér i framtiden. Styrsystemen från Phoenix Contact är självklart designade för att sitta i industriell miljö framförallt i EMC-synpunkt (EMC-Immunitet). Då kraven att sitta i samma skåp som t.ex. en frekvensomformare och kunna köra programmet 24/7 utan avbrott 365,25 dagar/år inte finns i kommersiella produkter.

AXC F 1052

AXC F 1052 är idag det minsta PLCnextbaserade styrsystemet från Phoenix Contact. Det bygger på en prisoptimerad version av ovanstående AXIO F 2152 och ser till utseendet nästan likadant ut. Det är fortfarande extremt kompetent och kan hantera upptill 16 st Profinet slavar samt möjligheten att köra 8 st task´s upptill 5 ms cykeltid. Bakplanet för IO är fortfarande upptill 64 enheter, men det saknas möjlighet att expandera PCIe bakplanet med t.ex. nätverkskort etc.

För att hålla kostnaden nere har vi även sparat in på t.ex. maringodkännanden etc. som finns på de övriga systemen.

PLCnext plattformen i BoxPC format
Denna hårdvaruserie används med fördel i Edge applikationer, dvs när du vill göra bearbetningar av datan innan du levererar dom till din önskade molntjänst. Dessa box pc´s (vi kallar dom EPCxxx beroende på utförande) innehåller redan från början en ”PLCnext runtime” (d.v.s att du kan programmera dom med PLCnext engineer), men även NodeRed och Influx DB där man enkelt kan logga data, göra en grafisk presentation samt sätta larm etc. de är även förberedda för docker.

EPC 1522

Som ovan dock med arbetsminne på 4Gbyte och med lagring på 120 Gbyte SSD disk.
Förberedd för WiFi och serieportar.

Sammanfattning PLCnext

PLCnext är idag förmodligen den modernaste plattformen av industriella styrsystem på marknaden, med sin öppenhet och nytänkande skapar den möjligheter som inte funnits på marknaden tidigare. Den vänder sig till dig som vill ha lösningar för morgondagens krav redan idag samtidigt som den inte låser användaren till ett enda fabrikat!

PLCnext från Phoenix Contact