Industriell vägning Integrera processens vägningsdata Industriell vägning Effektiv överföring av data från vägningsprocessen till överordnade MES- eller ERP-system kan ge mer transparenta tillverkningsprocesser. Ökad transparens kan leda till bättre utnyttjande av tillgångar, minska driftkostnaderna och underlätta efterlevnad av certifieringsstandarder och industriella regler. Att identifiera och implementera det mest effektiva systemet för datainsamling och dataintegrering kan vara en utmaning, särskilt inom traditionell produktion. I den här rapporten beskrivs utmaningar vid vägningsprocessintegrering och faktorer att ta hänsyn till när du definierar driftgränser och datamålsättningar. Med välgrundade beslut ökar sannolikheten för att vägningsoch kommunikationslösningen uppfyller målsättningarna och ger avkastning på investeringen. Innehåll 1 Definiera dataintegreringsutmaningar 2 Fastställa dataintegreringsmål 3 Utvärdera dataintegreringslösningar 4 Föreslå optimerade metoder 5 Felsökning vid kommunikationsproblem 6 Sammanfattning 7 Ytterligare läsning
1 Definiera dataintegreringsutmaningar Tillverkare som vill integrera vägningsdata i ett automatiserat ERP/MES-system ställs ofta inför följande utmaningar: Hastighet Kapacitet för att leverera tillförlitliga, filtrerade vägningsdata till ett överordnat automationssystem i starkt tidskänsliga tillämpningar (t.ex. fyllning med hög precision), så att produktionen kan justeras. Flexibilitet Kapacitet för att vidarebefordra information som påverkar vägningsnoggrannhet, materialförbrukning och produktionshastigheter (data som produkt-id, målvikt, taravikt, vågstatus, operatörsmeddelanden och felinformation). Kostnad Möjlighet att använda lösningar där data från flera vågar integreras till ett enda automatiserat system. Utrustningens begränsningar Möjlighet att byta ut eller lägga till kontrollerenheter för automation. Tuffa miljöförhållanden Rengöring med högtrycksspolning, explosiva/korrosiva miljöer, vibrationer, elektromagnetisk strålning och/eller extrema temperaturer. En fackexpert kan hjälpa dig att bedöma förhållandena i den miljö där vägningssystemet ska användas för problemfri, noggrann dataöverföring till överordnade system. Utifrån en sådan bedömning och de fastställda dataintegreringsmålen kan en optimal vägnings- och datakommunikationslösning väljas. 2 Fastställa dataintegreringsmål Innan ett vägnings-/kommunikationssystem väljs måste målsättningarna med dataintegreringen fastställas. Typiska frågor att ställa sig är: Vilken typ av information ska överföras mellan vägningsterminalen och automationssystemet? Vem eller vad behöver informationen och varför? Vad utlöser dataöverföring och hur ofta överförs information? Finns det särskilda krav på dataformat? Finns andra alternativ? Vilket kommunikationsmedium används? Finns andra alternativ? Flera av frågorna är av strategisk natur: vilken typ av information används, av vem och i vilket syfte? När frågorna har besvarats kan de möjliga lösningarna utvärderas avseende prestandaförbättringar. Därmed ökar sannolikheten för att den slutliga processintegreringen ger tydlig avkastning på investeringen till och med inom kort tidsrymd. 2 METTLER TOLEDO - White Paper - Integrera vägningsprocessdata
3 Utvärdera dataintegreringslösningar Om du överväger ett PLC-kontrollsystem kan ett bussgränssnitt ha inverkan på vägningsutrustningens specifikationer. Ett PLC-bussnätverk bör väljas utifrån faktorer som automationsleverantörens busstyp, antal noder som behövs i systemet, typ av enheter/mängden nätverksdata, önskad datahastighet och projektets budget. Automationsutrustningens leverantör kan sammanfatta fördelar och nackdelar med olika typer av nätverk. Funktioner som överföring av målviktdata till vägningsterminalen insamling av kalibreringsinformation och/eller kalibrering via ett PLC-program spårningsstatistik för vågen är reella möjligheter med rätt vägningsterminal. Det valda PLC-bussnätverket och vägningsmål som övergripande processprecision och fyllningshastighet, avgör vilken typ av terminal och vilket gränssnitt som krävs. Om integrering av PLC-data inte behövs är datorbaserad seriell kommunikation eller Ethernet- och TCP/ IP-kommunikation ett alternativ. För trådlös dataöverföring fungerar Ethernet- och TPC/IP-system bättre än PLC-system. OPC-gränssnitt ger möjlighet att via en OPC-server integrera vägningsdata i andra OPCkompatibla tillämpningar. OPC har ett standardiserat dataformat, vilket kan ge lägre integrerings- och supportkostnader, förenklad systemstruktur och snabbare utveckling av automationsprojektet. Nedan följer en generell jämförelse av PLC-system och TCP/IP-system. METTLER TOLEDOs IND131-terminal för DIN-montering Kommunikationsmetod Grundläggande vägningsdata via seriellt gränssnitt eller Ethernet-TCP/IP Grundläggande vägningsdata via 4 20 ma- eller 0 10 VDC-signal Krav/begränsningar Terminaldata av standardformat med fördefinierade, begränsade datauppsättningar Utskriftsmall lagras i vägningsterminalen och kan överföras till extern maskinvara OPC-server förmedlar vägningsdataformatet Begränsad överföring av vikt- och/eller hastighetsdata Kräver separat kommunikation mellan kontrollsystem och vägningsterminalen för till exempel noll- eller utskriftskommandon Vägningsdata via PLC Fieldbus, till exempel EtherNet/IP, Profibus DP Kräver PLC-maskinvara/-program för dataintegrering PLC-gränssnittet är begränsande för datapaket-/meddelandestorlek 3 METTLER TOLEDO - White Paper - Integrera vägningsprocessdata
4 Föreslå optimerade metoder Utrustningsleverantörens instruktioner är rekommenderade metoder för att integrera vägningsterminaler med överordnade system. Rekommenderade metoder för alla typer av automationsnätverk är ett alltför omfattande ämne för den här rapporten. I exemplen nedan beskrivs dock ett antal metoder för att implementera Ethernet-baserade nätverk, som EtherNet/IP, Modbus TCP eller ProfiNet. Industriellt nätverk eller kontorsnätverk I industriella nätverk krävs andra egenskaper än i kontorsnätverk. Trafik som genereras vid programmering, konfigurering och diagnostik av EtherNet/IP -enheter, liksom vid överföring av icke-tidskritiska data, är vanligtvis lågprioriterad, sporadisk trafik. I många tillverkningsprocesser genereras dock tidskritiska data, främst i form av UDP/IP-paket av unicastoch multicast-typ. IP Multicast-trafik i ett EtherNet/ IP-nätverk har hög hastighet och genereras snabbt och kontinuerligt. Om ett EtherNet/IP-subnät är anslutet till ett anläggningsnätverk, måste den kontinuerliga spridningen av multicast-paket blockeras. Det kontinuerliga informationsflödet från subnätet kanske är önskvärt för optimerad vägning, men stora mängder multicast-data kan ge upphov till att hela anläggningsnätverkets prestanda försämras, om inte åtgärder vidtas. Optimera industriellt EtherNet/IP-nät Rockwell Automation rekommenderar följande åtgärder för att optimera ett EtherNet/IP-nätverks prestanda. Välj om möjligt EtherNet/IP med unicast. Med unicast för EtherNet/IP kan två enheter i nätverket kommunicera direkt med varandra. Sådan kommunikation är mer effektiv om in- och utdata inte måste delas av flera enheter. Mer information om unicast- och multicast-kommunikation finns i ODVA-publikation nr 70, Recommended Functionality for EtherNet/IP Devices, som kan nås via länkarna i slutet av den här rapporten. Förhindra att oönskad IP-multicast-trafik belastar enheterna. Beroende på subnätets konfiguration och enheternas anslutbarhet, kan den oönskade trafiken blockeras med hjälp av administrerade Ethernetswitchar som stöder virtuella LAN-nät (VLAN) och IP-multicast-routing. Förhindra att oönskad IP-multicast-trafik belastar switcharna. Använd administrerade industriella nätverksswitchar med full duplex och stöd för IGMPlyssning (Internet Group Multicast Protocol), portspegling, VLAN, statistisk SNMP-information, IP-adressblockering, automatisk återställning av konfigurationer, broadcast/multicast-kontroll per port, Spanning Tree Protocol och ramprioritet. 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Leverans av industriella Ethernet-baserade enheter (tusental enheter) 2008 ARC Advisory Group Det blir allt vanligare med Ethernet-baserade enheter, tack vare högre hastigheter, mer bandbredd, standardi serade komponenter och problemfri installation. 4 METTLER TOLEDO - White Paper - Integrera vägningsprocessdata
Minimera nätverksbelastningen genom att begränsa oönskad inkommande IP-multicast och/eller förhindra att IP-multicast som genereras inom EtherNet-/ IP-subnätet sprids till anläggningsnätverket. Nätverkskabelanslutningar med IP67-skyddsklass och temperaturtålighet upp till 80 ºC är det bästa alternativet för industriella nätverk. Skärmad industrikabel av typ CAT6 eller CAT6a måste användas i miljöer med mycket brus/störningar. I vissa fall kan störningarna 5 Felsökning vid kommunikationsproblem Metoden för felsökning av datakommunikation i ett vägningsterminal- och automationssystem beror på den kommunikationsmetod som används. För seriell kommunikation eller EtherNet TCP/IP-till-dator, kan ett enkelt datorprogram, till exempel HyperTerminal, användas för att verifiera viktdataöverföring via terminalens kommunikationsport. Felsökning av Ethernet-nätverk utförs generellt i följande huvudområden: nätverksmedier (kablar, kontakter, nätverkskort) programvaruinställningar/nätverkskommunikation nätverkssignalens styrka. minimeras med jordade metalledare. Skyddsjordsanslutning är viktigt för att undvika strömslingor som kan orsaka kommunikationsförluster eller signalstörningar. Leverantörsklar PLC-kod eller andra integreringsverktyg, som Rockwell Automation Add-on-Profiles (AOP) och Add-on-Instructions (AOI), kan förenkla integrering av enheter i ett automationsnätverk och minimera antalet programmeringsfel. Vid felsökning av nätverksmedier används ett antal tekniska verktyg, exempelvis TDR-enheter (tidsdomänreflektometer), bärbara nätanalysenheter och kabelanalysverktyg. För PLC-baserade tillämpningar erbjuder vissa leverantörer datorbaserad simuleringsprogramvara för granskning av data som skickas från en vägningsterminals PLC-port. LED-lampor monterade på nätverkskortet kan användas för att ge grundläggande statusinformation. Att förbikoppla PLC-programmet och skriva utdata direkt till en visningsenhet kan också ge viktig felsökningsinformation. Vägningsterminaler kan även felsökas via fjärranslutningar till terminalens konfigurationsfil, felloggar och webbsidor med diagnostik eller driftstatusinformation. METTLER TOLEDOs IND560-vägningsterminaler 5 METTLER TOLEDO - White Paper - Integrera vägningsprocessdata
6 Sammanfattning Effektiv överföring av processdata till överordnade MES- eller ERP-system, kombinerat med genomtänkta uppgraderingar av vågplattformar/system, kan förbättra produktionsprocesskontrollerna förbättra tillgångsanvändningen ge lägre driftkostnader generera tydlig investering på avkastningen. Med tydlig målidentifiering som antingen utförs internt eller tillsammans med en vägningsprocessexpert kan man säkerställa att inköpta maskinvaror och programvaror ger de processförbättringar som eftersträvas. Följande faktorer bör beaktas inför uppgradering av ett system: processhastighet (t.ex. höghastighetspåfyllning), som har inverkan på datahastigheten befintlig utrustning och anslutbarhet tillgänglig budget ogynnsamma miljö-/driftvillkor, exempelvis behov av högtrycksrengöring, förekomst av frätande kemikalier, farliga miljöer och extrem temperatur data i processen vem behöver informationen, varför behövs den och vilket format bör användas? behövs PLC-anslutning eller fungerar Ethernet TCP/IP-till-dator? För felsökning i Ethernet-nätverk krävs kunskaper om nätverkets enheter, konfiguration och signalprestanda. Vissa leverantörer erbjuder datorbaserad simuleringsprogramvara för granskning av data som skickas från en vägningsterminals PLC-port. Leverantörerna kan hjälpa till att jämföra olika lösningar för vägningsplattformar och systemkommunikation. 7 Additional Resources Mer information om kommunikationsfunktioner, dataformat och fieldbus-relaterade nätverkskrav för METTLER TOLEDOs vägningsterminaler finns på www.mt.com. På följande webbplatser finns allmän och leverantörsspecifik information som kan vara till hjälp vid optimering av automatiserade processer som innefattar vägningsmoment. Rockwell Automation Integrated Architecture Tools www.rockwellautomation.com/solutions/integratedarchitecture/resources4.html#termination Rockwell Integrated Architecture Builder programvara www.rockwellautomation.com/en/e-tools/configuration.html ODVA DeviceNet Library www.odva.org/default.aspx? tabid=73 ODVA EtherNet/IP Library www.odva.org/default.aspx? tabid=76 Profibus/ProfiNet www.profibus.com Network Analyzer Wire Shark www.wireshark.org Fluke Networks www.flukenetworks.com Kepware OPC www.kepware.com Mettler-Toledo AB S-120 08 Stockholm Sverige Tel. +46 (0)8 702 50 00 Fax +46 (0)8 642 45 62 www.mt.com/terminals Här hittar du mer information! Rätt till tekniska ändringar förbehålles 11/2011 Mettler-Toledo AG