Laboratorium Informatyki Przemysłowej, działające w ramach kierowanego przez prof. Jerzego Obera Zakładu Urządzeń Instytutu Informatyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach, od kilkunastu lat zajmuje się problematyką systemów przemysłowych wykorzystujących sterowniki swobodnie programowalne, sieci przemysłowe najniższego poziomu, sieci polowe, stacje kontrolno-nadzorcze i systemy nadrzędne wykorzystywane w przemyśle.
Od początku swojej działalności kierowany przez dr. Andrzeja Kwietnia Zespół Informatyki Przemysłowej podejmował nowe zadania, tak w zakresie rozwiązań sprzętowo- architektonicznych, jak i w dziedzinie mechanizmów programistycznych, wykorzystywanych w systemach automatyki przemysłowej. Wiele z realizowanych przez zespół tematów zakończyło się wdrożeniem do produkcji nowych urządzeń (np. moduły dla sieci polowej FIP) oraz opracowaniem szeregu wykorzystywanych w aplikacjach praktycznych rozwiązań programistycznych (np. stacja kontrolno-nadzorcza KRONOS). Zespół prowadzi badania urządzeń stosowanych w przemyśle w zakresie odporności elektromagnetycznej EMC na certyfikat CE i zgodności z normami EN 50082-1 i EN 50082-2 w zakresie m in. zakłóceń na liniach zasilających i sygnałowych, wyładowań elektrostatycznych, udaru i zaniku napięcia (Burst, ESD Struge, PQT). Pracownicy zespołu na bieżąco śledzą zarówno prace teoretyczne, powstające w dziedzinie informatyki przemysłowej, jak i stawiane przez rynek i dynamicznie zmieniające się wymagania, jakim muszą sprostać realizowane przez nich praktyczne aplikacje systemów informatycznych. Wiedza teoretyczna oraz wyniki badań znajdują swoje odzwierciedlenie w szeregu publikacji i wystąpień na konferencjach naukowych. Z drugiej strony ciągły i bezpośredni kontakt z przemysłem pozwala na natychmiastową praktyczną weryfikację wyników rozważań teoretycznych.
Przykładowy ekran aplikacji ćwiczeniowej w Wonderware InTouch.
Od współcześnie tworzonych systemów informatyki przemysłowej oczekuje się nie tylko zwiększenia szybkości i niezawodności produkcji oraz wynikającej z tego poprawy jakości wytwarzanych wyrobów. Współczesne rozwiązania powinny także wspomagać obniżanie kosztów produkcji, które to koszty mogą okazać się decydujące dla racji bytu danego wyrobu na rynku.
Aby zrealizować tak postawiony zakres zadań, nie wystarczy implementacja klasycznych systemów wizualizacji i sterowania procesem przemysłowym, konstruowanych w oparciu o oprogramowanie klasy SCADA. Z drugiej zaś strony, funkcjonujące w sferze przygotowania i planowania produkcji oprogramowanie klasy MES i ERP jest zbyt mocno oddalone od finalnego produktu i często nie pozwala na szybką i skuteczną reakcję na zmieniające się warunki zewnętrzne i parametry procesu produkcyjnego. Sytuacja taka rzutuje w sposób niekorzystny na wyniki finansowe przedsiębiorstwa. Wymagania ekonomiczne wymuszają więc tworzenie nowych narzędzi programistycznych, pozwalających na szybką analizę wyników produkcyjnych i natychmiastową reakcję systemu automatyki, powodującą modyfikację parametrów obsługiwanego przezeń procesu produkcyjnego.
Podczas ćwiczeń studentów wspomaga ActiveFactory - narzędzie do analizy danych zapisanych w bazie danych IndustrialSQL Server.
Zaowocowało to powstaniem przemysłowych baz danych, umożliwiających przetwarzanie informacji pobieranych wprost z systemów klasy SCADA, rejestrację pobranych danych, ich analizę i wspomaganie procesu wyciągania wniosków. Tak więc współczesne systemy informatyki przemysłowej, oprócz klasycznych zadań związanych ze sterowaniem i monitorowaniem produkcji, muszą realizować zagadnienia zarezerwowane dotychczas dla systemów baz danych oraz zadania realizowane jak dotąd przez systemy typu data minning. Dodatkowym wymogiem jest konieczność obsługi zbieranej informacji w czasie rzeczywistym, tak ażeby proces analizy otrzymywanych informacji i wyciągania wniosków pozwalał na bieżąco korygować przebieg obsługiwanego procesu produkcyjnego. Skrócenie dystansu dzielącego systemy automatyki przemysłowej od systemów przetwarzania i analizy danych ma szczególne znaczenie w chwili obecnej, gdzie coraz krótsze serie produkcyjne muszą być na bieżąco adaptowane, tak aby były w stanie konkurować z innymi istniejącymi na danym rynku rozwiązaniami.
OD WIZUALIZACJI I STEROWANIA...
Dynamiczny rozwój i coraz powszechniejsze praktyczne wykorzystanie systemów przemysłowych baz danych sprawiły, iż tematyka ta znalazła swoje odzwierciedlenie w programie Laboratorium Informatyki Przemysłowej, prowadzonego w Instytucie Informatyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach. W roku akademickim 2001/2002 stworzono nowe stanowiska laboratoryjne, pozwalające na zapoznanie studentów z zagadnieniami zbierania i przetwarzania informacji opisujących proces produkcyjny obsługiwany przez system automatyki przemysłowej. Planując wprowadzenie do tematyki laboratorium przemysłowych baz danych, zdecydowano się wykorzystać oferowane przez firmę ASTOR oprogramowanie przemysłowej bazy danych IndustrialSQL, będące produktem firmy Wonderware. O wyborze przesądziły dwa czynniki. Pierwszy to możliwość kompleksowej prezentacji narzędzi zawartych w jednym pakiecie oprogramowania FactorySuite: stacji kontrolno-nadzorczej InTouch, przemysłowej bazy danych IndustrialSQL, narzędzi wspomagających analizę danych - ActiveFactory oraz narzędzi klasy MES - InBatch i InTrack. Drugi czynnik to przystępny interfejs inżynierskiej części opisywanego oprogramowania i bogata dokumentacja techniczna, które pozwoliły na szybkie zapoznanie studentów z problematyką bez zbytniej straty czasu poświęcanej na szczegóły implementacyjne.
Siłami Zespołu Informatyki Przemysłowej, przy pomocy firmy ASTOR i prowadzonego przez prof. A. Grzywaka studium podyplomowego Sieci Komputerowe, Systemy Mikrokomputerowe i Bazy Danych, stworzono dziesięć stanowisk laboratoryjnych, na których studenci zapoznają się z mechanizmami obróbki informacji gromadzonej w przemysłowych bazach danych, oraz jedno stanowisko serwera, odpowiadającego za gromadzenie i udostępnianie informacji pobieranych z poszczególnych stanowisk laboratoryjnych.
Do procesu dydaktycznego wprowadzono składający się z trzech ćwiczeń ciąg laboratoryjny, podczas którego studenci pokonują całą drogę związaną z konstruowaniem hierarchicznych systemów informatyki przemysłowej, począwszy od napisania programu na sterownik swobodnie programowalny (obsługujący symulowany proces przemysłowy), poprzez przygotowanie wizualizacji tego procesu, aż po jego analizę za pomocą narzędzi przemysłowej bazy danych.
Pierwsze z ćwiczeń obejmuje przygotowanie oprogramowania sterownika swobodnie programowalnego klasy GE Fanuc 90-30. Realizowany w trakcie laboratorium program ma zapewnić obsługę symulowanego przez ten sam sterownik procesu produkcyjnego. Interakcję z obiektem umożliwiają moduły wyjściowe i zadajniki sygnałów. Pozostałe dane na temat obsługiwanego procesu tworzone są przez jednostkę centralną sterownika na drodze symulacji. Do pisania i testowania programu sterownika służy oprogramowanie narzędziowe VersaPro firmy GE Fanuc.
... PO ANALIZĘ STATYSTYCZNO-EKONOMICZNĄ
Drugie ćwiczenie obejmuje wizualizację stworzonego w ćwiczeniu pierwszym modelu procesu przemysłowego. Do wizualizacji i sterowania wykorzystywane jest oprogramowanie InTouch. W trakcie ćwiczenia studenci tworzą prostą, aczkolwiek wykorzystującą sporą część możliwości funkcjonalnych pakietu SCADA stację kontrolno-nadzorczą, pozwalającą zarówno na wizualizację zrealizowanego w ćwiczeniu pierwszym algorytmu sterowania, jak i na bezpośrednie sterowanie i parametryzację obsługiwanego procesu. Dane zbierane ze sterowników prezentowane są za pomocą plansz graficznych, wykresów i okien alarmów. Wykorzystywanie skryptów użytkownika ułatwia tworzenie stacyjek sterujących pracą obiektu. Jednym z istotnych elementów ćwiczenia jest prezentacja możliwości współpracy oprogramowania klasy SCADA z oprogramowaniem środowiska MS Windows. Zebrane poprzez oprogramowanie InTouch dane obiektowe są następnie prezentowane i opracowywane z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego MS Excel. Z drugiej strony Excel wykorzystywany jest do parametryzacji procesu, a wpisywane i przeliczane za jego pomocą parametry nastaw przekazywane są poprzez stację kontrolno-nadzorczą do sterownika, który wykorzystuje je do zmiany parametrów obsługiwanego procesu przemysłowego.
Trzecie z ćwiczeń obejmuje obróbkę i analizę danych zgromadzonych poprzez oprogramowanie przemysłowej bazy danych IndustrialSQL. Dane, zbierane z dziesięciu stanowisk laboratoryjnych poprzez mechanizmy sieciowe SuiteLink i NetDDE, są przekazywane i składowane na wydzielonym stanowisku serwera. Analizę zgromadzonych danych ułatwiają narzędzia z pakietu FactorySuite. W ramach ćwiczenia studenci zapoznają się zarówno z możliwościami wyszukiwania danych historycznych, odnajdywania zależności przyczynowo-skutkowych, jak i z narzędziami pozwalającymi na realizację statystycznej kontroli procesu. Obok wbudowanych gotowych narzędzi analizy danych pakiet pozwala na tworzenie własnych zapytań do bazy w języku SQL, a wbudowane po stronie serwera IndustrialSQL dodatkowe funkcje oferują gotowe mechanizmy pozwalające na łatwe pozyskiwanie najczęściej wykorzystywanych w systemach przemysłowych baz danych informacji.
Tak więc w trakcie realizacji bloku trzech ćwiczeń laboratoryjnych studenci zapoznają się z szerokim zakresem zadań realizowanych przez współcześnie tworzone systemy informatyki przemysłowej, poczynając od automatyzacji procesu produkcyjnego z wykorzystaniem sterowników swobodnie programowalnych poprzez wizualizację i sterowanie procesem z poziomu stacji kontrolno-nadzorczych klasy SCADA, aż po analizę zebranych danych produkcyjnych zorientowaną na przetwarzanie i analizowanie danych statystycznych oraz wyszukiwanie rzutujących na statystykę produkcji zdarzeń historycznych.
CHWILA CHWAŁY - ZŁOTY MEDAL NA TARGACH OPROGRAMOWANIA SOFTARG
Prowadzone w Laboratorium Informatyki Przemysłowej zajęcia owocują wieloma pracami magisterskimi realizowanymi przez studentów kierunku Informatyka, będącymi zarówno praktycznymi aplikacjami zdobytych umiejętności, pracami konstrukcyjnymi owocującymi tworzeniem nowego sprzętu i oprogramowania, jak i pracami teoretycznymi, zakładającymi modelowanie i opisywanie wykorzystywanych w rzeczywistych systemach informatyki przemysłowej mechanizmów.
Praktyczny aspekt realizowanych prac dyplomowych staje się szczególnie widoczny w przypadku zajęć prowadzonych w ramach studium podyplomowego Sieci Komputerowe, Systemy Mikrokomputerowe i Bazy Danych. Słuchacze studium w swojej pracy zawodowej wielokrotnie stykają się z konkretnymi problemami związanymi z zastosowaniem systemów informatycznych w przemyśle. Problemy te są często inspiracją do podjęcia udziału w zajęciach studium. Wiele ze zrealizowanych przez słuchaczy prac magisterskich ułatwia rozwiązywanie zagadnień praktycznych związanych z pracą zawodową. Wspomniane prace magisterskie z jednej strony pomagają w rozwiązaniu konkretnych występujących w rzeczywistych instalacjach informatyki przemysłowej problemów, z drugiej zaś pomagają one pracownikom zespołu Informatyki Przemysłowej w takim doborze programu laboratorium i tematyki zajęć, które wychodzić będą naprzeciw wymaganiom stawionym przez współcześnie tworzone systemy informatyczne w przemyśle.
Po więcej informacji szczegółowych na temat działalności dydaktycznej, prac naukowych oraz wdrożeń praktycznych realizowanych przez Zespół Informatyki Przemysłowej autor artykułu zaprasza na strony Zespołu: www.iinf.polsl.gliwice.pl. Informacje na temat studium podyplomowego Sieci Komputerowe, Systemy Mikrokomputerowe i Bazy Danych dostępne są na stronach internetowych: www.iinf.polsl.gliwice.pl.
Uczelnie i Szkoły 