Wygodna i pewna dystrybucja informacji w rozproszonych systemach automatyki na statkach

0 183

Jednym z ważnych aspektów pracy na statku jest skuteczne i szybkie informowanie załogi o statusie pracy ważnych z punktu widzenia utrzymania bezpieczeństwa instalacji oraz wczesne ostrzeganie, jeśli przekroczone zostaną kluczowe, nadzorowane parametry.

Dlatego tak ważne są systemy monitoringu statku, zintegrowane systemy automatyki oraz wspierające je systemy informacji kabinowej. Rozproszony systemem dystrybucji informacji o alarmach – panele/terminale rozlokowane w obiekcie, zdalny dostęp do zsynchronizowanej listy alarmowej, możliwość autoryzowanego kwitowania/potwierdzania alarmów to dziś konieczność.

Aby sprostać wymaganiom sprawnego dystrybuowania informacji w przemysłowych, rozproszonych systemach automatyki, WAGO opracowało nową rodzinę paneli operatorskich TP600.

Panele WAGO TP600 Marine Line

W rodzinie tej znalazła się specjalna linia produktów uwzględniająca specyfikę pracy w trudnym i wymagającym środowisku morskim.

W panelach zastosowano rozwiązania konstrukcyjne ułatwiające eksploatację na morzu:

aluminiowe chassis,
chłodzenie pasywne,
IP65 od frontu,
kolorowy wyświetlacz TFT o szerokich kątach widzenia, dużej rozdzielczość i jasność,
matowy front – ograniczenie refleksów,
matrycę dotykową rezystywną,
wbudowany czujnik natężenie oświetlenia – automatycznie regulowana jasność podświetlania,
dodatkowo od frontu przyciski umożliwiające manualne rozjaśnianie i przyciemnianie ekranu,
wbudowany czujnik zbliżeniowy – energooszczędność, możliwość automatycznego przełączania między wygaszaczem a trybem wyświetlania ekranów operatora.

Certyfikacja Morska

Trudno wyobrazić sobie linię paneli morski bez dostosowania do wymagań aprobat towarzystw klasyfikacyjnych.
WAGO zadbało o certyfikację DNV-GL. Według niej panele wpisują się w następujące kategorie środowiskowe:

Temperatura A
Wilgotność B
Wibracje B
EMC B

Komunikacja i redundancja medium komunikacyjnego

Panel jest tylko elementem systemu automatyki. Wymiana informacji pomiędzy panelem a sterownikiem
lub siecią sterowników lub panelem a serwerem danych wymaga sprawnej komunikacji.

W warstwie sprzętowej podstawowym medium komunikacyjnym dla paneli WAGO Marine Line jest Ethernet.
Urządzenie ma wbudowany dwuportowy switch. W aplikacjach morskich (ale nie tylko) projektanci systemów automatyki zyskują możliwość łatwiejszego tworzenia sieci, w tym również redundantnych. Dla zapewnienia redundancji medium komunikacyjnego możliwe jest łatwe połączenie paneli WAGO w ring komunikacyjny. Wbudowany w panel switch ułatwia i zarazem obniża koszty zapewnienia redundancji. Można ograniczyć liczbę zewnętrznych/dodatkowych elementów infrastruktury sieciowej, a w konsekwencji obniżyć koszty instalacji.

W przedstawionym wyżej przykładzie ringu panele, wyspy sterownikowe WAGO I/O i switche zarządzalne wspierają protokół Jet Ring. Jeśli doszłoby do przerwania komunikacji w jednym punkcie, czas rekonfiguracji sieci jest mniejszy niż 300 ms. W sieć Jet Ring maksymalna liczba urządzeń nie powinna przekraczać 20.

W przypadku bardziej rozległych instalacji możliwe są do utworzenie bardziej rozbudowane topologie sieciowe.

W układzie powyżej mamy przykład połączenie dwóch redundantnych sieci: łatwej w konfiguracji, opartej o medium miedziane lub światłowodowe sieci podstawowej w technologii Xpress Ring (czas rekonfiguracji sieci <20 ms) oraz sieci rozszerzającej, opartej o Jet Ring.

Podobnie jak poprzednio, tak i tu funkcjonalności sieciowe paneli wspierają certyfikowane dla zastosowań morskich switche zarządzalne WAGO (852-1305 lub 852-303). Mogą one być zastosowane w jednej sieci Jet Ring i Xpress Ring lub dwóch sieciach Xpress Ring.

WEB PANEL, VISU PANEL

Warstwa fizyczna i układ sieci to jedno. Co z protokołami komunikacyjnymi i możliwością prezentowania ekranów synoptycznych? Panel WAGO rodziny Marine Line może pracować albo jako WEB PANEL, albo VISU PANEL.

WEB PANEL

System operacyjny panelu TP600 jest dostarczony wraz ze zoptymalizowaną przeglądarką internetową.
Za pomocą standardowych protokołów ma ona dostęp do stron WWW. Strony oparte są o wydajną technologię HTLM5. W aplikacjach automatyki na statkach budowanych przez naszych klientów serwerem stron WWW jest najczęściej sterownik (lub sieć sterowników) WAGO PLC. Nic nie stoi na przeszkodzie, by źródłem wyświetlanych treści mógł być dowolny, inny serwer np. system SCADA, oprogramowanie nadrzędne i serwer systemu IAS, pod warunkiem jednak, że publikuje on strony WWW w technologii HTLM5.

Zaletą układu, w którym mamy centralny serwer stron WWW i sieć paneli/terminali z przeglądarką, jest to, że przygotowanie, a z czasem także aktualizacja leży po stronie serwera WWW. Panel jest tylko urządzeniem z przeglądarką (bez własnej aplikacji wizualizacyjnej).

Najprostsza konfiguracja panelu sprowadza się do nadania adresu IP, zdefiniowania adresu serwera

i przypisanej panelowi adresu strony startowej (łatwe uruchomienie, rekonfiguracja systemu). Wszelkie zmiany wprowadzane przez operatorów za pośrednictwem paneli (np. potwierdzenie alarmu odbywają się „po stronie serwera WWW”) trafiają na wszystkie skojarzone z danym serwerem terminale. Nie ma potrzeby stosowania zaawansowanych algorytmów, aby wyświetlać na każdym z paneli zsynchronizowane listy alarmowej – jak ma to miejsce w klasycznych układach automatyki.

Sieć paneli z przeglądarką i serwerem WWW można łatwo rozszerzyć o dostęp do aplikacji za pośrednictwem mobilnych urządzeń komunikujących się przez się przez access point WiFi.

VISU PANEL

Jeśli na potrzeby wizualizacji potrzebna jest większa wydajność, TP600 może być używany jako VISU Panel. Jest to klasyczne podejście. Panele wyświetlają wizualizację, która jest przygotowana i wgrana na urządzenie za pomocą odpowiedniego oprogramowania narzędziowego, a potrzebne informacje przesyłane są ze sterownika PLC z wykorzystaniem jednego ze standardowych protokołów.

Aplikacja na panel TP600 przygotowywana jest za pomocą oprogramowania inżynierskiego e!COCKPIT (to samo oprogramowanie wykorzystywane jest do konfiguracji i programowaniu sterowników PFC100 i PFC200). Panel może wymieniać informacje ze sterownikiem (lub systemem SCADA) po otwartym, często stosowanym w aplikacjach morskich protokole MODBUS TCP/IP (dla sterowników WAGO PLC WAGO także przy użyciu Network Variables).

W porównaniu do Web Panel, przy takiej konfiguracji wymagana moc obliczeniowa sprzętu dzielona jest pomiędzy panel a sterownik PLC, co przy bardziej rozbudowanych wizualizacjach pozwala odciążyć sterownik PLC z obsługi wątków odpowiedzialnych za wizualizację.
Visu Panel może być dodatkowo źródłem wizualizacji dla innych urządzeń, np. paneli lub sprzętu mobilnego za sprawą wbudowanego serwera WWW (panel wyświetla przygotowaną wizualizację lokalnie i równolegle jest serwerem stron dla „zdalnych” urządzeń dostępowych).

Oprogramowanie narzędziowe e!COCKPIT, wizualizacje PANEL

W Visu Panel wizualizacja jest tworzona i wgrywana za pomocą oprogramowania narzędziowego WAGO e!COCKPIT. W oprogramowaniu tym dostępny jest moduł, który pozwala skonfigurować komunikację MODBUS TCP/IP, stworzyć mapę rejestrów z jednego lub wielu serwerów (slavów) i wykorzystać zdefiniowane zmienne w wizualizacji tworzonej przy użyciu dostępnych w bibliotece makr, szablonów, obiektów graficznych, kontrolek.

W układach związanych z dystrybucją alarmów pomocne jest makro dziennika alarmów. Alarmy można podzielić na klasy i grupy oraz wybrać sposoby ich potwierdzania oraz archiwizacji. Wizualizacja ma mechanizmy zarządzania użytkownikami (definiowanie użytkowników, przypisywania prawa dostępu i skojarzenia z prawami akcji, np. ukrywanie obiektów zależnie od praw dostępu).
Tworzenia wizualizacji przy użyciu e!COCKPIT jest jednym z tematów szkoleń organizowanych regularnie przez WAGO. Aktualny harmonogram szkoleń publikowany jest na stronie www.wago.pl.

Bezpieczeństwo sieci i danych

Przy okazji komunikacji i układów sieciowych coraz ważniejszym zagadnieniem staje się ochrona przed niepowołanym dostępem do informacji. Zagadnienie cyberbezpieczeństwa i związanych z nim dobrych praktyk w odniesieniu do systemów automatyki jest przedmiotem zaleceń formułowanych także przez morskie towarzystwa klasyfikacyjne.
By sprostać wyzwaniom, jakie niesie coraz bardziej połączony ze sobą świat, w panelach WAGO zaimplementowano następujące mechanizmy:

Wbudowany Firewall Jednym ze sposobów podniesienie bezpieczeństwa w sieci jest jej segmentacja
i ochrona segmentów za pomocą Firewalli, tak by ograniczyć dostęp do sieci. Zabudowany w panelach TP600 Firewall pozwala zabezpieczać sieć systemu automatyki bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń.
VPN na pokładzie Digitalizacja sprawia, że dane z naszej maszyny, systemu czy statku mogą być dostępne w dowolnym miejscu na świecie. By zapewnić integralność danych w trakcie ich transmisji, istnieje konieczność ich ochrony przed potencjalnymi atakami. Panele TP600 potrafią szyfrować informacje i wysyłać je zabezpieczone przy użyciu IPSec lub OpenVPN

FTTPS, HTTPs, TLS V1.2 Dla zabezpieczenia połączenia pomiędzy klientem a serwerem używana jest w panelach TP600 standardowo metoda szyfrowania danych TLS 1.2. Zapewnienia ona integralności danych przy dostępie webowym lub ich transmisji w postaci plików.