SIMATIC Energy Suite

نرم افزار مدیریت مصرف انرژی در قالب پرتال TIA

پیشرفت‌های به‌دست‌آمده در حوزه اتوماسیون صنعتی و دیجیتالی شدن پروسه‌های مختلف، سبب شده است تا امروزه برخورداری از قابلیت‌هایی همچون انعطاف‌پذیری، سرعت و دقت بالا در بهره‌برداری، ایمنی در برابر خرابی و عیب‌یابی سریع و دقیق برای سیستم‌های توزیع و انتقال توان الکتریکی نیز یک ضرورت به شمار رود. ازاین‌رو، شرکت زیمنس این امکان را فراهم نموده است تا با اضافه نمودن المان‌های قدرت مورداستفاده در شبکه‌های توزیع و انتقال توان به محیط پرتال TIA در قالب مفهوم توان کاملاً یکپارچه (به انگلیسی : Totally Integrated Power (TIP))، بتوان پارامتردهی، راه‌اندازی و بهره‌برداری از این تجهیزات را به‌صورت کارآمدتری انجام داد و بدین شکل از قابلیت‌ها و مزایای ذکرشده برای پرتال TIA در این بخش نیز بهره برد.

از جمله قابلیت‌های جالب‌توجه و کاربردی اضافه‌شده به پرتال TIA در حوزه TIP، امکان مدیریت مصرف انرژی به کمک نرم‌افزار SIMATIC Energy Suite و طیف گسترده‌ای از تجهیزات اندازه‌گیری خانواده «SENTRON» و تجهیزات سوئیچینگ خانواده «SIRIUS» می‌باشد. قرارگیری این تجهیزات در کنار تجهیزات سیستم کنترل مطابق شکل زیر و تجمیع و یکپارچه‌سازی آن‌ها در پرتال TIA، امکان دستیابی به اطلاعات دقیقی از میزان انرژی مصرفی در پروژه را فراهم نموده و ارتباط مؤثر مابین نرم‌افزار SIMATIC Energy Suite و تجهیزات ذکرشده، شفافیت در میزان توان مصرفی هر یک از تجهیزات تولید را به ارمغان می‌آورد.

با مقایسه و آرشیو سازی مستمر اطلاعات به‌دست‌آمده از تجهیزات نشان داده شده در شکل فوق به کمک نرم‌افزار SIMATIC Energy Suite، می‌توان روند تغییرات میزان مصرف انرژی در طول زمان را مدیریت نمود. همچنین مقایسه اطلاعات توان مصرفی هر ماشین با ماشین‌آلات مشابه و یا اطلاعات کل توان مصرفی یک کارخانه با کارخانجات مشابه و یا با استانداردهای موجود، معیارها و راهکارهایی مناسب جهت مدیریت و بهینه‌سازی مصرف انرژی برای هر کاربرد ارائه می‌دهد.

پیکره‌بندی سریع و آسان و امکان استفاده از توابع آماده، سازگاری با استاندارد مدیریت مصرف انرژی ISO50001، امکان آرشیوسازی اطلاعات در PLC یا در نرم‌افزارWinCC ، امکان استفاده از پروتکل ProfiEnergy، امکان برقراری ارتباط با نرم‌افزار SIMATIC Energy Management PRO یا اتصال به سرورهای ابری و امکان استفاده از خدمات مشاوره‌ای شرکت‌های فعال در حوزه مدیریت مصرف انرژی از دیگر مزایای استفاده از SIMATIC Energy Suite به شمار می‌رود. لازم به ذکر است نرم‌افزار SIMATIC Energy Management PRO، نسخه پیشرفته SIMATIC Energy Suite می‌باشد که این دو نسخه به‌عنوان جایگزین برای نرم‌افزار پیشین مدیریت مصرف انرژی زیمنس برای صنایع با نام SIMATIC B.Data ارائه‌شده‌اند. در شکل زیر، جایگاه نرم‌افزارهای فوق در هرم انرژی شرکت زیمنس نشان داده شده است.

یکی دیگر از قابلیت‌های جالب‌توجه و جدید شرکت زیمنس در زمینه مدیریت مصرف انرژی، به‌کارگیری پروفایل ProfiEnergy از پروتکل پروفی‌نت در سطح فیلد می‌باشد که این پروتکل، امکان قرارگیری تجهیزات در مد کاهش مصرف انرژی را به هنگام توقف موقت خطوط تولید فراهم نموده و از این طریق میزان مصرف انرژی پنهان در تجهیزات را به حداقل کاهش می‌دهد. به بیان دقیق‌تر، در زمان توقف موقت خطوط تولید، اکثر سنسورها، محرک‌ها و تجهیزات سطوح فیلد و کنترل در وضعیت آماده‌به‌کار قرار دارند و از آنجا که در این حالت، این تجهیزات اندکی انرژی مصرف می‌نمایند و این میزان انرژی در کل کارخانه و در طول یک سال مقدار قابل‌ملاحظه‌ای می‌باشد، ProfiEnergy، با خاموش نمودن تعدادی از این تجهیزات یا کل تجهیزات یک بخش از کارخانه در زمان‌های توقف خطوط تولید، موجب کاهش مصرف انرژی در بخش سیستم کنترل می‌گردد.

TIA Portal Multiuser

نرم افزار کارِ گروهی از متخصصین به‌صورت هم‌زمان روی یک پروژه مشترک

تردیدی وجود ندارد که طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ برای پروژه‌های بزرگ می‌بایست به‌صورت تیمی متشکل از متخصصین حوزه‌های مختلف اتوماسیون صنعتی پیاده‌سازی و اجرا گردد تا از این طریق علاوه بر کاهش مدت‌زمان مهندسی پروژه با تخصصی شدن فعالیت‌ها، خطاهای احتمالی در حین کار، کاهش و کارایی و عملکرد سیستم کنترل و مانیتورینگ ارتقاء یابد. شرکت زیمنس در راستای نیل به این هدف، با ارائه نرم‌افزار TIA Portal Multiuser، امکان کار روی یک پروژه را برای گروهی از متخصصین به‌صورت هم‌زمان فراهم نموده است. در این شیوه، پروژه مشترک روی یک سرور مرکزی ذخیره و حداکثر به ۲۵ بخش تقسیم می‌گردد. سپس هرکدام از این بخش‌بندی‌ها روی یک کامپیوتر کلاینت به اشتراک گذاشته می‌شود. زمانی که کاربران تغییراتی را روی پروژه محلی خود اعمال نمودند، از طریق نرم‌افزار فوق می‌توانند پروژه محلی خود را با پروژه قرارگرفته روی سرور مرکزی سنکرون نمایند.

TIA Portal Cloud Connector

نرم افزار انتقال داده های مهم تولید به سرورهای ابری

داده‌ها و اطلاعاتی که از سطح پروسه و در حین کارکرد تجهیزات خطوط تولید به دست می‌آیند درصورتی‌که در سطوح بالای هرم اتوماسیون توسط نرم‌افزارهای کاربردی مدیریت تولید و مدیریت منابع سازمانی پردازش و مورداستفاده قرار گیرند می‌توانند مزایای چشمگیری همچون افزایش بازدهی و کارایی، کاهش هزینه‌ها، بهبود کیفیت محصولات، بهینه‌سازی پروسه تولید و… را برای هر بنگاه اقتصادی به همراه داشته باشند. ازاین‌رو یکی از وظایف مهم سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ در کارخانه دیجیتال، تهیه داده‌ها و اطلاعات موردنیاز برای نرم‌افزارهای مورداستفاده در سطوح MES و ERP تعریف‌شده است. ازآنجاکه وجود پروتکل‌های ارتباطی متفاوت مابین تجهیزات مختلفِ هرم اتوماسیون منجر به پیچیدگی، افزایش زمان و هزینه تبادل اطلاعات می‌گردد، وجود یک کانال ارتباطی باز همچون OPC UA مابین تجهیزات مختلف به‌گونه‌ای که این تجهیزات در یک بستر ایمن، قادر به تبادل آسان و سریع اطلاعات با یکدیگر باشند، از ملزومات دستیابی به مزایای ذکرشده به شمار می‌رود.

نکته دیگری که می‌بایست مدنظر قرار گیرد آن است که جمع‌آوری حجم بالایی از داده‌ها از سطوح مختلف هرم اتوماسیون و ذخیره‌سازی و پردازش این اطلاعات از یک‌سو نیازمند به‌کارگیری مجموعه‌ای از سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای گران‌قیمت است و از سوی دیگر با توجه به چگونگی فرآیند تولید در انقلاب صنعتی چهارم، لازم است تا به‌منظور فراهم نمودن زیرساخت‌های لازم، دسترسی به این اطلاعات از هر مکان و در هر لحظه از زمان امکان‌پذیر گردد. امروزه با پیشرفت‌های فناوری اطلاعات، راهکارهایی سریع و ارزان جهت پاسخگویی به نیازهای فوق ارائه‌شده است که رایانش ابری (به انگلیسی : Cloud Computing) از جمله بهترین آن‌ها است. رایانش ابری، مدلی برای فراهم نمودن دسترسی سریع و آسان از طریق شبکه اینترنت به مجموعه‌ای از منابع رایانشیِ قابل‌تغییر و قابل پیکره‌بندی مانند سرورها و فضاهای ذخیره‌سازی داده‌ها، شبکه‌ها و پروتکل‌های ارتباطی، برنامه‌های کاربردی و سرویس‌ها در بستر پلتفرم‌های مختلف بر اساس تقاضای کاربر می‌باشد که این دسترسی با کمترین نیاز به مدیریت منابع یا دخالت مستقیم سرویس‌گیرنده فراهم گردد. دلیل تشبیه اینترنت به ابر در نام‌گذاری مفهوم رایانش ابری آن است که اینترنت همچون ابری، جزئیات فنی‌اش را از دید کاربران پنهان ساخته و کاربران از پشت‌صحنه و آنچه در پی آن اتفاق می‌افتد اطلاع دقیقی ندارند. شمایی از اجزای داخلی یک سیستم رایانش ابری و ارتباط تجهیزات مختلف با آن در شکل زیر نشان داده شده است.

عموماً کاربران رایانش ابری، مالک زیرساخت فیزیکی ابر نیستند و برای اجتناب از هزینه‌های سرمایه‌ای، آن را از سرویس‌دهندگان اجاره می‌کنند. این کاربران، منابع را در قالب سرویس، مصرف می‌کنند و تنها بهای منابعی که به کار می‌برند را می‌پردازند. در مقابل، آنچه یک سرویس‌دهنده رایانش ابری ارائه می‌کند برنامه‌های کاربردی تجاری است که از طریق مرورگر وب یا نرم‌افزارهای دیگر به کاربران ارائه می‌شود. این نرم‌افزارها و اطلاعات روی سرورها ذخیره می‌گردند و بر اساس تقاضا در اختیار کاربران قرار می‌گیرند و کاربران نیازی به تخصص یا کنترل در مورد فناوری زیرساخت ابری که از آن استفاده می‌کنند ندارند. چابکی، هزینه پایین، مستقل از مکان و نوع تجهیز بودن، مقیاس‌پذیری، امنیت و قابلیت اطمینان بالا از مهم‌ترین مزایای استفاده از رایانش ابری به شمار می‌رود.

شرکت زیمنس در قالب بسته سازمان دیجیتال و به‌منظور پاسخگویی به کلیه نیازمندی‌های کاربران خود، اقدام به ارائه دو راهکار در دو مقیاس کوچک و بزرگ برای کاربردهای رایانش ابری نموده است. در مقیاس کوچک، زمانی که یک کارخانه از فضای ابری اختصاصی به‌منظور جمع‌آوری، ذخیره‌سازی، پردازش و تحلیل داده‌های مربوط به تجهیزات خطوط تولید خود استفاده می‌نماید، مطابق شکل زیر، نرم‌افزار TIA Portal Cloud Connector وظیفه برقراری ارتباط بین ایستگاه مهندسی محلی و فضای ابری اختصاصی را بر عهده می‌گیرد و از این طریق امکان دسترسی به تجهیزات مختلف هرم اتوماسیون از راه دور فراهم می‌گردد. در این پیکره‌بندی کلیه نرم‌افزارهای مهندسی موردنیاز روی ایستگاه محلی نصب و سپس این ایستگاه که با تجهیزات هرم اتوماسیون مرتبط است، از طریق نرم‌افزار ذکرشده به فضای ابری اختصاصی متصل می‌گردد. در این حالت کاربران می‌توانند از طریق پلتفرم‌های مختلف به فضای ابری متصل و بدون نیاز به نصب پرتال TIA، وضعیت تجهیزات را پایش نمایند. کاربرد نرم‌افزار TIA Portal Cloud Connector در برقراری ارتباط با تجهیزات از راه دور در شکل زیر نشان داده شده است.

زیمنس در مقیاسی بزرگ‌تر، اقدام به ارائه فضای ابری اختصاصی خود برای کاربردهای صنعتی تحت عنوان «MindSphere» نموده است. Mindsphere با برخورداری از زیرساخت‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری مناسب، برقراری ارتباط با تجهیزات هرم اتوماسیون از طریق پروتکل امن OPC UA و قابلیت اطمینان و کارایی بسیار بالا، قادر به تبدیل داده‌های بزرگ (به انگلیسی : Big Data) به داده‌های هوشمند (به انگلیسی : Smart Data) می‌باشد. منظور از داده‌های بزرگ، کلیه اطلاعات جمع‌آوری‌شده از پروسه‌های تولید و منظور از داده‌های هوشمند، اطلاعات تحلیلی حاصل از پردازش داده‌های بزرگ توسط سیستم رایانش ابری زیمنس می‌باشد. بحث پیرامون قابلیت‌ها و ویژگی‌های این فضای ابری بسیار گسترده است و در اینجا به ذکر یک نمونه در حوزه مدیریت مصرف انرژی بسنده می‌شود.

همان‌گونه که بیان گردید، نرم‌افزار SIMATIC Energy Suite، امکان جمع‌آوری کلیه داده‌ها و اطلاعات مرتبط با میزان انرژی مصرفی تجهیزات مختلف خطوط تولید را فراهم می‌نماید. درصورتی‌که این داده‌ها و اطلاعات به Mindsphere منتقل گردند، امکان پردازش و تحلیل آن‌ها بر پایه پایگاه‌های جامعی از اطلاعات دریافتی از کارخانجات و ماشین‌آلات مشابه و همچنین استانداردهای معتبر از طریق نرم‌افزارهای کاربردی موجود روی Mindsphere فراهم می‌گردد و داده‌های هوشمند حاصل از این پردازش، راهکارهای مفیدی در جهت کاهش و بهینه‌سازی مصرف انرژی در بخش‌های پرمصرف و ناکارآمد کارخانه ارائه می‌نمایند.

در پایان ذکر این نکته لازم است که رایانش ابری از نقشی ویژه در پیاده‌سازی کارخانه دیجیتال و برآورده شدن اهداف صنعت ۴.۰ در بخش تولید برخوردار می‌باشد. در صنعت ۴.۰، با جمع‌آوری اطلاعات مرتبط با پروسه‌های تولید یک محصول از ماشین‌آلات هوشمند و تمام‌خودکار خطوط تولید و اطلاعات دریافتی از دیگر منابع اطلاعاتی همچون سیستم‌های دریافت و پردازش سفارشات آنلاین مشتریان، سیستم‌های اطلاعاتی تأمین‌کنندگان مواد اولیه، سیستم‌های حمل‌ونقل و … و ذخیره‌سازی و پردازش این داده‌ها در یک فضای ابری مبتنی بر سیستم‌های رایانه‌ای پیشرفته و برخوردار از هوش مصنوعی، فرامین کنترلی لازم برای تجهیزات هوشمند خطوط تولید که به فناوری اینترنت اشیاء مجهز می‌باشند تولید و ارسال می‌گردد و از این طریق امکان تولید منعطف انواع محصولات فراهم می‌شود. ضمناً در این ساختار، در صورت بروز هرگونه اشکال در عملکرد تجهیزات، به‌سرعت سیستم‌های خود خطایابی فعال گردیده و بدون نیاز به دخالت انسان، مشکلات و خطاها مرتفع می‌گردد. فضای ابری اختصاصی زیمنس برای کاربردهای صنعتی موسوم به MindSphere در شکل زیر نشان داده شده است.

TIA Portal Openness

نرم افزار تبادل اطلاعات مابین نرم افزارهای خارجی و پرتال TIA

در دنیای برنامه‌نویسی، به مجموعه‌ای از توابع که امکان تبادل اطلاعات مابین دو نرم‌افزار را فراهم می‌نمایند، رابط کاربردی برنامه‌نویسی (به انگلیسی : Application Programming Interface (API)) گفته می‌شود. API را می‌توان به قراردادی تشبیه نمود که بر اساس آن، دو نرم‌افزار قادر به برقراری ارتباط و تبادل داده با یکدیگر می‌گردند. ارائه API برای یک نرم‌افزار جامع موجب تشویق برنامه نویسان به نوشتن و ارائه برنامه‌های کاربردی بر پایه پلتفرم نرم‌افزار اصلی می‌گردد، ازاین‌رو شرکت زیمنس نیز اقدام به ارائه API اختصاصی برای نرم‌افزارهای اصلی پرتال TIA نموده است و نرم‌افزار TIA Portal Openness، ابزاری است که توابع API ذکرشده را فعال و در اختیار کاربران قرار می‌دهد. از جمله قابلیت‌های ارائه‌شده برای نسخه چهاردهم این ابزار می‌توان به امکان بازنمودن و مدیریت پروژه، مدیریت کتابخانه‌ها، ترجمه پروژه، تبادل بخشی از اطلاعات پروژه همچون ماژول‌ها، جداول متغیرها، ارتباطات شبکه‌ای PLC ها و… اشاره نمود.

SIMATIC Automation Tool

نرم افزار مدیریت تجهیزات اتوماسیونی تحت شبکه پروفی نت یا اترنت

نرم‌افزار SIMATIC Automation Tool، یکی از ابزارهای جدید و کاربردی شرکت زیمنس جهت کار روی شبکه‌ای متشکل از PLC های سری S7-1200، S7-1500 و کنترلرهای توزیع‌شده ET200SP CPU می‌باشد که از آن می‌توان پس از ایجاد، پیکره‌بندی، برنامه‌نویسی و راه‌اندازی یک پروژه با استفاده از نرم‌افزارهای اصلی پرتال TIA، به‌منظور جستجو و یافتن آدرس IP کلیه کنترلرهای متصل به شبکه، تغییر نام، تغییر آدرس IP، تنظیم ساعت داخلی و تغییر مد کاری کنترلرها، دانلود و آپلود برنامه، به‌روزرسانی میان افزار کنترلرها، یافتن موقعیت فیزیکی کنترلرها از طریق فعال‌سازی LED روی آن‌ها، دریافت اطلاعات موجود در بافر خطایاب و بازگرداندن تنظیمات کنترلرها به تنظیمات اولیه کارخانه استفاده نمود. این نرم‌افزار به‌عنوان یک ابزار مکمل برای STEP7، هم‌زمان وضعیت کلیه کنترلرهای قرارگرفته روی یک شبکه پروفی نت یا اترنت را به‌صورت محلی یا از راه دور بررسی و قابلیت‌های ذکرشده را در اختیار کاربران قرار می‌دهد.

TIA Selection Tool

ابزار انتخاب و پیکربندی اجزای مختلف سیستم کنترل

با توجه به تنوع بالا و طیف گسترده محصولات شرکت زیمنس در حوزه اتوماسیون صنعتی، این شرکت اقدام به ارائه راهکارهایی جهت انتخاب سریع و دقیق قطعات و تجهیزات موردنیاز برای هر کاربرد نموده است تا از این طریق کاربران در کوتاه‌ترین زمان و با کمترین اشتباه، از بهترین انتخاب برخوردار گردند. نرم‌افزار جامع TIA Selection Tool (TST)، یکی از بهترین راهکارهای ارائه‌شده در این زمینه است که به‌صورت رایگان در دو نسخه تحت ویندوز (TST Desktop) و تحت وب (TST Cloud) در اختیار کاربران قرار داده شده است.TST، ابزاری جهت انتخاب و پیکربندی اجزای مختلف سیستم کنترل مبتنی بر تجهیزات شرکت زیمنس در حوزه اتوماسیون صنعتی است که به‌صورت مرحله‌به‌مرحله و با پرسش سؤالاتی از کاربر، وی را به سمت بهترین انتخاب هدایت می‌نماید. در طراحی این نرم‌افزار سعی شده است تا تمامی جزئیات موردنیاز در طراحی سیستم کنترل مدنظر قرار گیرد و حتی کاربران مبتدی بتوانند با کمترین میزان اشتباه، سیستم کنترل متناسب با کاربرد خود را انتخاب و پیکره‌بندی نمایند. این نرم‌افزار از قابلیت‌های ممتازی همچون مشاوره، راهنمایی و هدایت به سمت انتخاب صحیح قطعات موردنیاز برای سیستم کنترل،  امکان پیکره‌بندی اجزاء سیستم کنترل به‌صورت مستقل و یکپارچه و امکان استفاده از فایل پیکره‌بندی در نرم‌افزار STEP7 داخل پرتال TIA برخوردار بوده و پس از اتمام پیکره‌بندی سیستم کنترل، لیستی جامع از قطعات با جزئیات کامل در اختیار کاربران قرار می‌دهد. همچنین در صورت عضویت در فروشگاه زیمنس، می‌توان هزینه پیاده‌سازی سیستم کنترل را به تفکیک کلیه قطعات، تجهیزات و نرم‌افزارهای موردنیاز محاسبه نمود. لازم به ذکر است این نرم‌افزار جایگزین نرم‌افزار پیشین شرکت زیمنس در این زمینه موسوم به  SIMATIC Selection Tool (SST) گردیده است. صفحه اصلی نرم‌افزار TST در دو نمای Portal View و Project View و پنجره اضافه نمودن قطعات به پروژه در نرم‌افزار TST در شکل های زیر نشان داده شده است.