Integracja oprogramowania OEE z Siemens TIA Portal: gromadzenie danych ze sterowników SIMATIC

Siemens TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) to zunifikowane środowisko inżynieryjne dla sterowników SIMATIC PLC firmy Siemens — serii S7-1200, S7-1500, S7-300 i S7-400 — które należą do najpowszechniej stosowanych sterowników PLC w przemyśle europejskim i światowym. Dla integracji oprogramowania OEE TIA Portal jest środowiskiem inżynieryjnym, w którym definiuje się bloki danych PLC i konfiguracje komunikacji; zbieranie danych w czasie pracy na potrzeby OEE zwykle odbywa się za pomocą serwerów OPC-UA wbudowanych w nowoczesne sterowniki SIMATIC S7-1500 lub za pośrednictwem serwerów SIMATIC NET OPC dla starszych generacji PLC.

Sterowniki SIMATIC S7-1500 (a także S7-1200 z firmware 4.1+) zawierają natywną funkcjonalność serwera OPC-UA, którą można włączyć i skonfigurować bezpośrednio w TIA Portal bez dodatkowego oprogramowania. Ten serwer OPC-UA udostępnia bloki danych PLC jako adresowalne węzły, co pozwala oprogramowaniu OEE z klientem OPC-UA subskrybować tagi stanu maszyny, liczniki produkcji i zmienne procesowe bezpośrednio z PLC. Ta natywna ścieżka OPC-UA jest zalecanym podejściem integracyjnym dla nowych instalacji Siemens i zapewnia najniższe opóźnienia oraz najwyższą niezawodność spośród wszystkich opcji integracji w TIA Portal.

Dla starszej infrastruktury Siemens — S7-300, S7-400, systemów SCADA WinCC — droga integracji zwykle wykorzystuje serwery SIMATIC NET OPC (albo OPC-DA, albo bramę OPC-UA) jako warstwę pośrednią między protokołem komunikacji PLC (protokół S7 lub PROFIBUS) a standardowym interfejsem OPC, który może obsługiwać oprogramowanie OEE. Siemens udostępnia także framework łączności SINEMA oraz MindSphere (obecnie Siemens Industrial Operations X) jako chmurowe ścieżki zbierania danych dla organizacji, które wolą kierować dane PLC przez infrastrukturę chmurową Siemens przed podłączeniem do oprogramowania OEE.

Konfigurowanie zbierania danych OEE w środowisku TIA Portal rozpoczyna się od zidentyfikowania lub utworzenia bloków danych PLC zawierających wartości istotne dla OEE. Bloki danych liczników produkcji zazwyczaj już istnieją w większości programów sterowników SIMATIC — rejestrują wyprodukowane części, liczbę odrzuconych oraz liczbę cykli do celów sterowania procesem. Dane o stanie maszyny mogą wymagać wyprowadzenia z istniejących bitów statusu w programie PLC (bity pracy silnika, bity awarii, selektory trybu) i skonsolidowania w dedykowane słowo stanu OEE, które platforma OEE może odczytywać jako pojedynczą wartość strukturalną zamiast dekodowania wielu pojedynczych bitów. Struktura bloków danych i konwencje nazewnictwa zmiennych w TIA Portal sprawiają, że mapowanie tagów OEE jest bardziej systematyczne niż w wielu innych platformach PLC. Typy danych zdefiniowane przez użytkownika (UDT) w TIA Portal pozwalają na uporządkowanie danych istotnych dla OEE w znormalizowany blok interfejsu OEE — z określonymi polami dla stanu maszyny, licznika produkcji, liczby odrzuconych oraz aktualnego produktu — który można replikować we wszystkich maszynach zakładu przy użyciu tej samej struktury. Takie znormalizowane podejście zmniejsza nakład pracy przy integracji OEE w zakładach z wieloma maszynami i upraszcza bieżące utrzymanie, ponieważ wszystkie maszyny stosują ten sam wzorzec interfejsu danych. Dla integracji oprogramowania OEE zalecana konfiguracja w TIA Portal obejmuje: zdefiniowanie bloku danych OEE ze znormalizowanymi zmiennymi stanu i liczników; włączenie serwera OPC-UA na sterownikach S7‑1500 z odpowiednimi uprawnieniami dostępu dla adresu IP platformy OEE; skonfigurowanie serwera OPC‑UA do publikowania węzłów bloku danych OEE z odpowiednimi częstotliwościami aktualizacji (zazwyczaj 100–500 ms dla zmian stanu, 1–5 s dla liczników); oraz udokumentowanie wersji projektu TIA Portal i adresów tagów OEE w słowniku danych udostępnianym zespołowi inżynierii automatyki i zespołowi wdrażającemu OEE.

Wielu środowiskom produkcyjnym Siemensa warstwy WinCC (SCADA/HMI) lub SIMATIC IT (MES) znajdujące się powyżej poziomu PLC może służyć jako alternatywne punkty integracji dla oprogramowania OEE. WinCC Unified i WinCC Professional przechowują dane produkcyjne w swoich bazach runtime i udostępniają dane za pośrednictwem OPC-UA i REST API, zapewniając punkt agregacji na poziomie SCADA, do którego oprogramowanie OEE może się podłączyć zamiast bezpośrednio do poszczególnych PLC. Ta architektura ma wartość w zakładach, gdzie wiele PLC przesyła dane do serwera WinCC, ponieważ zmniejsza liczbę połączeń, którymi musi zarządzać platforma OEE. Siemens MindSphere (obecnie część platformy Siemens Xcelerator Industrial IoT) to oparta na chmurze platforma IoT do łączenia przemysłowych zasobów Siemensa z analizami w chmurze. Dla oprogramowania OEE wdrażanego w architekturach chmurowych lub hybrydowych, łączność z MindSphere pozwala na kierowanie danych SIMATIC przez infrastrukturę IoT Siemensa zanim trafią do platformy OEE. Ta ścieżka jest szczególnie istotna dla wdrożeń OEE obejmujących wiele lokalizacji, gdzie scentralizowanie zbierania danych przez warstwę chmurową Siemensa zmniejsza złożoność łączności w porównaniu z ustanawianiem bezpośrednich połączeń OPC-UA z PLC w każdej lokalizacji. Dla producentów korzystających z SIMATIC IT (MES Siemensa) strategia integracji OEE często polega na podłączeniu oprogramowania OEE do SIMATIC IT zamiast bezpośrednio do PLC — podobnie jak w scenariuszu FactoryTalk Production Centre w przypadku Rockwella. SIMATIC IT przechowuje dane zamówień produkcyjnych, śledzenie materiałów i zapisy wydajności urządzeń, które w dużym stopniu pokrywają się z tym, co zebrałaby samodzielna platforma OEE. Producenci z wdrożeniami SIMATIC IT powinni ocenić, czy rozszerzenie możliwości raportowania OEE w SIMATIC IT lepiej zaspokoi ich potrzeby niż dodanie zewnętrznej platformy OEE, biorąc pod uwagę, że SIMATIC IT ma już na miejscu połączenia z PLC i infrastrukturę danych produkcyjnych.