Комуникације у индустријској аутоматизацији

Замислите роботску руку која се савија и ротира, а свака ос је опремљена врло прецизним моторним погонима, сензорима или машинским видом, као да свира симфонију покрета. Али без "проводника" који би свакој компоненти система рекао када и како да изврши своје радње, рука би могла да направи оштре сударе и металне огреботине.

У претходним чланцима из серије{0}}Контрола у реалном времену, погледали смо инструменте за контролу{1}}у реалном времену (РТЦ) који се користе за откривање, вожњу и обраду. Да бисте их све спојили, потребна је „команда“: комуникација у-реалном времену. У овом чланку ћемо користити индустрију 4.0 засновану на-комуникацији и контроли у реалном времену као полазну тачку за нашу дискусију.

Фактори који покрећу развој великих података у аутоматизацији

Рад фабрика без људске интервенције постао је популаран због епидемије. Прикупљање и правилна дистрибуција великих података (дефинисаних Оксфордским речником као веома велике скупове података који се могу компјутерски анализирати да би се открили обрасци, трендови и корелације, посебно у вези са људским понашањем и интеракцијама) може подржати дигиталне близанце, мерење, наплату услуга и предиктивно одржавање. На пример, поседовање великих података омогућава праћење перформанси роботских руку и радних услова система, као и брзине преноса података, температуре, влажности, вибрација, итд., што доводи до развоја модела (дигиталних близанаца) способних да предвиде будуће перформансе и услове рада на основу вештачке интелигенције која учи користећи велике податке. Да бисте у потпуности искористили ове предности, неопходно је комбиновати информациону технологију (ИТ) и оперативну технологију (ОТ) да бисте могли да подржите Интернет протокол (ИП) као и руб РТЦ система. Логично, ово се зове ИТ и ОТ конвергенција.

У Етернету, мрежни и транспортни слојеви модела отвореног система међусобног повезивања (ОСИ) подржавају протокол контроле преноса/интернет протокол (ТЦП/ИП), тако да је Етернет инхерентно способан да подржава ИПв4 (и ИПв6). Поред овога, способност детерминистичког преноса потребне количине информација је разлог зашто индустријски Етхернет постаје значајан комуникациони стандард у конвергентним пољима индустријске аутоматизације. Традиционалне сабирнице поља се и даље користе за комуникацију са ивичним уређајима јер постојеће инфраструктуре обично користе два-жичне протоколе и не подржавају изворни ТЦП/ИП. Слика 1 илуструје тренутне методе комуникације у индустријској аутоматизацији.

                                 Слика 1: Актуелне методе комуникације у индустријској аутоматизацији

Начин на који се индустријске комуникације имплементирају је почео да се мења. Етернет са једним-парицом (СПЕ) одржава постојеће двожичне системске архитектуре-, истовремено подржавајући веће брзине и многе предности индустријског етернета. Напредна теренска дијагностика подржава дистрибуирано и централизовано праћење и рад. И, наравно, СПЕ може поново да користи постојеће двожичне-инфраструктуре изграђене од више постојећих сабирница поља, поједностављујући надоградњу{6}}која се покреће конвергенцијом и минимизирајући трошкове.

Дубље разумевање Етхернета

Иако је Етернет отворен и свеприсутан у апликацијама предузећа, тренутно није доступан за-апликације у реалном времену јер је пренос ИТ Етернет оквира „најбољи-напор“ и неконтролисан; у сваком случају, грешке су досадне. За-ОТ у реалном времену, грешке могу имати озбиљне последице и чак бити опасне, а РТЦ системима је потребна поуздана комуникација као „проводник“ система како би се осигурало да систем ради како је предвиђено, чиме се избегава квар производа или оштећење система или повреде особља. Пошто се ИТ Етернет обично користи у пословним или потрошачким окружењима, постоји неколико изазова за животну средину. Насупрот томе, РТЦ системи су често у тешким окружењима.

Потреба за робусним, детерминистичким понашањем (нпр. поузданост у широким температурним распонима, у бучним и прљавим окружењима) и већим брзинама података довели су до појаве индустријског Етхернета. Индустријски Етхернет је детерминистички и робустан, пружајући додатни пропусни опсег и инхерентну ИП конекцију за потпуно коришћење РТЦ система.

Ево погледа на временске карактеристике и како се оне примењују на физички слој Етхернет (ПХИ).

Важност временских карактеристика

Постоје три важне временске карактеристике у РТЦ систему:

Кашњење.У овом контексту, важно је узети у обзир кашњења као што је кашњење пропагације: дужина времена од када подаци уђу у систем, подсистем или компоненту подсистема до одласка. На пример, ТИ-јев ДП83826Е 10Мбпс/100Мбпс Етхернет ПХИ има повратно-кашњење од 208нс. Мање кашњење може смањити време циклуса или повећати број чворова на магистрали.
Детерминизам.Није важно колико је ниско кашњење ако време доласка значајно варира сваки пут када подаци прођу кроз систем. Ова варијација у времену доласка позната је као детерминизам. Низак јиттер значи добар детерминизам. Низак детерминизам значи да морате да уградите мање маргине у систем да бисте прилагодили променљиво кашњење. Слика 2 илуструје кашњење (208нс) и детерминизам (±2нс) ДП83826Е. Етернет протоколи-у реалном времену, као што је ЕтхерЦАТ, могу да искористе предности нижих, детерминистичких карактеристика кашњења Етхернет ПХИ.

                                Слика 2: Кашњење и његова сигурност

Синхронизација. Такође постоје предности повезивања времена целог система или неколико комплетних система заједно. Да би се максимизирала ефикасност и пропусност уз обезбеђивање безбедног рада, различити подсистеми ће можда морати да "знају" тачно када ће други подсистем извршити операцију. Сви индустријски Етхернет протоколи подржавају неку врсту синхронизације. Тиме Сенситиве Нетворкинг (ТСН) је пример временске синхронизације за РТЦ системе. Институт инжењера електротехнике и електронике (ИЕЕЕ) 1588в2, Прецисион Тиме Протоцол (ПТП), помаже да се више уређаја синхронизује један са другим, а ИЕЕЕ 802.1ас, такође познат као генерализовани ПТП (гПТП), додатно олакшава синхронизацију за временски{8}}осетљиве апликације као што је РТЦ.

Закључак

Успешна примена РТЦ-а и комуникација је камен темељац Индустрије 4.0. Али више од омогућавања индустрије 4.0, са детерминистичким, синхронизованим и малим{2}}комуникационим системима ПХИ и индустријским Етхернет протоколима, сви инструменти могу да се удруже да би направили прелепу музику.