Замислите роботску руку која може да се савија и ротира, а свака оса је опремљена високо прецизним моторима, сензорима или машинским видом, као да изводи симфонију кретања. Међутим, без "проводника" који би свакој компоненти система рекао када и како да изврши своју операцију, роботска рука би могла произвести оштар звекет и металне звукове брушења.
У претходним чланцима о контроли-у реалном времену, истражили смо-инструменте за контролу у реалном времену (РТЦ) који се користе за откривање, вожњу и обраду. Да бисмо их интегрисали, потребан нам је „диригент“: комуникација у реалном-времену. У овом чланку ћемо користити индустријски 4.0 заснован на-комуникацији и контроли у реалном времену као нашу полазну тачку за дискусију.
Фактори који покрећу развој великих података у области аутоматизације
Због утицаја пандемије, рад фабрика без људске интервенције постао је широко популаран. Прикупљање и одговарајућа дистрибуција великих података (дефинисаних Оксфордским речником као изузетно велике скупове података који могу да открију обрасце, трендове и корелације путем рачунарске анализе, посебно оних који се односе на људско понашање и интеракције) може подржати дигиталне близанце, мерење, наплату услуга и предиктивно одржавање. На пример, приступ великим подацима омогућава праћење перформанси роботске руке и здравља система, као и брзине података, температуре, влажности, вибрација и још много тога, чиме се омогућава развој АИ модела који могу предвидети будуће перформансе и здравље на основу великих података (дигитални близанци). Да би се у потпуности искористиле ове предности, неопходно је интегрисати информациону технологију (ИТ) и оперативну технологију (ОТ) за подршку Интернет протокола (ИП) и РТЦ система на ивици. Логично, ово се назива ИТ и ОТ конвергенција.
У Етернету, слој мреже и транспортни слој модела Опен Системс Интерцоннецтион (ОСИ) подржавају протокол за контролу преноса/Интернет протокол (ТЦП/ИП), тако да Етхернет инхерентно подржава ИПв4 (и ИПв6). Поред тога, може поуздано да преноси потребну количину информација, због чега индустријски Етхернет постаје суштински комуникациони стандард у области конвергенције индустријске аутоматизације. Пошто постојећа инфраструктура обично користи два-жична протокола који не подржавају локални ТЦП/ИП, традиционалне сабирнице поља се и даље користе за комуникацију са рубним уређајима. Слика 1 илуструје тренутне методе комуникације у области индустријске аутоматизације.
Слика 1: Актуелне методе комуникације у области индустријске аутоматизације
Начин на који се спроводи индустријска комуникација пролази кроз трансформацију. Етернет са једним-паром (СПЕ) може да одржи постојећу двожичну архитектуру система, истовремено подржавајући веће брзине и бројне предности индустријског Етернета. Напредна теренска дијагностика подржава дистрибуирано и централизовано праћење и рад. Наравно, СПЕ може поново да користи постојећу двожичну инфраструктуру-коју успоставља више постојећих сабирница поља, чиме се поједностављују надоградње засноване на конвергенцији{6}} и значајно смањују трошкови.
Разумевање Етхернета
Иако је Етернет отворен и свеприсутан у пословним апликацијама, тренутно није погодан за апликације у реалном-времену јер је пренос ИТ Етхернет оквира „најбољи напор“ и њиме се не управља; грешке су увек непожељне. За ОТ-у реалном времену, грешке могу имати озбиљне последице или чак представљати опасност. РТЦ системи захтевају поуздану комуникацију као „командни центар“ система како би се осигурало да систем ради како је предвиђено, чиме се избегавају кварови производа или изазивају оштећења система или личне повреде. Пошто се ИТ Етхернет обично користи у пословним или потрошачким окружењима, ретко се сусреће са еколошким изазовима. Насупрот томе, РТЦ системи често раде у тешким окружењима.
Потреба за робусним, детерминистичким понашањем (као што је поузданост у широким температурним распонима, бучним и прљавим окружењима) и вишим брзинама података довели су до појаве индустријског Етхернета. Индустријски Етхернет је детерминистички и робустан, пружајући додатни пропусни опсег и инхерентну ИП конекцију како би се у потпуности искористили РТЦ системи.
Хајде да погледамо временске карактеристике и како се оне примењују на Етернет физички слој (ПХИ).
Важност временских карактеристика
Постоје три кључне карактеристике времена у РТЦ системима:
Кашњење.У овом контексту, мора се узети у обзир кашњење, као што је кашњење пропагације: дужина времена од када подаци уђу у систем, подсистем или компоненту подсистема до изласка. 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.Ако време доласка података значајно варира сваки пут када прођу кроз систем, онда колико је мало кашњење постаје небитно. Ова варијација у времену доласка позната је као детерминизам. Мање подрхтавање указује на бољи детерминизам. Низак детерминизам значи да морате да уградите мање маргине у систем да бисте прилагодили различита кашњења. Слика 2 приказује кашњење (208нс) и детерминизам (±2нс) ДП83826Е. Етернет протоколи-у реалном времену (као што је ЕтхерЦАТ) могу да искористе ниске и детерминистичке карактеристике кашњења Етхернет ПХИ.
Слика 2: Кашњење и његов детерминизам
Синхронизација.Повезивање времена целог система или неколико комплетних система заједно такође има одређене предности. Да би се максимизирала ефикасност и пропусност уз обезбеђивање безбедног рада, различити подсистеми ће можда морати да знају тачно када други подсистем изводи одређену операцију. Сви индустријски Етхернет протоколи подржавају неки облик синхронизације. Временски{3}}Мрежа осетљива на време (ТСН) је пример временске синхронизације за РТЦ системе. Институт инжењера електротехнике и електронике (ИЕЕЕ) 1588в2, такође познат као Прецисион Тиме Протоцол (ПТП), помаже да више уређаја одржавају синхронизацију једни са другима. ИЕЕЕ 802.1ас, такође познат као Генерализовани ПТП (гПТП), даље омогућава синхронизацију за временски{9}}осетљиве апликације као што је РТЦ.
Закључак
Успешна примена РТЦ-а и комуникација су камен темељац Индустрије 4.0. Међутим, не ради се само о постизању Индустрије 4.0; са детерминистичким, синхронизованим и малим-комуникационим системима са малим кашњењем и индустријским Етхернет протоколима, сви инструменти могу да се комбинују да би свирали прелепу симфонију.