Φανταστείτε ένα ρομποτικό βραχίονα που σκύβει και περιστρέφεται, με κάθε άξονα εξοπλισμένο με πολύ ακριβείς κινητικούς δίσκους, αισθητήρες ή όραση μηχανής, σαν να παίζει μια συμφωνία κίνησης. Αλλά χωρίς έναν "αγωγό" να πει σε κάθε στοιχείο του συστήματος όταν και πώς να εκτελέσει τις αντίστοιχες ενέργειές του, ο βραχίονας μπορεί να κάνει σκληρές συγκρούσεις και μεταλλικές γρατζουνιές.
Σε προηγούμενα άρθρα της σειράς ελέγχου σε πραγματικό χρόνο, εξετάσαμε τα όργανα ελέγχου σε πραγματικό χρόνο (RTC) που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση, την οδήγηση και την επεξεργασία. Για να τα φέρετε όλα μαζί απαιτεί "εντολή": επικοινωνίες σε πραγματικό χρόνο. Σε αυτό το άρθρο, θα χρησιμοποιήσουμε τη βιομηχανία 4. 0 Με βάση την επικοινωνία και τον έλεγχο σε πραγματικό χρόνο ως σημείο εκκίνησης για τη συζήτησή μας.
Παράγοντες που οδηγούν στην ανάπτυξη μεγάλων δεδομένων στον αυτοματισμό
Οι εργοστασιακές εργασίες χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση έχουν γίνει δημοφιλείς λόγω της επιδημίας. Η συλλογή και η σωστή κατανομή των μεγάλων δεδομένων (που ορίζονται από το λεξικό της Οξφόρδης ως πολύ μεγάλα σύνολα δεδομένων που μπορούν να αναλυθούν υπολογιστικά για να αποκαλύψουν πρότυπα, τάσεις και συσχετισμούς, ειδικά σε σχέση με την ανθρώπινη συμπεριφορά και τις αλληλεπιδράσεις) φόρτιση και πρόβλεψη συντήρησης. Για παράδειγμα, η διαθεσιμότητα μεγάλων δεδομένων επιτρέπει την παρακολούθηση της απόδοσης των ρομποτικών όπλων και των συνθηκών λειτουργίας του συστήματος, καθώς και των ρυθμών δεδομένων, της θερμοκρασίας, της υγρασίας, των κραδασμών κ.λπ. AI που μαθαίνει να χρησιμοποιεί μεγάλα δεδομένα (ψηφιακά δίδυμα). Για να επωφεληθείτε πλήρως από αυτά τα οφέλη, είναι απαραίτητο να συνδυάσετε την τεχνολογία της τεχνολογίας της πληροφορίας (IT) και την τεχνολογία λειτουργιών (OT), ώστε να είναι σε θέση να υποστηρίξει το πρωτόκολλο Internet (IP) καθώς και την άκρη του συστήματος RTC. Λογικά, αυτό το ονομάζεται και η σύγκλιση OT.
Στο Ethernet, τα στρώματα δικτύου και μεταφοράς του πρωτοκόλλου ελέγχου μετάδοσης/internet (TCP/IP), έτσι ώστε το Ethernet να είναι εγγενώς ικανό να υποστηρίζει το IPv4 (και το IPv6). Εκτός από αυτό, η δυνατότητα μεταφοράς του απαιτούμενου ποσού πληροφοριών που ντετεριακά είναι ο λόγος για τον οποίο το βιομηχανικό Ethernet γίνεται ένα σημαντικό πρότυπο επικοινωνίας στους συγκλίνουσες τομείς του βιομηχανικού αυτοματισμού. Οι παραδοσιακές πλατφόρμες εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται για την επικοινωνία με συσκευές Edge, επειδή οι υπάρχουσες υποδομές χρησιμοποιούν συνήθως πρωτόκολλα δύο συρμάτων και δεν υποστηρίζουν το εγγενές TCP/IP. Το σχήμα 1 απεικονίζει τις τρέχουσες μεθόδους επικοινωνίας στη βιομηχανική αυτοματοποίηση.
Τρέχουσες μέθοδοι επικοινωνίας στον βιομηχανικό αυτοματισμό
Ο τρόπος με τον οποίο εφαρμόζονται οι βιομηχανικές επικοινωνίες έχει αρχίσει να αλλάζει. Το ενιαίο ζεύγος Ethernet (SPE) διατηρεί τις υπάρχουσες αρχιτεκτονικές συστήματος δύο συρμάτων, ενώ υποστηρίζει τις ταχύτερες ταχύτητες και πολλά οφέλη του βιομηχανικού Ethernet. Η Advanced Field Diagnostics υποστηρίζει τόσο την κατανεμημένη όσο και την κεντρική παρακολούθηση και τη λειτουργία. Και, φυσικά, το SPE μπορεί να επαναχρησιμοποιήσει τις υπάρχουσες υποδομές δύο συρμάτων που κατασκευάστηκαν από πολλαπλές υπάρχουσες ληξίες, να απλοποιήσουν τις αναβαθμίσεις που οδηγούνται από τη σύγκλιση και να ελαχιστοποιήσουν το κόστος.
Μια βαθύτερη κατανόηση του Ethernet
Ενώ το Ethernet είναι ανοιχτό και πανταχού παρόν σε επιχειρηματικές εφαρμογές, δεν είναι επί του παρόντος διαθέσιμη για εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο, επειδή η μετάδοση των πλαισίων Ethernet είναι "καλύτερη απόδοση" και ανεξέλεγκτη. Σε κάθε περίπτωση, τα σφάλματα είναι ενοχλητικά. Για OT σε πραγματικό χρόνο, τα σφάλματα μπορούν να έχουν σοβαρές συνέπειες και ακόμη και να είναι επικίνδυνα και τα συστήματα RTC χρειάζονται αξιόπιστες επικοινωνίες ως "αγωγός" του συστήματος για να εξασφαλίσουν ότι το σύστημα λειτουργεί όπως προβλέπεται, αποφεύγοντας έτσι την αποτυχία του προϊόντος ή τη ζημιά στο σύστημα ή τον τραυματισμό στο προσωπικό. Επειδή το Ethernet χρησιμοποιείται συνήθως σε επιχειρηματικά ή καταναλωτικά περιβάλλοντα, υπάρχουν λίγες περιβαλλοντικές προκλήσεις. Αντίθετα, τα συστήματα RTC είναι συχνά σε σκληρά περιβάλλοντα.
Η ανάγκη για ευρωστία, ντετερμινιστική συμπεριφορά (π.χ. αξιοπιστία σε σχέση με ευρεία θερμοκρασία, σε θορυβώδη και βρώμικα περιβάλλοντα) και υψηλότερα ποσοστά δεδομένων οδήγησαν την εμφάνιση του βιομηχανικού Ethernet. Το Industrial Ethernet είναι ντετερμινιστικό και ανθεκτικό, παρέχοντας πρόσθετο εύρος ζώνης και εγγενή συνδεσιμότητα IP για να χρησιμοποιήσει πλήρως τα συστήματα RTC.
Εδώ είναι μια ματιά στα χαρακτηριστικά χρονισμού και πώς ισχύουν για το φυσικό στρώμα Ethernet (PHY).
Σημασία των χαρακτηριστικών χρονισμού
Υπάρχουν τρία σημαντικά χαρακτηριστικά χρονισμού σε ένα σύστημα RTC:
Αφάνεια.Σε αυτό το πλαίσιο, είναι σημαντικό να εξεταστούν καθυστερήσεις όπως η καθυστέρηση διάδοσης: το χρονικό διάστημα από το πότε τα δεδομένα εισέρχονται στο σύστημα, το υποσύστημα ή το συστατικό υποσυστήματος μέχρι να φύγει. Για παράδειγμα, το DP83826E 10Mbps/100Mbps Ethernet PHY της TI έχει καθυστέρηση στρογγυλής διαδρομής 208NS. Η χαμηλότερη καθυστέρηση μπορεί να μειώσει τον χρόνο κύκλου ή να αυξήσει τον αριθμό των κόμβων στο λεωφορείο.
Αιτιοκρατία.Δεν έχει σημασία πόσο χαμηλή είναι η καθυστέρηση εάν ο χρόνος άφιξης ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό κάθε φορά που τα δεδομένα περνούν μέσω του συστήματος. Αυτή η διακύμανση του χρόνου άφιξης είναι γνωστή ως ντετερμινισμός. Το χαμηλό jitter σημαίνει καλό ντετερμινισμό. Ο χαμηλός ντετερμινισμός σημαίνει ότι πρέπει να χτίσετε λιγότερο περιθώριο στο σύστημα για να φιλοξενήσετε την μεταβαλλόμενη καθυστέρηση. Το σχήμα 2 απεικονίζει την καθυστέρηση (208ns) και τον ντετερμινισμό (± 2Ns) του DP83826E. Τα πρωτόκολλα Ethernet σε πραγματικό χρόνο, όπως το EtherCat, μπορούν να επωφεληθούν από τα χαμηλότερα, ντετερμινιστικά χαρακτηριστικά της λανθάνουσας κατάστασης του Ethernet Phys.
Καθυστέρηση και βεβαιότητα
Συγχρονισμός. Υπάρχουν επίσης πλεονεκτήματα για τη σύνδεση του χρονοδιαγράμματος ενός ολόκληρου συστήματος ή πολλά πλήρη συστήματα μαζί. Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η αποτελεσματικότητα και η απόδοση, εξασφαλίζοντας παράλληλα την ασφαλή λειτουργία, διαφορετικά υποσυστήματα μπορεί να χρειαστεί να "γνωρίζουν" ακριβώς πότε θα εκτελέσει ένα άλλο υποσύστημα. Τα πρωτόκολλα της βιομηχανικής Ethernet υποστηρίζουν όλα τα είδη συγχρονισμού. Το Time Sensitive Networking (TSN) είναι ένα παράδειγμα συγχρονισμού χρόνου για τα συστήματα RTC. Το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) 1588V2, πρωτόκολλο χρόνου ακριβείας (PTP), βοηθά στη διατήρηση πολλαπλών συσκευών συγχρονισμένων μεταξύ τους και το IEEE 802.1A, επίσης γνωστές ως γενικευμένες PTP (GPTP) όπως RTC.
Σύναψη
Οι επιτυχημένες αναπτύξεις RTC και επικοινωνιών αποτελούν τον ακρογωνιαίο λίθο της βιομηχανίας 4 0. Αλλά περισσότερο από την απλή ενημέρωση της βιομηχανίας 4.