Imaginează -ți un braț robotizat care se îndoaie și se rotește, cu fiecare axă echipată cu unități motorii foarte precise, senzori sau viziune a mașinii, ca și cum ar juca o simfonie de mișcare. Dar fără ca un „conductor” să spună fiecărei componente a sistemului când și cum să -și efectueze acțiunile respective, brațul ar putea face coliziuni dure și resturi metalice.
În articolele anterioare din seria de control în timp real, am analizat instrumentele de control în timp real (RTC) utilizate pentru detectarea, conducerea și procesarea. Pentru a le reuni pe toate, necesită „comandă”: comunicații în timp real. În acest articol, vom folosi industria 4. 0 pe baza comunicării și controlului în timp real ca punct de plecare pentru discuțiile noastre.
Factori care determină dezvoltarea datelor mari în automatizare
Operațiunile din fabrică fără intervenție umană au devenit populare din cauza epidemiei. Colectarea și distribuția corespunzătoare a datelor mari (definite de Dicționarul Oxford ca seturi de date foarte mari, care pot fi analizate din punct de vedere calculat pentru a dezvălui tipare, tendințe și corelații, în special în raport cu comportamentul uman și interacțiunile) pot susține gemeni digitali, contorizare, serviciu încărcare și întreținere predictivă. De exemplu, având date mari disponibile permite monitorizarea performanței brațelor robotice și a condițiilor de operare a sistemului, precum și a ratelor de date, temperaturii, umidității, vibrațiilor etc., ceea ce duce la dezvoltarea de modele care pot prezice performanțele viitoare și condițiile de operare bazate pe AI care învață folosind date mari (gemeni digitali). Pentru a profita din plin de aceste beneficii, este necesar să se combine tehnologia informației (IT) și Tehnologia Operațiunilor (OT) pentru a putea sprijini Internet Protocol (IP), precum și RTC System Edge. În mod logic, aceasta se numește și convergența OT.
În Ethernet, rețeaua și straturile de transport ale modelului de interconectare a sistemelor deschise (OSI) suportă protocolul de control al transmisiei/protocolul Internet (TCP/IP), astfel încât Ethernet este capabil în mod inerent să susțină IPv4 (și IPv6). În plus, capacitatea de a transfera cantitatea necesară de informații este determinist este motivul pentru care Ethernet industrial devine un standard de comunicare substanțial în domeniile convergente ale automatizării industriale. Busurile de câmp tradiționale sunt încă utilizate pentru a comunica cu dispozitivele Edge, deoarece infrastructurile existente folosesc de obicei protocoale cu două fire și nu acceptă TCP/IP nativ. Figura 1 ilustrează metodele actuale de comunicare în automatizarea industrială.
Metode de comunicare curente în automatizarea industrială
Modul în care sunt implementate comunicațiile industriale a început să se schimbe. Ethernet cu o singură pereche (SPE) menține arhitecturi de sistem cu două fire existente, susținând în același timp viteza mai rapidă și multe beneficii ale Ethernet industrial. Diagnosticele avansate pe teren sprijină atât monitorizarea și funcționarea distribuită și centralizată. Și, desigur, SPE poate reutiliza infrastructurile existente în două fire, construite din mai multe busuri de câmp existente, simplificând modernizările bazate pe convergență și minimizarea costurilor.
O înțelegere mai profundă a lui Ethernet
În timp ce Ethernet este deschis și omniprezent în aplicațiile pentru întreprinderi, nu este disponibil în prezent pentru aplicații în timp real, deoarece transmiterea cadrelor IT Ethernet este „cel mai bun efort” și necontrolat; În orice caz, erorile sunt enervante. Pentru OT în timp real, erorile pot avea consecințe grave și chiar sunt periculoase, iar sistemele RTC au nevoie de comunicații fiabile ca „conductor” al sistemului pentru a se asigura că sistemul funcționează așa cum este prevăzut, evitând astfel defecțiunea produsului sau deteriorarea sistemului sau a vătămării la personal. Deoarece Ethernet este de obicei utilizat în medii de întreprindere sau consumatori, există puține provocări de mediu. În schimb, sistemele RTC sunt adesea în medii dure.
Necesitatea robustetei, a comportamentului determinist (de exemplu, fiabilitatea pe intervalele largi de temperatură, în medii zgomotoase și murdare) și rate de date mai mari a determinat apariția Ethernet industrial. Industrial Ethernet este determinist și robust, oferind lățime de bandă suplimentară și conectivitate IP inerentă pentru a utiliza pe deplin sisteme RTC.
Iată o privire asupra caracteristicilor de sincronizare și a modului în care acestea se aplică stratului fizic Ethernet (PHY).
Importanța caracteristicilor de sincronizare
Există trei caracteristici importante de sincronizare într -un sistem RTC:
Latență.În acest context, este important să luăm în considerare întârzieri precum întârzierea de propagare: durata de timp de la momentul în care datele intră în componenta sistem, subsistem sau subsistem până când pleacă. De exemplu, DP83826E 10Mbps/100Mbps Ethernet Phy are o întârziere dus-întors de 208ns. Latența mai mică poate reduce timpul ciclului sau poate crește numărul de noduri din autobuz.
Determinism.Nu contează cât de scăzută este latența dacă timpul de sosire variază foarte mult de fiecare dată când datele trec prin sistem. Această variație a timpului de sosire este cunoscută sub numele de determinism. Jitter scăzut înseamnă o determinism bun. Determinism scăzut înseamnă că trebuie să construiți mai puțină marjă în sistem pentru a se adapta în schimbare latență. Figura 2 ilustrează latența (208ns) și determinismul (± 2) a DP83826E. Protocoalele Ethernet în timp real, cum ar fi Ethercat, pot profita de caracteristicile de latență mai scăzute, deterministe ale Ethernet Phys.
Întârzierea și certitudinea sa
Sincronizare. Există, de asemenea, avantaje pentru legarea calendarului unui întreg sistem sau a mai multor sisteme complete împreună. Pentru a maximiza eficiența și debitul, asigurând în același timp o funcționare sigură, este posibil ca diferite subsisteme să fie nevoiți să „cunoască” exact atunci când un alt subsistem va efectua o operație. Protocoalele Ethernet industriale susțin toate un fel de sincronizare. Rețeaua sensibilă la timp (TSN) este un exemplu de sincronizare a timpului pentru sistemele RTC. Institutul de Ingineri Electrici și Electronici (IEEE) 1588v2, Precision Time Protocol (PTP), ajută la menținerea mai multor dispozitive sincronizate între ele, iar IEEE 802.1as, cunoscut și sub numele de PTP generalizat (GPTP), facilitează în continuare sincronizarea pentru aplicații selecționale în timp în timp, în timp, aplicații selecționale în timp, în timp, aplicații selecționale în timp sesibile în timp sesibile în timp sesibile în timp ( cum ar fi RTC.
Concluzie
Declinarea de succes RTC și comunicații sunt piatra de temelie a industriei 4. 0. Dar mai mult decât să activeze industria 4. 0, cu comună de comunicații deterministe, sincronizate și cu latență scăzută și protocoale Ethernet industriale, toate instrumentele se pot reuni pentru a face muzică frumoasă.