Zamislite robotsku ruku koja se savija i okreće, pri čemu svaka osi opremljena vrlo preciznim motornim pogonima, senzorima ili strojnim vidom, kao da igra simfoniju pokreta. Ali bez "vodiča" koji kaže svakoj komponenti sustava kada i kako izvesti svoje postupke, ruka bi mogla napraviti oštre sudare i metalne ogrebotine.
U prethodnim člancima iz serije kontrole u stvarnom vremenu pogledali smo instrumente za kontrolu u stvarnom vremenu (RTC) koji se koriste za osjet, vožnju i obradu. Da bi ih sve okupili, zahtijeva "naredbu": komunikacije u stvarnom vremenu. U ovom ćemo članku koristiti industriju 4. 0 na temelju komunikacije i kontrole u stvarnom vremenu kao polazište za našu raspravu.
Čimbenici koji pokreću razvoj velikih podataka u automatizaciji
Tvorničke operacije bez ljudske intervencije postale su popularne zbog epidemije. Prikupljanje i pravilna raspodjela velikih podataka (definirano od strane Oxford Rječnika kao vrlo velikih skupova podataka koji se mogu računalno analizirati kako bi se otkrili uzorci, trendovi i korelacije, posebno u odnosu na ljudsko ponašanje i interakcije) mogu podržati digitalne blizance, mjerenje, uslugu, uslugu punjenje i prediktivno održavanje. Na primjer, dostupni veliki podaci omogućuju nadzor performansi robotskih uvjeta rada i sustava rada, kao i brzine podataka, temperature, vlage, vibracije itd., Što dovodi do razvoja modela koji mogu predvidjeti buduće performanse i radne uvjete na temelju AI koji uči pomoću velikih podataka (digitalni blizanci). Da biste u potpunosti iskoristili ove prednosti, potrebno je kombinirati informacijsku tehnologiju (IT) i operativnu tehnologiju (OT) kako biste mogli podržati internetski protokol (IP), kao i RTC System Edge. Logično, to se naziva i OT konvergencija.
U Ethernet -u, mrežni i transportni slojevi modela interkonekcije otvorenih sustava (OSI) podržavaju protokol kontrole prijenosa prijenosa/internetski protokol (TCP/IP), tako da je Ethernet inherentno sposoban podržati IPv4 (i IPV6). Uz sve to, mogućnost prijenosa potrebne količine informacija je razlog zašto Industrial Ethernet postaje značajan standard komunikacije u konvergirajućim područjima industrijske automatizacije. Tradicionalni poljani i dalje se koriste za komunikaciju s rubnim uređajima, jer postojeće infrastrukture obično koriste dvožične protokole i ne podržavaju nativni TCP/IP. Slika 1 prikazuje trenutne komunikacijske metode u industrijskoj automatizaciji.
Trenutne metode komunikacije u industrijskoj automatizaciji
Način na koji se provodi industrijska komunikacija počeo se mijenjati. Ethernet s jednim parom (SPE) održava postojeće dvožične arhitekture sustava, istovremeno podržavajući brže brzine i mnoge prednosti industrijskog Etherneta. Napredna terenska dijagnostika podržava i distribuirano i centralizirano praćenje i rad. I, naravno, SPE može ponovo upotrijebiti postojeću dvožičnu infrastrukturu izgrađenu od više postojećih polja, pojednostavljujući nadogradnje usmjerene na konvergenciju i minimizirati troškove.
Dublje razumijevanje Etherneta
Iako je Ethernet otvoren i sveprisutan u poslovnim aplikacijama, trenutno nije dostupan za aplikacije u stvarnom vremenu, jer je prijenos IT Ethernet okvira "najbolje napor" i nekontroliran; U svakom slučaju, pogreške su neugodne. U stvarnom vremenu, pogreške mogu imati ozbiljne posljedice i čak biti opasne, a RTC sustavima trebaju pouzdanu komunikaciju kao "vodič" sustava kako bi se osiguralo da sustav djeluje onako kako je namijenjeno, izbjegavajući na taj način neuspjeh ili oštećenja proizvoda ili ozljede osobljem. Budući da se Ethernet obično koristi u poduzeću ili potrošačkom okruženju, malo je izazova u okolišu. Suprotno tome, RTC sustavi su često u teškim okruženjima.
Potreba za robusnošću, determiniranom ponašanjem (npr. Pouzdanost u širokim temperaturnim rasponima, u bučnom i prljavom okruženju) i višim stopama podataka pokrenula je pojavu industrijskog Etherneta. Industrial Ethernet je deterministički i robustan, pružajući dodatnu širinu pojasa i inherentnu IP povezanost za potpuno korištenje RTC sustava.
Evo karakteristika vremena i kako se odnose na Ethernet fizički sloj (PHY).
Važnost vremenskih karakteristika
Postoje tri važne vremenske karakteristike u RTC sustavu:
Kašnjenje.U tom je kontekstu važno razmotriti kašnjenja poput kašnjenja širenja: duljine vremena od kada podaci ulaze u komponentu sustava, podsustava ili podsustava dok ne napusti. Na primjer, TI DP83826E 10Mbps/100Mbps Ethernet Phy ima kašnjenje u izletu od 208 n. Niže latencija može smanjiti vrijeme ciklusa ili povećati broj čvorova u sabirnici.
Determinizam.Nije važno koliko je latencija niska ako vrijeme dolaska uvelike varira svaki put kada podaci prođu kroz sustav. Ova varijacija u vremenu dolaska poznata je kao determinizam. Nizak podrhtavanje znači dobar determinizam. Nizak determinizam znači da trebate ugraditi manje marže u sustav kako biste prilagodili promjenjivoj kašnjenju. Slika 2 prikazuje latenciju (208ns) i determinizam (± 2ns) DP83826E. Ethernet protokoli u stvarnom vremenu poput ethercat mogu iskoristiti niže, determinirane karakteristike kašnjenja Ethernet Phys.
Odgoda i njegova sigurnost
Sinkronizacija. Postoje i prednosti vezanja vremena cijelog sustava ili nekoliko kompletnih sustava zajedno. Kako bi se maksimizirala učinkovitost i propusnost, uz osiguravanje sigurnog rada, različiti podsustavi možda će trebati "znati" točno kada će drugi podsustav izvesti operaciju. Industrijski protokoli Ethernet svi podržavaju neku vrstu sinkronizacije. Vremensko osjetljivo umrežavanje (TSN) primjer je sinkronizacije vremena za RTC sustave. Institut inženjera elektrotehnike i elektronike (IEEE) 1588v2, protokol preciznog vremena (PTP), pomaže održati više uređaja sinkronizirane jedni s drugima, a IEEE 802.1As, također poznat kao generalizirani PTP (GPTP), dodatno olakšava sinkronizaciju za vremensku senzibilnu primjenu kao što je RTC.
Zaključak
Uspješne RTC i komunikacijske implementacije su kamen temeljac industrije 4. 0. Ali više od pukog omogućavanja industrije 4. 0, s determinističkim, sinkroniziranim i niskim kašnjenjem komunikacija Phys and Industrial Ethernet protokole, svi se instrumenti mogu okupiti kako bi napravili prekrasnu glazbu.