Представете си роботизирана ръка, която се огъва и върти, като всяка ос е оборудвана с много прецизни моторни задвижвания, сензори или машинно зрение, сякаш свири симфония на движение. Но без „проводник“, който да казва на всеки компонент на системата кога и как да извършва съответните си действия, ръката може да причини тежки сблъсъци и метални ожулвания.
В предишни статии от поредицата-Контрол в реално време разгледахме-инструментите за контрол в реално време (RTC), използвани за отчитане, управление и обработка. За да ги съберете заедно, е необходима „команда“:-комуникации в реално време. В тази статия ще използваме Индустрия 4.0, базирана на-комуникация и контрол в реално време, като отправна точка за нашата дискусия.
Фактори, движещи развитието на Big Data в автоматизацията
Фабричните операции без човешка намеса станаха популярни поради епидемията. Събирането и правилното разпространение на големи данни (дефинирани от Оксфордския речник като много големи набори от данни, които могат да бъдат анализирани изчислително, за да се разкрият модели, тенденции и корелации, особено във връзка с човешкото поведение и взаимодействия) може да поддържа цифрови близнаци, измерване, таксуване на услуги и предсказуема поддръжка. Например, наличието на големи данни позволява наблюдение на производителността на роботизираните ръце и работните условия на системата, както и скоростите на данни, температурата, влажността, вибрациите и т.н., което води до разработването на модели (цифрови близнаци), способни да предскажат бъдеща производителност и условия на работа въз основа на AI, който се учи с помощта на големи данни. За да се възползвате напълно от тези предимства, е необходимо да комбинирате информационни технологии (IT) и операционни технологии (OT), за да можете да поддържате Интернет протокол (IP), както и периферията на RTC системата. Логично това се нарича IT и OT конвергенция.
В Ethernet мрежовите и транспортните слоеве на модела за взаимно свързване на отворени системи (OSI) поддържат протокола за контрол на предаването/интернет протокола (TCP/IP), така че Ethernet по своята същност може да поддържа IPv4 (и IPv6). В допълнение към това, способността за детерминирано прехвърляне на необходимото количество информация е причината Industrial Ethernet да се превърне във важен комуникационен стандарт в конвергентните области на индустриалната автоматизация. Традиционните полеви шини все още се използват за комуникация с крайни устройства, тъй като съществуващите инфраструктури обикновено използват дву-проводни протоколи и не поддържат естествен TCP/IP. Фигура 1 илюстрира настоящите комуникационни методи в индустриалната автоматизация.
Фигура 1: Текущи комуникационни методи в индустриалната автоматизация
Начинът, по който се осъществяват индустриалните комуникации, започна да се променя. Единична-чифтка Ethernet (SPE) поддържа съществуващите дву-жични системни архитектури, като същевременно поддържа по-високите скорости и много предимства на индустриалния Ethernet. Разширената полева диагностика поддържа както разпределен, така и централизиран мониторинг и работа. И, разбира се, SPE може да използва повторно съществуващите дву-кабелни инфраструктури, изградени от множество съществуващи полеви шини, опростявайки конвергентните-надстройки и минимизирайки разходите.
По-задълбочено разбиране на Ethernet
Въпреки че Ethernet е отворен и повсеместен в корпоративните приложения, той понастоящем не е достъпен за-приложения в реално време, тъй като предаването на IT Ethernet рамки е „най-доброто-усилие“ и неконтролирано; във всеки случай грешките са досадни. За OT в-реално време грешките могат да имат сериозни последствия и дори да бъдат опасни, а RTC системите се нуждаят от надеждни комуникации като „проводник“ на системата, за да се гарантира, че системата работи по предназначение, като по този начин се избягва повреда на продукта или повреда на системата или нараняване на персонала. Тъй като IT Ethernet обикновено се използва в корпоративни или потребителски среди, има малко предизвикателства за околната среда. За разлика от тях RTC системите често са в тежки среди.
Необходимостта от стабилно, детерминистично поведение (напр. надеждност в широки температурни диапазони, в шумна и мръсна среда) и по-високи скорости на данни са довели до появата на Industrial Ethernet. Индустриалният Ethernet е детерминистичен и здрав, осигуряващ допълнителна честотна лента и присъща IP свързаност за пълно използване на RTC системите.
Ето един поглед към характеристиките на времето и как те се прилагат към физическия слой на Ethernet (PHY).
Значение на характеристиките на времето
Има три важни времеви характеристики в една RTC система:
Закъснение.В този контекст е важно да се вземат предвид закъснения като забавяне на разпространението: продължителността на времето от влизането на данните в системата, подсистемата или компонента на подсистемата до напускането им. Например, DP83826E 10Mbps/100Mbps Ethernet PHY на TI има закъснение при-обръщане от 208ns. По-ниската латентност може да намали времето на цикъла или да увеличи броя на възлите в шината.
Детерминизъм.Няма значение колко ниска е латентността, ако времето за пристигане варира значително всеки път, когато данните преминават през системата. Тази промяна във времето на пристигане е известна като детерминизъм. Ниският джитер означава добър детерминизъм. Ниският детерминизъм означава, че трябва да вградите по-малко марж в системата, за да се приспособите към променящата се латентност. Фигура 2 илюстрира латентността (208ns) и детерминизма (±2ns) на DP83826E. Ethernet протоколите-в реално време, като EtherCAT, могат да се възползват от по-ниските, детерминирани характеристики на латентност на Ethernet PHY.
Фигура 2: Закъснение и неговата сигурностСинхронизация. Има и предимства при обвързването на времето на цяла система или няколко цели системи заедно. За да се увеличи максимално ефективността и пропускателната способност, като същевременно се гарантира безопасна работа, различните подсистеми може да се нуждаят да „знаят“ точно кога друга подсистема ще изпълни дадена операция. Всички индустриални Ethernet протоколи поддържат някакъв вид синхронизация. Чувствителна към времето мрежа (TSN) е пример за синхронизация на времето за RTC системи. Институтът на инженерите по електротехника и електроника (IEEE) 1588v2, протокол за прецизно време (PTP), помага за синхронизирането на множество устройства помежду си, а IEEE 802.1as, известен също като генерализиран PTP (gPTP), допълнително улеснява синхронизирането за-чувствителни към времето приложения като RTC.
Заключение
Успешните внедрявания на RTC и комуникации са крайъгълният камък на Индустрия 4.0. Но повече от просто активиране на Industry 4.0, с детерминистични, синхронизирани и PHY комуникации с ниска-закъснение и индустриални Ethernet протоколи, всички инструменти могат да се обединят, за да създават красива музика.