Wyobraź sobie robotyczne ramię, które zakręca i obraca, z każdą osą wyposażoną w bardzo precyzyjne dyski silnikowe, czujniki lub widzenie maszynowe, jakby grać w symfonii ruchu. Ale bez „przewodnika”, który powiedziałby każdemu składnikowi systemu, kiedy i jak wykonywać swoje działania, ramię może wykonać surowe zderzenia i metaliczne zadrapania.
W poprzednich artykułach z serii kontroli w czasie rzeczywistym przyjrzeliśmy się instrumentom kontroli w czasie rzeczywistym (RTC) używanym do wykrywania, jazdy i przetwarzania. Aby połączyć je wszystkie, wymaga „dowodzenia”: komunikacji w czasie rzeczywistym. W tym artykule użyjemy branży 4. 0 na podstawie komunikacji i kontroli w czasie rzeczywistym jako punkcie wyjścia do naszej dyskusji.
Czynniki napędzające rozwój dużych zbiorów danych w automatyzacji
Operacje fabryczne bez interwencji człowieka stały się popularne z powodu epidemii. Zbieranie i prawidłowy rozkład dużych zbiorów danych (zdefiniowany przez Oxford Dictionary jako bardzo duże zestawy danych, które można analizować obliczeniowo w celu ujawnienia wzorców, trendów i korelacji, szczególnie w odniesieniu do ludzkich zachowań i interakcji), może obsługiwać cyfrowe bliźniaki, pomiar, serwis ładowanie i konserwacja predykcyjna. Na przykład posiadanie dostępnych dużych zbiorów danych umożliwia monitorowanie wydajności robotycznych ramion i warunków operacyjnych, a także szybkości danych, temperatury, wilgotności, wibracji itp., Prowadziły do opracowania modeli, które mogą przewidzieć przyszłe wydajność i warunki pracy w oparciu o warunki pracy w oparciu o warunki pracy w oparciu o AI, która uczy się przy użyciu dużych zbiorów danych (cyfrowe bliźniaki). Aby w pełni wykorzystać te korzyści, konieczne jest połączenie technologii informatycznych (IT) i technologii operacyjnych (OT), aby móc obsługiwać protokół internetowy (IP), a także Edge System Edge. Logicznie nazywa się to konwergencją OT.
W Ethernet modelu sieciowe i transportowe open Systems Interconnection (OSI) obsługują protokół sterowania transmisją/protokół internetowy (TCP/IP), więc Ethernet jest z natury zdolny do obsługi IPv4 (i IPv6). Oprócz tego możliwość deterministracji wymaganej ilości informacji jest to, dlaczego przemysłowy Ethernet staje się istotnym standardem komunikacji w zbieżnych dziedzinach automatyzacji przemysłowej. Tradycyjne budy terenowe są nadal używane do komunikacji z urządzeniami Edge, ponieważ istniejące infrastruktury zazwyczaj używają protokołów dwuprzewodowych i nie obsługują natywnego TCP/IP. Rysunek 1 ilustruje aktualne metody komunikacji w automatyzacji przemysłowej.
Obecne metody komunikacji w automatyzacji przemysłowej
Sposób wdrażania komunikacji przemysłowej zaczął się zmieniać. Jednociśnieniowy Ethernet (SPE) utrzymuje istniejące architektury systemów dwuosobowych, jednocześnie obsługując szybsze prędkości i wiele zalet przemysłowej Ethernet. Zaawansowana diagnostyka pola obsługuje zarówno rozproszone, jak i scentralizowane monitorowanie i działanie. I oczywiście SPE może ponownie wykorzystać istniejące infrastruktury dwuosobowe zbudowane z wielu istniejących buł terenowych, upraszczając ulepszenia oparte na konwergencji i minimalizując koszty.
Głębsze zrozumienie Ethernet
Chociaż Ethernet jest otwarty i wszechobecny w aplikacjach korporacyjnych, nie jest obecnie dostępny dla aplikacji w czasie rzeczywistym, ponieważ transmisja ramek IT Ethernet jest „najlepsza” i niekontrolowana; W każdym razie błędy są denerwujące. W przypadku OT w czasie rzeczywistym błędy mogą mieć poważne konsekwencje, a nawet być niebezpieczne, a systemy RTC potrzebują niezawodnej komunikacji jako „przewodnika” systemu, aby zapewnić, że system działa zgodnie z zamierzonymi, unikając w ten sposób awarii produktu lub uszkodzenia systemu lub obrażeń do personelu. Ponieważ IT Ethernet jest zwykle używany w środowiskach przedsiębiorstwa lub konsumentów, istnieje niewiele wyzwań środowiskowych. Natomiast systemy RTC są często w trudnych środowiskach.
Potrzeba solidności, deterministycznego zachowania (np. Niezawodność w szerokim zakresie temperatur, w hałaśliwych i brudnych środowiskach) oraz wyższe prędkości transmisji danych spowodowały pojawienie się przemysłowej Ethernet. Przemysłowy Ethernet jest deterministyczny i solidny, zapewniając dodatkową przepustowość i nieodłączną łączność IP w celu pełnego korzystania z systemów RTC.
Oto charakterystyka czasu i ich zastosowania do warstwy fizycznej Ethernet (PHY).
Znaczenie charakterystyk czasowych
W systemie RTC istnieją trzy ważne charakterystyki czasu:
Utajenie.W tym kontekście ważne jest, aby rozważyć opóźnienia, takie jak opóźnienie propagacji: długość czasu, kiedy dane wchodzą do systemu, podsystemu lub podsystemu, dopóki nie odejdzie. Na przykład DP83826E 10 Mbps/100 Mbps Ethernet PHY ma opóźnienie w obie strony 208N. Niższe opóźnienie może skrócić czas cyklu lub zwiększyć liczbę węzłów w autobusie.
Determinizm.Nie ma znaczenia, jak niskie jest opóźnienie, jeśli czas przybycia jest bardzo różny za każdym razem, gdy dane przechodzą przez system. Ta zmienność czasu przybycia jest znana jako determinizm. Niski jitter oznacza dobry determinizm. Niski determinizm oznacza, że musisz zbudować mniej marginesu w systemie, aby uwzględnić zmieniające się opóźnienie. Ryc. 2 ilustruje opóźnienie (208N) i determinizm (± 2NS) DP83826E. Protokoły Ethernet w czasie rzeczywistym, takie jak Ethercat, mogą skorzystać z niższych, deterministycznych charakterystyk opóźnienia Ethernet Phys.
Opóźnienie i jego pewność
Synchronizacja. Istnieją również zalety powiązania czasu całego systemu lub kilku kompletnych systemów razem. Aby zmaksymalizować wydajność i przepustowość przy jednoczesnym zapewnieniu bezpiecznego działania, różne podsystemy mogą wymagać „wiedzieć” dokładnie, kiedy inny podsystem przeprowadzi operację. Wszystkie protokoły przemysłowe Ethernet obsługują pewnego rodzaju synchronizację. Networking wrażliwy na czas (TSN) jest przykładem synchronizacji czasowej dla systemów RTC. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1588V2, Precision Time Protocol (PTP), pomaga zsynchronizować wiele urządzeń ze sobą, a IEEE 802.1as, znane również jako uogólniona PTP (GPTP), dodatkowo ułatwia synchronizację dla zastosowań wrażliwych na czas takie jak RTC.
Wniosek
Udane wdrożenia RTC i komunikacji są kamieniem węgielnym przemysłu 4. 0. Ale nie tylko włączając branżę 4. 0, z deterministycznymi, zsynchronizowanymi i niskotowalnymi protokołami komunikacyjnymi Phys i Industrial Ethernet, wszystkie instrumenty mogą się połączyć, aby tworzyć piękną muzykę.