Predstavte si robotické rameno, ktoré sa ohýba a otáča, s každou osou vybavenou veľmi presnými motorovými jednotkami, senzormi alebo strojovým videním, akoby hrali symfóniu pohybu. Ale bez „dirigenta“, ktorý povie každej zložke systému, kedy a ako vykonať svoje príslušné akcie, môže rameno robiť tvrdé zrážky a kovové škrabky.
V predchádzajúcich článkoch v sérii riadenia v reálnom čase sme sa pozreli na nástroje riadenia v reálnom čase (RTC) používané na snímanie, jazdu a spracovanie. Aby sme ich všetky spojili, vyžaduje „príkaz“: komunikáciu v reálnom čase. V tomto článku použijeme priemysel 4. 0 na základe komunikácie a kontroly v reálnom čase ako východiskový bod pre našu diskusiu.
Faktory, ktoré vedú k vývoju veľkých údajov v automatizácii
Továrenské operácie bez ľudského zásahu sa stali populárnymi z dôvodu epidémie. Zber a správna distribúcia veľkých údajov (definované v Oxfordskom slovníku ako veľmi veľké súbory údajov, ktoré je možné výpočtovo analyzovať, aby odhalili vzorce, trendy a korelácie, najmä vo vzťahu k ľudskému správaniu a interakciám), môžu podporovať digitálne dvojčatá, meranie, servis, služby nabíjanie a prediktívna údržba. Napríklad dostupné veľké údaje umožňuje monitorovanie výkonu robotických prevádzkových podmienok a systémov, ako aj rýchlosti dát, teplota, vlhkosť, vibrácie atď., Vďaka vývoju modelov, ktoré môžu predpovedať budúci výkon a prevádzkové podmienky na základe podmienok AI, ktorá sa učí používať veľké dáta (digitálne dvojčatá). Aby sa tieto výhody plne využili, je potrebné kombinovať informačné technológie (IT) a operačné technológie (OT), aby bolo možné podporovať internetový protokol (IP), ako aj hranicu systému RTC. Logicky sa to nazýva konvergencia.
V Ethernete podporujú sieťové a transportné vrstvy modelu Open Systems Interconnection (OSI) Protokol prenosu/internetový protokol (TCP/IP), takže Ethernet je vo svojej podstate schopný podporovať IPv4 (a IPv6). Okrem toho je schopnosť deterministicky prenášať požadované množstvo informácií, prečo sa priemyselný Ethernet stáva podstatným komunikačným štandardom v zbiehajúcich sa oblastiach priemyselnej automatizácie. Tradičné poľnébusy sa stále používajú na komunikáciu so zariadeniami Edge, pretože existujúce infraštruktúry zvyčajne používajú dvojvodičové protokoly a nepodporujú natívny TCP/IP. Obrázok 1 zobrazuje súčasné komunikačné metódy v priemyselnej automatizácii.
Súčasné komunikačné metódy v priemyselnej automatizácii
Spôsob implementácie priemyselnej komunikácie sa začal meniť. Ethernet s jedným pálom (SPE) udržiava existujúce architektúry dvojvodiča systému a zároveň podporuje rýchlejšie rýchlosti a mnoho výhod priemyselného ethernetu. Advanced Field Diagnostics podporuje distribuované aj centralizované monitorovanie a prevádzka. A samozrejme, SPE môže opätovne použiť existujúce dvojvodičové infraštruktúry vyrobené z viacerých existujúcich poľnýchbusov, zjednodušiť vylepšenia založené na konvergencii a minimalizovať náklady.
Hlbšie porozumenie ethernetu
Zatiaľ čo Ethernet je otvorený a všadeprítomný v podnikových aplikáciách, v súčasnosti nie je k dispozícii pre aplikácie v reálnom čase, pretože prenos IT Ethernet Frames je „najlepším účinkom“ a nekontrolovaný; V každom prípade sú chyby nepríjemné. Pokiaľ ide o OT v reálnom čase, chyby môžu mať vážne následky a dokonca byť nebezpečné a systémy RTC potrebujú spoľahlivú komunikáciu ako „vodiča“ systému, aby sa zabezpečilo, že systém funguje podľa plánu, a tak sa vyhýba zlyhaniu produktu alebo poškodeniu systému alebo zranenia personálu. Pretože sa Ethernet zvyčajne používa v podnikových alebo spotrebiteľských prostrediach, existuje len málo environmentálnych problémov. Naopak, systémy RTC sú často v drsnom prostredí.
Potreba robustnosti, deterministické správanie (napr. Spoľahlivosť v rozsiahlych rozsahoch teploty, v hlučných a špinavých prostrediach) a vyššia miera dát spôsobila vznik priemyselného ethernetu. Industrial Ethernet je deterministický a robustný, poskytuje ďalšiu šírku pásma a prirodzené pripojenie IP na plné využitie systémov RTC.
Tu je pohľad na charakteristiky načasovania a na to, ako sa vzťahujú na fyzickú vrstvu Ethernet (PHY).
Dôležitosť načasovacích charakteristík
V systéme RTC sú tri dôležité časovacie charakteristiky:
Latencia.V tejto súvislosti je dôležité zvážiť oneskorenia, ako je oneskorenie šírenia: dĺžka času, keď údaje vstupujú do systému, subsystému alebo komponentu subsystému, kým neopustí. Napríklad DP83826E 10 Mbps/100 Mb/s Ethernet PHY má oneskorenie spiatočného výletu 208ns. Nižšia latencia môže skrátiť čas cyklu alebo zvýšiť počet uzlov v zbernici.
Determinizmus.Nezáleží na tom, aká nízka je latencia, ak sa čas príchodu veľmi líši, keď dáta prechádza systémom. Táto variácia času príchodu je známa ako determinizmus. Nízky jitter znamená dobrý determinizmus. Nízky determinizmus znamená, že musíte do systému vybudovať menšiu maržu, aby ste prispôsobili meniacej sa latencie. Obrázok 2 zobrazuje latenciu (208ns) a determinizmus (± 2NS) DP83826E. Protokoly Ethernet v reálnom čase, ako je EtherCAT, môžu využiť nižšie deterministické latenčné charakteristiky Ethernet Phys.
Oneskorenie a jeho istota
Synchronizácia. Viazanie načasovania celého systému alebo niekoľkých kompletných systémov sú tiež výhodou. Aby sa maximalizovala efektívnosť a priepustnosť pri zabezpečení bezpečnej prevádzky, možno bude potrebné „vedieť“ rôzne subsystémy presne, keď bude vykonávať operáciu iný subsystém. Protokoly priemyselného ethernetu všetky podporujú určitý druh synchronizácie. Time citlivá sieť (TSN) je príkladom synchronizácie času pre systémy RTC. Inštitút elektrických a elektronických inžinierov (IEEE) 1588v2, Protokol presného času (PTP), pomáha udržiavať viacero zariadení synchronizovaných medzi sebou a IEEE 802.1AS, tiež známy ako zovšeobecnený PTP (GPTP), ďalej uľahčuje synchronizáciu pre časovo citlivé aplikácie ako je RTC.
Záver
Úspešné nasadenia RTC a komunikácie sú základným kameňom priemyslu 4. 0. Ale viac ako len umožnenie priemyslu 4. 0, s deterministickými, synchronizovanými a nízko latencami komunikačných fyzických a priemyselných protokolov Ethernet sa všetky nástroje môžu spojiť, aby sa vytvorila krásna hudba.