Predstavljajte si robotsko roko, ki se upogne in vrti, z vsako osi, opremljeno z zelo natančnimi motornimi pogoni, senzorji ali strojnim vidom, kot da igra simfonijo gibanja. Toda brez "dirigenta", ki bi vsaki komponenti sistema povedal, kdaj in kako izvesti svoja dejanja, bi lahko roka ostro trčila in kovinske strganja.
V prejšnjih člankih v kontrolni seriji v realnem času smo si ogledali instrumente v realnem času (RTC), ki se uporabljajo za zaznavanje, vožnjo in obdelavo. Za njihovo združevanje je potrebno "ukaz": komunikacije v realnem času. V tem članku bomo uporabili industrijo 4. 0 na podlagi komunikacije in nadzora v realnem času kot izhodišče za našo razpravo.
Dejavniki, ki temeljijo na razvoju velikih podatkov v avtomatizaciji
Tovarniške operacije brez človeškega posredovanja so postale priljubljene zaradi epidemije. Zbiranje in pravilno porazdelitev velikih podatkov (ki jih definira Oxford slovar kot zelo velike nabore podatkov, ki jih je mogoče računsko analizirati, da se razkrije vzorce, trende in korelacije, zlasti v zvezi s človeškim vedenjem in interakcijami) lahko podpirajo digitalne dvojčke, merjenje, storitve polnjenje in napovedno vzdrževanje. Na primer, z razpoložljivimi podatki omogočajo spremljanje učinkovitosti robotskih pogojev orožja in sistema ter hitrosti podatkov, temperature, vlage, vibracij itd. AI, ki se uči z uporabo velikih podatkov (digitalni dvojčki). Če želite v celoti izkoristiti te prednosti, je treba kombinirati informacijsko tehnologijo (IT) in operacijsko tehnologijo (OT), da lahko podpremo internetni protokol (IP) in tudi RTC sistem. Logično se temu reče in zbliža.
V Ethernetu omrežne in transportne plasti modela Open Systems Interconnection (OSI) podpirajo protokol za nadzor prenosa/internetni protokol (TCP/IP), zato je Ethernet sam po sebi sposoben podpirati IPv4 (in IPv6). Poleg tega je možnost determiniranega prenosa potrebne količine informacij razlog, da industrijski Ethernet postaja pomemben komunikacijski standard na konvergentnih poljih industrijske avtomatizacije. Tradicionalni poljski busi se še vedno uporabljajo za komunikacijo z robnimi napravami, ker obstoječa infrastruktura običajno uporabljajo dvožične protokole in ne podpirajo domačega TCP/IP. Slika 1 prikazuje trenutne komunikacijske metode v industrijski avtomatizaciji.
Trenutne komunikacijske metode v industrijski avtomatizaciji
Način izvajanja industrijskih komunikacij se je začel spreminjati. Ethernet z enim parom (SPE) vzdržuje obstoječe dvožične arhitekture sistema, hkrati pa podpira hitrejše hitrosti in številne prednosti industrijskega Etherneta. Napredna terenska diagnostika podpira tako porazdeljeno kot centralizirano spremljanje in delovanje. In seveda lahko SPE ponovno uporabi obstoječe dvožične infrastrukture, zgrajene iz več obstoječih poljskih busov, s čimer poenostavijo nadgradnje, ki jih poganja konvergence, in zmanjšuje stroške.
Globlje razumevanje Etherneta
Medtem ko je Ethernet v podjetniških aplikacijah odprt in vseprisoten, trenutno ni na voljo za aplikacije v realnem času, ker je prenos IT Ethernet okvirjev "najboljši napor" in nenadzorovan; Vsekakor so napake moteče. Za OT v realnem času imajo lahko napake resne posledice in so celo nevarne, sistemi RTC pa potrebujejo zanesljivo komunikacijo kot "prevodnik" sistema, da se zagotovi, da sistem deluje, kot je bilo predvideno osebju. Ker se IT Ethernet običajno uporablja v podjetniškem ali potrošniškem okolju, je malo okoljskih izzivov. V nasprotju s tem so sistemi RTC pogosto v težkih okoljih.
Potreba po robustnosti, determiniranem vedenju (npr. Zanesljivost v širokem temperaturnem območju, v hrupnem in umazanem okolju) in višja stopnja podatkov je povzročila nastanek industrijskega Etherneta. Industrijski Ethernet je determiniran in robusten, ki zagotavlja dodatno pasovno širino in inherentno povezljivost IP za popolno uporabo sistemov RTC.
Tu je pogled na časovne značilnosti in kako veljajo za fizično plast Ethernet (PHY).
Pomen časovnih značilnosti
V sistemu RTC obstajajo tri pomembne značilnosti časa:
Zakasnitev.V tem kontekstu je pomembno upoštevati zamude, kot je zamuda širjenja: dolžina časa, ko podatki vstopijo v sistem, podsistem ali podsistemsko komponento, dokler ne odide. Na primer, TI-jev DP83826E 10Mbps/100Mbps Ethernet Phy ima 208-krat z zamudo. Nižja zamuda lahko skrajša čas cikla ali poveča število vozlišč na vodilom.
Determinizem.Ni pomembno, kako nizka je zamuda, če se čas prihoda močno razlikuje vsakič, ko podatki preidejo skozi sistem. Ta sprememba v času prihoda je znana kot determinizem. Nizek tresenje pomeni dober determinizem. Nizka determinizem pomeni, da morate v sistem vgraditi manj marže, da se spreminjajo. Slika 2 prikazuje zamudo (208ns) in determinizem (± 2NS) DP83826E. Ethernet protokoli v realnem času, kot je Ethercat, lahko izkoristijo nižje, deterministične značilnosti latenc Ethernet Phys.
Zamuda in njena gotovost
Sinhronizacija. Obstajajo tudi prednosti pri vezavi časa celotnega sistema ali več popolnih sistemov skupaj. Da bi maksimirali učinkovitost in pretok ob zagotavljanju varnega obratovanja, bodo morda morali različni podsistemi natančno "vedeti", kdaj bo operacijo izvedel drug podsistem. Industrijski protokoli Ethernet podpirajo nekakšno sinhronizacijo. Časovno občutljivo omrežje (TSN) je primer časovne sinhronizacije za sisteme RTC. Inštitut za elektrotehnike in elektronike (IEEE) 1588V2, protokol natančnega časa (PTP) (PTP), pomaga ohranjati več naprav, sinhroniziranih med seboj, in IEEE 802.1as, znan tudi kot posplošena PTP (GPTP), še naprej olajša sinhronizacijo za časovne občutljive aplikacije za časovno občutljive aplikacije kot je RTC.
Zaključek
Uspešni RTC in komunikacijske razmestitve so temelj industrije 4. 0. Toda več kot le omogočanje industrije 4. 0, z determinističnimi, sinhroniziranimi in nizkimi komunikacijskimi protokoli in industrijskimi protokoli Ethernet se lahko vsi instrumenti združijo, da ustvarijo čudovito glasbo.