Forestil dig en robotarm, der bøjer sig og roterer, med hver akse udstyret med meget præcise motoriske drev, sensorer eller maskinvision, som om man spiller en symfoni af bevægelsesbevægelse. Men uden en "dirigent" for at fortælle hver komponent i systemet, hvornår og hvordan man udfører sine respektive handlinger, kan armen muligvis gøre hårde kollisioner og metalliske skrammer.
I tidligere artikler i realtidskontrolserien kiggede vi på instrumenter i realtidskontrol (RTC), der blev brugt til sensing, kørsel og forarbejdning. At bringe dem alle sammen kræver "kommando": kommunikation i realtid. I denne artikel vil vi bruge industrien 4. 0 baseret på realtidskommunikation og kontrol som udgangspunkt for vores diskussion.
Faktorer, der driver udviklingen af big data i automatisering
Fabriksoperationer uden menneskelig indgriben er blevet populære på grund af epidemien. Indsamling og korrekt distribution af big data (defineret af Oxford Dictionary som meget store datasæt, der kan analyseres beregningsmæssigt for at afsløre mønstre, tendenser og korrelationer, især i relation til menneskelig adfærd og interaktion) kan understøtte digitale tvillinger, måling, service Opladning og forudsigelig vedligeholdelse. For eksempel at have tilgængelige Big Data muliggør overvågning af ydelsen af robotarme og systemdriftsbetingelser, såvel som datahastigheder, temperatur, fugtighed, vibrationer osv., Der fører til udvikling af modeller, der kan forudsige fremtidige ydelser og driftsbetingelser baseret på AI, der lærer at bruge big data (digitale tvillinger). For at drage fuld fordel af disse fordele er det nødvendigt at kombinere informationsteknologi (IT) og driftsteknologi (OT) for at kunne understøtte Internet Protocol (IP) såvel som RTC System Edge. Logisk set kaldes dette det og OT -konvergens.
I Ethernet understøtter netværket og transportlagene i Open Systems Interconnection (OSI) Model Model Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP), så Ethernet er iboende i stand til at understøtte IPv4 (og IPv6). Derudover er evnen til at overføre den krævede mængde information deterministisk, hvorfor Industrial Ethernet bliver en betydelig kommunikationsstandard inden for de konvergerende felter inden for industriel automatisering. Traditionelle feltbusser bruges stadig til at kommunikere med kantenheder, fordi eksisterende infrastrukturer typisk bruger to-leders protokoller og understøtter ikke native TCP/IP. Figur 1 illustrerer de aktuelle kommunikationsmetoder i industriel automatisering.
Aktuelle kommunikationsmetoder i industriel automatisering
Den måde, industriel kommunikation implementerer, er begyndt at ændre sig. Enten-par Ethernet (SPE) opretholder eksisterende to-ledningssystemarkitekturer, mens den støtter de hurtigere hastigheder og mange fordele ved Industrial Ethernet. Avanceret feltdiagnostik understøtter både distribueret og centraliseret overvågning og drift. Og selvfølgelig kan SPE genbruge eksisterende to-ledningsinfrastrukturer bygget af flere eksisterende feltbusser, forenkle konvergensdrevne opgraderinger og minimere omkostninger.
En dybere forståelse af Ethernet
Mens Ethernet er åben og allestedsnærværende i virksomhedsapplikationer, er den ikke i øjeblikket tilgængelig til realtidsapplikationer, fordi transmission af IT Ethernet-rammer er "bedst-indsats" og ukontrolleret; Under alle omstændigheder er fejl irriterende. For realtid OT kan fejl have alvorlige konsekvenser og endda være farlige, og RTC-systemer har brug for pålidelig kommunikation som "leder" af systemet for at sikre, at systemet fungerer som tilsigtet, hvilket undgår produktfejl eller skade på systemet eller skaden til personale. Fordi det Ethernet typisk bruges i virksomheds- eller forbrugermiljøer, er der få miljøudfordringer. I modsætning hertil er RTC -systemer ofte i hårde miljøer.
Behovet for robusthed, deterministisk opførsel (f.eks. Pålidelighed over brede temperaturområder, i støjende og beskidte miljøer) og højere datahastigheder har drevet fremkomsten af industriel Ethernet. Industrial Ethernet er deterministisk og robust, hvilket giver yderligere båndbredde og iboende IP -forbindelse til fuldt ud at udnytte RTC -systemer.
Her er et kig på timingegenskaber, og hvordan de gælder for Ethernet Physical Layer (PHY).
Betydningen af timingegenskaber
Der er tre vigtige timingegenskaber i et RTC -system:
Latenstid.I denne sammenhæng er det vigtigt at overveje forsinkelser, såsom udbredelsesforsinkelse: hvor lang tid fra når data kommer ind i systemet, delsystemet eller delsystemkomponenten, indtil det forlader. F.eks. Har TIs DP83826E 10Mbps/100 Mbps Ethernet Phy en tur-retur forsinkelse på 208NS. Lavere latenstid kan reducere cyklustiden eller øge antallet af noder på bussen.
Determinisme.Det betyder ikke noget, hvor lav latenstid er, hvis ankomsttidspunktet varierer i høj grad hver gang data passerer gennem systemet. Denne variation i ankomsttid er kendt som determinisme. Lav jitter betyder god determinisme. Lav determinisme betyder, at du er nødt til at opbygge mindre margin i systemet for at imødekomme skiftende latenstid. Figur 2 illustrerer latenstiden (208Ns) og determinisme (± 2NS) af DP83826E. Ethernet-protokoller i realtid, såsom EtherCat, kan drage fordel af de lavere, deterministiske latensegenskaber for Ethernet Phys.
Forsinkelse og dens sikkerhed
Synkronisering. Der er også fordele ved at binde tidspunktet for et helt system eller flere komplette systemer sammen. For at maksimere effektiviteten og gennemstrømningen, mens du sikrer sikker drift, kan forskellige delsystemer muligvis "vide" nøjagtigt, hvornår et andet delsystem udfører en operation. Industrielle Ethernet -protokoller understøtter alle en slags synkronisering. Time Sensitive Networking (TSN) er et eksempel på tidssynkronisering for RTC -systemer. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1588v2, Precision Time Protocol (PTP), hjælper med at holde flere enheder synkroniseret med hinanden, og IEEE 802.1as, også kendt som generaliseret PTP (GPTP), yderligere letter synkronisering til tidsfølsomme anvendelser såsom RTC.
Konklusion
Succesrige RTC- og kommunikationsinstallationer er hjørnestenen i industrien 4. 0. Men mere end blot aktiverende industri 4. 0, med deterministiske, synkroniserede og lav-latenskommunikationsfys- og industrielle Ethernet-protokoller, kan alle instrumenter mødes for at lave smuk musik.