Kujutage ette robotkäe, mis paindub ja pöörleb, iga teljega, mis on varustatud väga täpsete mootoriõitude, andurite või masina nägemisega, justkui mängiks liikumise sümfooniat. Kuid ilma "juht", et öelda süsteemi igale komponendile, millal ja kuidas oma vastavaid toiminguid teostada, võib käsi teha karmi kokkupõrke ja metallist kraapimisi.
Varasemates reaalajas juhtimissarja artiklites vaatasime reaalajas juhtimise (RTC) instrumente, mida kasutati tuvastamiseks, juhtimiseks ja töötlemiseks. Nende kõigi kokkusaamine nõuab "käsku": reaalajas suhtlus. Selles artiklis kasutame tööstust 4. 0, mis põhineb reaalajas suhtlemisel ja juhtimisel meie arutelu lähtepunktina.
Suurandmete väljatöötamist automatiseerimisel
Tehaseoperatsioonid ilma inimese sekkumiseta on epideemia tõttu populaarseks muutunud. Suurandmete kogumine ja nõuetekohane levitamine (määratletud Oxfordi sõnaraamatuna väga suurte andmekogumitena, mida saab arvutuslikult analüüsida, et paljastada mustrid, suundumused ja korrelatsioonid, eriti seoses inimese käitumise ja interaktsioonidega) võib toetada digitaalseid kaksikuid laadimine ja ennustav hooldus. Näiteks võimaldab saadaolevad suurandmed jälgida robotrelvade ja süsteemi töötingimuste jõudlust, samuti andmeedastuskiirust, temperatuuri, niiskust, vibratsiooni jne AI, mis õpib suurandmete (digitaalseid kaksikuid) kasutamist. Nende eeliste täielikuks ärakasutamiseks on vaja ühendada infotehnoloogia (IT) ja operatsioonide tehnoloogia (OT), et toetada nii Interneti -protokolli (IP) kui ka RTC System Edge'i. Loogiliselt nimetatakse seda ja OT lähenemiseks.
Ethernetis, avatud süsteemide ühendamise (OSI) mudeli tugiteenuste juhtimise protokolli/Interneti -protokolli (TCP/IP) võrgu- ja transpordikihid, seega on Ethernet oma olemuselt võimeline toetama IPv4 (ja IPv6). Lisaks sellele on võimalik vajalikku teavet deterministlikult üle anda, miks tööstuslik Ethernet muutub oluliseks suhtlusstandardiks tööstusliku automatiseerimise konvergeerivates valdkondades. Traditsioonilisi põlluvibusid kasutatakse endiselt servaseadmetega suhtlemiseks, kuna olemasolevad infrastruktuurid kasutavad tavaliselt kahe juhtmega protokolle ega toeta looduslikku TCP/IP-d. Joonis 1 illustreerib praeguseid kommunikatsioonimeetodeid tööstusautomaatikas.
Praegused kommunikatsioonimeetodid tööstusautomaatikas
Tööstusliku suhtluse rakendamise viis on hakanud muutuma. Ühepaaride Ethernet (SPE) haldab olemasolevaid kahejuhtmelise süsteemi arhitektuure, toetades samal ajal tööstusliku Etherneti kiiremat kiirust ja paljusid eeliseid. Täiustatud väljadiagnostika toetab nii jaotatud kui ka tsentraliseeritud seiret ja toimimist. Ja muidugi saab SPE taaskasutada olemasolevaid kahe juhtmega infrastruktuure, mis on ehitatud mitmest olemasolevast väljast, lihtsustades lähenemispõhiseid versiooniuuendusi ja minimeerides kulusid.
Etherneti sügavam mõistmine
Kuigi Ethernet on ettevõtterakendustes avatud ja üldlevinud, pole see praegu reaalajas rakenduste jaoks saadaval, kuna IT Etherneti raamide edastamine on "kõige parem" ja kontrollimatu; Igal juhul on vead tüütud. Reaalajas OT jaoks võivad vigadel olla tõsised tagajärjed ja olla isegi ohtlikud ning RTC süsteemid vajavad süsteemi "dirigendina" usaldusväärset suhtlust, et tagada süsteemi töötamine, vältides sellega süsteemi või vigastuse kahjustusi või kahjustusi personalile. Kuna IT Ethernetit kasutatakse tavaliselt ettevõtte või tarbijakeskkonnas, on keskkonnaprobleeme vähe. Seevastu RTC süsteemid on sageli karmis keskkonnas.
Vajadus vastupidavuse, deterministliku käitumise järele (nt usaldusväärsus laia temperatuurivahemikus, mürarikka ja määrdunud keskkonnas) ning kõrgemad andmeedastuskiirused on ajendanud tööstusliku Etherneti ilmumist. Tööstuslik Ethernet on deterministlik ja vastupidav, pakkudes RTC -süsteemide täielikuks kasutamiseks täiendavat ribalaiust ja loomupärast IP -ühenduvust.
Siin on ülevaade ajastusomadustest ja sellest, kuidas need kehtivad Etherneti füüsilise kihi (PHY) suhtes.
Ajastusomaduste tähtsus
RTC -süsteemis on kolm olulist ajakava omadust:
Latentsus.Selles kontekstis on oluline arvestada selliste viivitustega nagu levimisviivitus: ajavahemiku pikkusest, kui andmed sisenevad süsteemi, alamsüsteemi või alamsüsteemi komponendisse, kuni see lahkub. Näiteks Ti DP83826E 10Mbps/100MBPS Ethernet Phy edasi-tagasi viivitus on 208NS. Madalam latentsus võib vähendada tsükli aega või suurendada siini sõlmede arvu.
Determinism.Pole tähtis, kui madal on latentsus, kui saabumisaeg varieerub iga kord, kui andmed süsteemi läbi lähevad. Seda saabumisaja varieerumist nimetatakse determinismiks. Madal värisemine tähendab head determinismi. Madal determinism tähendab, et muutuva latentsusaja kohandamiseks peate süsteemi sisse ehitama vähem varu. Joonis 2 illustreerib DP83826E latentsust (208NS) ja determinismi (± 2NS). Ethercat, näiteks EtherCAT, saavad Ethernet Phys'i madalamaid deterministlikke latentsusarjasid ära kasutada.
Viivitus ja selle kindlus
Sünkroonimine. Samuti on eeliseid kogu süsteemi või mitme täieliku süsteemi kokku sidumisel. Tõhususe ja läbilaskevõime maksimeerimiseks, tagades samal ajal ohutu töö, võivad erinevad alamsüsteemid vajada täpselt "teadma" täpselt, millal teine alamsüsteem toimingut teostab. Tööstuslikud Etherneti protokollid toetavad kõik mingisugust sünkroonimist. Ajatundlik võrgustike loomine (TSN) on RTC süsteemide aja sünkroniseerimise näide. Elektri- ja elektroonikainseneride instituut (IEEE) 1588V2, Precision Time Protocol (PTP), aitab hoida mitut üksteisega sünkroniseeritud seadet, ja IEEE 802.1A-sid, tuntud ka kui üldine PTP (GPTP), hõlbustab veelgi ajatundlike rakenduste sünkroonimist nagu RTC.
Järeldus
Edukas RTC ja kommunikatsiooni juurutamine on tööstuse 4. nurgakivi. 0. Kuid rohkem kui lihtsalt tööstuse lubamine 4. 0 koos deterministliku, sünkroniseeritud ja madala latentsusajaga suhtlusega Phys ja Industrial Etherneti protokollidega, võivad kõik instrumendid kokku tulla ilusa muusika valmistamiseks.