דמיין זרוע רובוטית שמתכופפת ומסתובבת, כאשר כל ציר מצויד בכונני מנוע מדויקים מאוד, חיישנים או ראיית מכונה, כאילו משחקת סימפוניה של תנועה. אך ללא "מוליך" שיגיד לכל רכיב במערכת מתי ואיך לבצע את פעולותיו בהתאמה, הזרוע עשויה לבצע התנגשויות קשות ושריטות מתכתי.
במאמרים קודמים בסדרת הבקרה בזמן אמת, בדקנו את מכשירי השליטה בזמן אמת (RTC) המשמשים לחישה, נהיגה ועיבוד. כדי להפגיש את כולם דורש "פיקוד": תקשורת בזמן אמת. במאמר זה נשתמש בתעשייה 4. 0 על בסיס תקשורת ובקרה בזמן אמת כנקודת מוצא לדיון שלנו.
גורמים המניעים פיתוח נתונים גדולים באוטומציה
פעולות מפעל ללא התערבות אנושית הפכו פופולריות בגלל המגיפה. האיסוף וההפצה הנכונה של נתונים גדולים (המוגדרים על ידי מילון אוקספורד כמערכות נתונים גדולות מאוד שניתן לנתח חישובית כדי לחשוף דפוסים, מגמות ומתאמים, במיוחד ביחס להתנהגות אנושית ואינטראקציות) יכולים לתמוך בתאומים דיגיטליים, מדידה, שירות טעינה ותחזוקה חזויה. לדוגמה, קיום נתונים גדולים זמינים מאפשר פיקוח על הביצועים של תנאי הפעלה של זרועות רובוטיות ותנאי מערכת, כמו גם שיעורי נתונים, טמפרטורה, לחות, רטט וכו ', המובילים להתפתחות מודלים שיכולים לחזות ביצועים ותנאי הפעלה עתידיים על בסיס AI שלומד באמצעות נתונים גדולים (תאומים דיגיטליים). כדי לנצל את מלוא היתרונות הללו, יש צורך לשלב טכנולוגיית מידע (IT) וטכנולוגיית תפעול (OT) כדי להיות מסוגלים לתמוך בפרוטוקול האינטרנט (IP) כמו גם בקצה מערכת RTC. מבחינה הגיונית, זה נקרא זה והתכנסות OT.
ב- Ethernet, שכבות הרשת וההובלה של מודל ה- Open Systems Interconnection (OSI) תומכים בפרוטוקול בקרת הילוכים/פרוטוקול אינטרנט (TCP/IP), כך שאתרנט מסוגל מטבעו לתמוך ב- IPv4 (ו- IPv6). בנוסף לכל אלה, היכולת להעביר את כמות המידע הנדרשת באופן דטרמיניסטי היא הסיבה לכך שאתרנט תעשייתי הופך לתקן תקשורת משמעותי בתחומי המכירה של אוטומציה תעשייתית. חפצי שדה מסורתיים משמשים עדיין לתקשורת עם התקני Edge מכיוון שתשתיות קיימות בדרך כלל משתמשות בפרוטוקולים של שני חוטים ואינם תומכים ב- TCP/IP מקורי. איור 1 ממחיש את שיטות התקשורת הנוכחיות באוטומציה תעשייתית.
שיטות תקשורת נוכחיות באוטומציה תעשייתית
אופן יישום התקשורת התעשייתית החלה להשתנות. Ethernet (SPE) בודד (SPE) מחזיקה ארכיטקטורות מערכת קיימות של שני חוטים תוך תמיכה במהירויות המהירות יותר ויתרונות רבים של אתרנט תעשייתי. אבחון שדה מתקדם תומך הן במעקב ובפעולה בריכוזית ומרכזית. וכמובן, SPE יכול לעשות שימוש חוזר בתשתיות קיימות של שני חוטים שנבנו ממעשי שדה קיימים מרובים, לפשט את השדרוגים המונעים על ידי התכנסות ומזעור העלויות.
הבנה עמוקה יותר של אתרנט
בעוד Ethernet פתוחה ומוצלחת בכל מקום ביישומים ארגוניים, היא אינה זמינה כרגע ליישומים בזמן אמת מכיוון שההעברה של מסגרות ה- IT של IT היא "מאמץ הטוב ביותר" ובלתי מבוקרת; בכל מקרה, שגיאות מעצבנות. עבור OT בזמן אמת, שגיאות יכולות להיות בעלות השלכות חמורות ואף להיות מסוכנות, ומערכות RTC זקוקות לתקשורת אמינה כ"מוליך "של המערכת כדי להבטיח שהמערכת פועלת כמתוכנן, ובכך להימנע מכשל או נזק למערכת או לפציעה לאנשי צוות. מכיוון ש- Iternet משמש בדרך כלל בסביבות ארגוניות או צרכניות, ישנם מעט אתגרים סביבתיים. לעומת זאת, מערכות RTC נמצאות לרוב בסביבות קשות.
הצורך בחוסן, בהתנהגות דטרמיניסטית (למשל, אמינות על טווחי טמפרטורה רחבים, בסביבות רועשות ומלוכלכות), ושיעורי נתונים גבוהים יותר הניעו את הופעתם של אתרנט תעשייתי. Ethernet תעשייתי הוא דטרמיניסטי וחזק, ומספק רוחב פס נוסף וקישוריות IP מובנית לשימוש באופן מלא במערכות RTC.
להלן מבט על מאפייני התזמון וכיצד הם חלים על השכבה הפיזית Ethernet (PHY).
חשיבות של מאפייני התזמון
ישנם שלושה מאפייני תזמון חשובים במערכת RTC:
חֶבִיוֹן.בהקשר זה, חשוב לקחת בחשבון עיכובים כמו עיכוב התפשטות: משך הזמן מרגע שהנתונים נכנסים למערכת, תת -מערכת או רכיב תת -מערכת עד שהם יוצאים. לדוגמה, DP83826E של TI 10Mbps/100mbps Ethernet PHY יש עיכוב הלוך ושוב של 208Ns. חביון נמוך יותר יכול להפחית את זמן המחזור או להגדיל את מספר הצמתים באוטובוס.
דטרמיניזם.לא משנה עד כמה ההשהיה נמוכה אם זמן ההגעה משתנה מאוד בכל פעם שנתונים עוברים במערכת. וריאציה זו בזמן ההגעה ידועה בשם דטרמיניזם. ריצוד נמוך פירושו דטרמיניזם טוב. דטרמיניזם נמוך פירושו שאתה צריך לבנות פחות מרווח למערכת כדי להתאים לשהייה משתנה. איור 2 ממחיש את החביון (208Ns) ודטרמיניזם (± 2Ns) של DP83826E. פרוטוקולי Ethernet בזמן אמת כמו Ethercat יכולים לנצל את מאפייני ההשהיה הנמוכים והדטרמיניסטיים של אתרנט פיזי.
עיכוב וודאותו
סִנכְּרוּן. ישנם גם יתרונות לקשירת תזמון של מערכת שלמה או מספר מערכות שלמות יחד. על מנת למקסם את היעילות והתפוקה תוך הבטחת פעולה בטוחה, מערכות משנה שונות עשויות להזדקק "לדעת" בדיוק מתי תת -מערכת אחרת תבצע פעולה. פרוטוקולי Ethernet תעשייתיים כולם תומכים בסנכרון כלשהו. רשת רגישה לזמן (TSN) היא דוגמא לסנכרון זמן למערכות RTC. המכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה (IEEE) 1588V2, פרוטוקול זמן דיוק (PTP), עוזר לשמור על מספר מכשירים מסונכרנים זה עם זה, ו- IEEE 802.1As, המכונה גם PTP כללי (GPTP), מקלה עוד כמו RTC.
מַסְקָנָה
פריסות RTC ותקשורת מצליחות הן אבן הפינה לתעשייה 4. 0. אבל יותר מסתם מאפשרת תעשייה 4. 0, עם פרוטוקולי תקשורת דטרמיניסטית, מסונכרנת ונמוכה לאחצן נמוך ותעשייה, כל המכשירים יכולים להתכנס כדי ליצור מוזיקה יפה.