Iedomājieties robotu roku, kas var saliekties un griezties, katrai ass aprīkotai ar ļoti precīziem motora vadītājiem, sensoriem vai mašīnredzi, it kā izpildītu kustības simfoniju. Tomēr bez "vadītāja", kas katram sistēmas komponentam norāda, kad un kā veikt attiecīgās darbības, robotizētā roka var radīt tracinošas zvanīšanas un metāliskas slīpēšanas skaņas.
Iepriekšējos rakstos par reāllaika{0}}vadību mēs pētījām reāllaika kontroles (RTC) instrumentus, ko izmanto uztveršanai, vadīšanai un apstrādei. Lai tos integrētu, mums ir nepieciešams "diriģents": reāllaika saziņa-. Šajā rakstā kā diskusiju sākumpunktu izmantosim industriālo versiju 4.0, kuras pamatā ir-reāllaika saziņa un kontrole.
Faktori, kas virza lielo datu attīstību automatizācijas jomā
Pandēmijas ietekmes dēļ rūpnīcu darbības bez cilvēka iejaukšanās ir kļuvušas plaši populāras. Lielo datu vākšana un atbilstoša izplatīšana (Oxford Dictionary definē kā ārkārtīgi lielas datu kopas, kas var atklāt modeļus, tendences un korelācijas, izmantojot skaitļošanas analīzi, jo īpaši tos, kas saistīti ar cilvēka uzvedību un mijiedarbību) var atbalstīt digitālos dvīņus, mērīšanu, pakalpojumu rēķinus un paredzamo apkopi. Piemēram, piekļuve lielajiem datiem ļauj uzraudzīt robotu roku veiktspēju un sistēmas stāvokli, kā arī datu pārraides ātrumu, temperatūru, mitrumu, vibrāciju un daudz ko citu, tādējādi ļaujot izstrādāt AI modeļus, kas var paredzēt turpmāko veiktspēju un veselību, pamatojoties uz lielajiem datiem (digitālie dvīņi). Lai pilnībā izmantotu šīs priekšrocības, ir jāintegrē informācijas tehnoloģijas (IT) un darbības tehnoloģija (OT), lai atbalstītu interneta protokola (IP) un RTC sistēmas. Loģiski, ka to sauc par IT un OT konverģenci.
Ethernet tīklā atvērto sistēmu starpsavienojuma (OSI) modeļa tīkla slānis un transporta slānis atbalsta pārraides vadības protokolu/interneta protokolu (TCP/IP), tāpēc Ethernet pēc būtības atbalsta IPv4 (un IPv6). Turklāt tas var droši pārraidīt nepieciešamo informācijas apjomu, tāpēc industriālais Ethernet kļūst par būtisku sakaru standartu rūpnieciskās automatizācijas konverģences jomā. Tā kā esošajā infrastruktūrā parasti tiek izmantoti divi-vadu protokoli, kas neatbalsta vietējo TCP/IP, saziņai ar malas ierīcēm joprojām tiek izmantotas tradicionālās lauka kopnes. 1. attēlā parādītas pašreizējās saziņas metodes rūpnieciskās automatizācijas jomā.
1. attēls. Pašreizējās komunikācijas metodes rūpnieciskās automatizācijas jomā
Rūpnieciskās komunikācijas ieviešanas veids tiek pārveidots. Viena-pāra Ethernet (SPE) var uzturēt esošo divu-vadu sistēmas arhitektūru, vienlaikus atbalstot arī lielāku ātrumu un daudzas rūpnieciskā Ethernet priekšrocības. Uzlabotā lauka diagnostika atbalsta sadalītu un centralizētu uzraudzību un darbību. Protams, SPE var atkārtoti izmantot esošo divu{5}}vadu infrastruktūru, kas izveidota ar vairākām esošajām lauka kopnēm, tādējādi vienkāršojot konverģences{6}}pakalpojumus un ievērojami samazinot izmaksas.
Ethernet izpratne
Lai gan Ethernet ir atvērts un visuresošs uzņēmumu lietojumprogrammās, tas pašlaik nav piemērots{0}}reāllaika lietojumprogrammām, jo IT Ethernet kadru pārraide ir "vislabākā piepūle" un netiek pārvaldīta; kļūdas vienmēr ir nevēlamas. Reāllaika -OT kļūdām var būt smagas sekas vai pat briesmas. RTC sistēmām ir nepieciešama uzticama saziņa, jo sistēmas "komandu centrs", lai nodrošinātu, ka sistēma darbojas, kā paredzēts, tādējādi izvairoties no produkta kļūmēm vai sistēmas bojājumu vai miesas bojājumu nodarīšanas. Tā kā IT Ethernet parasti izmanto uzņēmumu vai patērētāju vidē, tas reti saskaras ar vides problēmām. Turpretim RTC sistēmas bieži darbojas skarbos apstākļos.
Pieprasījums pēc spēcīgas, deterministiskas darbības (piemēram, uzticamības plašos temperatūras diapazonos, trokšņainā un netīrā vidē) un lielākiem datu pārraides ātrumiem ir veicinājis rūpnieciskā Ethernet rašanos. Rūpnieciskais Ethernet ir deterministisks un izturīgs, nodrošinot papildu joslas platumu un raksturīgu IP savienojumu, lai pilnībā izmantotu RTC sistēmas.
Apskatīsim laika raksturlielumus un to, kā tie attiecas uz Ethernet fizisko slāni (PHY).
Laika raksturlielumu nozīme
RTC sistēmās ir trīs galvenie laika parametri:
Kavēšanās.Šajā kontekstā ir jāņem vērā aizkave, piemēram, izplatīšanās aizkave: laiks no datu ievadīšanas sistēmā, apakšsistēmā vai apakšsistēmas komponentā līdz iziešanai. Piemēram, TI DP83826E 10Mbps/100Mbps Ethernet PHY ir 208ns aizkave. Mazāka aizkave var samazināt cikla laiku vai palielināt kopnes mezglu skaitu.
Determinisms.Ja datu saņemšanas laiks ievērojami atšķiras katru reizi, kad tie iet cauri sistēmai, tad tam, cik maza ir aizkave, nav nozīmes. Šīs ierašanās laika izmaiņas ir pazīstamas kā determinisms. Zemāka nervozitāte norāda uz labāku determinismu. Zems determinisms nozīmē, ka jums sistēmā ir jāveido mazāka rezerve, lai pielāgotos dažādām aizkavēm. 2. attēlā parādīta DP83826E aizkave (208ns) un determinisms (±2ns). Reāllaika Ethernet protokoli (piemēram, EtherCAT) var izmantot Ethernet PHY zemo un deterministisko latentuma raksturlielumus.
2. attēls. Aizkave un tās determinisms
Sinhronizācija.Visas sistēmas vai vairāku pilnu sistēmu laika sasaistīšanai kopā ir arī noteiktas priekšrocības. Lai maksimāli palielinātu efektivitāti un caurlaidspēju, vienlaikus nodrošinot drošu darbību, dažādām apakšsistēmām var būt precīzi jāzina, kad cita apakšsistēma veic noteiktu darbību. Visi rūpnieciskie Ethernet protokoli atbalsta kādu sinhronizācijas veidu. Laika-sensitive Networking (TSN) ir laika sinhronizācijas piemērs RTC sistēmām. Elektrisko un elektronikas inženieru institūts (IEEE) 1588v2, kas pazīstams arī kā Precision Time Protocol (PTP), palīdz vairākām ierīcēm uzturēt sinhronizāciju savā starpā. IEEE 802.1as, kas pazīstams arī kā Generalized PTP (gPTP), turklāt nodrošina sinhronizāciju laika ziņā jutīgām lietojumprogrammām, piemēram, RTC.
Secinājums
Veiksmīga RTC un sakaru izvietošana ir nozares 4.0 stūrakmens. Tomēr runa nav tikai par nozares 4.0 sasniegšanu; ar deterministiskām, sinhronizētām un zema-latences komunikācijas PHY un industriālajiem Ethernet protokoliem visus instrumentus var apvienot, lai atskaņotu skaistu simfoniju.