Immagina un braccio robotico che si piega e ruota, con ogni asse dotato di unità motore, sensori o visione macchina molto precisi, come se suonasse una sinfonia di movimento. Ma senza un "conduttore" per dire a ciascun componente del sistema quando e come eseguire le rispettive azioni, il braccio potrebbe fare collisioni dure e graffi metallici.
Nei precedenti articoli della serie di controllo in tempo reale, abbiamo esaminato gli strumenti di controllo in tempo reale (RTC) utilizzati per il rilevamento, la guida e l'elaborazione. Per riunirli tutti insieme richiede "comando": comunicazioni in tempo reale. In questo articolo, useremo l'industria 4. 0 in base alla comunicazione e al controllo in tempo reale come punto di partenza per la nostra discussione.
Fattori che guidano lo sviluppo dei big data nell'automazione
Le operazioni di fabbrica senza intervento umano sono diventate popolari a causa dell'epidemia. La raccolta e la corretta distribuzione dei big data (definiti dal dizionario di Oxford come set di dati molto grandi che possono essere analizzati computazionalmente per rivelare modelli, tendenze e correlazioni, in particolare in relazione al comportamento e alle interazioni umane) possono supportare gemelli digitali, misurazione, servizio di servizio digitali Carica e manutenzione predittiva. Ad esempio, avere Big Data a disposizione consente di monitorare le prestazioni delle condizioni operative robotiche di armi e del sistema, nonché velocità di dati, temperatura, umidità, vibrazioni, ecc. AI che impara a utilizzare i big data (gemelli digitali). Per sfruttare appieno questi vantaggi, è necessario combinare la tecnologia dell'informazione (IT) e la tecnologia delle operazioni (OT) per essere in grado di supportare il protocollo Internet (IP) e il bordo del sistema RTC. Logicamente, questo è chiamato e convergenza.
In Ethernet, i livelli di rete e di trasporto dell'interconnessione Open Systems (OSI) Support Support Protocol/Internet Protocol (TCP/IP), quindi Ethernet è intrinsecamente in grado di supportare IPv4 (e IPv6). Oltre a ciò, la capacità di trasferire determinalmente la quantità di informazioni richieste è il motivo per cui Ethernet industriale sta diventando un sostanziale standard di comunicazione nei settori convergenti dell'automazione industriale. Le businetti tradizionali sono ancora utilizzate per comunicare con dispositivi Edge perché le infrastrutture esistenti in genere utilizzano protocolli a due fili e non supportano TCP/IP nativo. La Figura 1 illustra gli attuali metodi di comunicazione nell'automazione industriale.
Metodi di comunicazione attuali nell'automazione industriale
Il modo in cui vengono implementate le comunicazioni industriali ha iniziato a cambiare. Ethernet a coppia singola (SPE) mantiene architetture di sistema a due fili esistenti sostenendo le velocità più elevate e molti benefici dell'Ethernet industriale. Supporto diagnostico sul campo avanzato sia di monitoraggio e funzionamento distribuiti e centralizzati. E, naturalmente, la SPE può riutilizzare le infrastrutture a due fili esistenti costruite da più buste esistenti, semplificando gli aggiornamenti guidati dalla convergenza e minimizzando i costi.
Una comprensione più profonda di Ethernet
Mentre Ethernet è aperto e onnipresente nelle applicazioni aziendali, non è attualmente disponibile per applicazioni in tempo reale perché la trasmissione dei fotogrammi Ethernet IT è "più efficace" e incontrollata; In ogni caso, gli errori sono fastidiosi. Per OT in tempo reale, gli errori possono avere gravi conseguenze e persino essere pericolosi, e i sistemi RTC necessitano di comunicazioni affidabili come "conduttore" del sistema per garantire che il sistema funzioni come previsto, evitando così il fallimento del prodotto o il danno al sistema o lesioni al personale. Poiché Ethernet è in genere utilizzato negli ambienti aziendali o dei consumatori, ci sono poche sfide ambientali. Al contrario, i sistemi RTC sono spesso in ambienti difficili.
La necessità di robustezza, comportamenti deterministici (ad es. Affidabilità su ampi gamme di temperatura, in ambienti rumorosi e sporchi) e velocità di dati più elevate ha guidato l'emergere di Ethernet industriale. Ethernet industriale è deterministico e robusto, fornendo ulteriore larghezza di banda e connettività IP intrinseca per utilizzare pienamente i sistemi RTC.
Ecco uno sguardo alle caratteristiche di temporizzazione e al modo in cui si applicano allo strato fisico Ethernet (PHY).
Importanza delle caratteristiche di temporizzazione
Esistono tre importanti caratteristiche di temporizzazione in un sistema RTC:
Latenza.In questo contesto, è importante prendere in considerazione ritardi come il ritardo di propagazione: il periodo di tempo da quando i dati entrano nel sistema del sistema, del sottosistema o del sottosistema fino a quando non lasciano. Ad esempio, DP83826E 10 MBPS/100 Mbps di Ti ha un ritardo di andata e ritorno di 208N. La latenza inferiore può ridurre il tempo di ciclo o aumentare il numero di nodi sul bus.
Determinismo.Non importa quanto sia bassa la latenza se il tempo di arrivo varia notevolmente ogni volta che i dati passano attraverso il sistema. Questa variazione nel tempo di arrivo è nota come determinismo. Jitter basso significa buon determinismo. Il basso determinismo significa che è necessario costruire meno margine nel sistema per adattarsi alla latenza mutevole. La Figura 2 illustra la latenza (208N) e il determinismo (± 2N) del DP83826E. I protocolli Ethernet in tempo reale come EtherCAT possono trarre vantaggio dalle caratteristiche di latenza deterministiche inferiori di Ethernet Phys.
Ritardo e la sua certezza
Sincronizzazione. Ci sono anche vantaggi nel legare insieme i tempi di un intero sistema o diversi sistemi completi. Al fine di massimizzare l'efficienza e il throughput garantendo al contempo un funzionamento sicuro, potrebbe essere necessario "conoscere" diversi sottosistemi per "conoscere esattamente" quando un altro sottosistema eseguirà un'operazione. I protocolli Ethernet industriali supportano tutti una sorta di sincronizzazione. Time Sensitive Networking (TSN) è un esempio di sincronizzazione del tempo per i sistemi RTC. L'Institute of Electrical ed Electronics Engineers (IEEE) 1588V2, Protocollo Time Time (PTP), aiuta a mantenere più dispositivi sincronizzati tra loro e IEEE 802.1as, noto anche come PTP generalizzato (GPTP) come RTC.
Conclusione
Le distribuzioni RTC e comunicazioni di successo sono la pietra angolare dell'industria 4. 0. Ma più che abilitare l'industria 4. 0, con comunicazioni deterministiche, sincronizzate e a bassa latenza e protocolli Ethernet industriali, tutti gli strumenti possono riunirsi per fare musica bella.