Stellen Sie sich einen Roboterarm vor, der sich biegt und sich dreht, wobei jede Achse mit sehr präzisen Motorfahrten, Sensoren oder Maschinenauflagen ausgestattet ist, als ob sie eine Bewegungssymphonie spielen. Aber ohne einen "Dirigenten", um jede Komponente des Systems zu erzählen, wann und wie er seine jeweiligen Aktionen ausführt, kann der Arm harte Kollisionen und metallische Kratzer machen.
In früheren Artikeln in der Echtzeit-Kontrollserie haben wir uns die Echtzeit-Control-Instrumente (RTC) angesehen, die zum Erkennen, Fahren und Verarbeitung verwendet wurden. Um sie alle zusammenzubringen, erfordert "Befehl": Echtzeitkommunikation. In diesem Artikel werden wir Branche 4. 0 verwenden, basierend auf Echtzeitkommunikation und Kontrolle als Ausgangspunkt für unsere Diskussion.
Faktoren, die die Entwicklung von Big Data in der Automatisierung vorantreiben
Fabrikoperationen ohne menschliche Intervention sind aufgrund der Epidemie populär geworden. Die Sammlung und ordnungsgemäße Verteilung von Big Data (definiert vom Oxford Dictionary als sehr große Datensätze, die rechnerisch analysiert werden können, um Muster, Trends und Korrelationen, insbesondere in Bezug auf menschliches Verhalten und Interaktionen, anzugeben) kann digitale Zwillinge, Messung, Service unterstützen Lade- und Vorhersagewartung. Durch die verfügbare Big Data können Sie beispielsweise die Leistung von Roboterarmen und Systembetriebsbedingungen sowie Datenraten, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vibration usw. überwachen, was zur Entwicklung von Modellen führt, die zukünftige Leistung und Betriebsbedingungen basierend auf KI, das mit Big Data (digitale Zwillinge) lernt. Um diese Vorteile in vollem Umfang zu nutzen, müssen Informationstechnologie (IT) und Operations Technology (OT) zusammengefasst werden, um das Internet -Protokoll (IP) sowie den RTC System Edge zu unterstützen. Logischerweise wird dies genannt und eine Konvergenz.
In Ethernet unterstützt das Netzwerk- und Transportschichten des Open Systems Interconnection (OSI) -Modellprotokollprotokolls/Internet -Protokolls (TCP/IP), sodass Ethernet von Natur aus in der Lage ist, IPv4 (und IPv6) zu unterstützen. Darüber hinaus ist die Fähigkeit, die erforderliche Menge an Informationsmengen deterministisch zu übertragen, warum Industrial -Ethernet in den konvergierenden Bereichen der industriellen Automatisierung zu einem erheblichen Kommunikationsstandard wird. Herkömmliche Feldbusse werden weiterhin verwendet, um mit Edge-Geräten zu kommunizieren, da vorhandene Infrastrukturen normalerweise zwei Drahtprotokolle verwenden und native TCP/IP nicht unterstützen. Abbildung 1 zeigt die aktuellen Kommunikationsmethoden in der industriellen Automatisierung.
Aktuelle Kommunikationsmethoden in der industriellen Automatisierung
Die Art und Weise, wie die industrielle Kommunikation umgesetzt wird, hat sich zu ändern. Single-Pair-Ethernet (SPE) unterhält die vorhandenen Zweidraht-Systemarchitekturen und unterstützt die schnelleren Geschwindigkeiten und viele Vorteile von Industrial Ethernet. Advanced Field Diagnostics unterstützt sowohl verteilte als auch zentralisierte Überwachung und Betrieb. Und natürlich kann SPE bestehende zwei Drahtinfrastrukturen wiederverwenden, die aus mehreren vorhandenen Feldbussen hergestellt werden, um die Konvergenz-gesteuerte Upgrades zu vereinfachen und die Kosten zu minimieren.
Ein tieferes Verständnis von Ethernet
Während Ethernet in Unternehmensanwendungen offen und allgegenwärtig ist, ist es derzeit für Echtzeitanwendungen nicht verfügbar, da die Übertragung von IT-Ethernet-Frames "Best-Effort" und unkontrolliert ist. In jedem Fall sind Fehler ärgerlich. Für Echtzeit-OT können Fehler schwerwiegende Konsequenzen haben und sogar gefährlich sein, und RTC-Systeme benötigen zuverlässige Kommunikation als "Leiter" des Systems, um sicherzustellen Personal. Da IT -Ethernet normalerweise in Unternehmens- oder Verbraucherumgebungen verwendet wird, gibt es nur wenige Umweltherausforderungen. Im Gegensatz dazu befinden sich RTC -Systeme häufig in rauen Umgebungen.
Die Notwendigkeit von Robustheit, deterministischem Verhalten (z. B. Zuverlässigkeit über breite Temperaturbereiche, in verrückten und schmutzigen Umgebungen) und höhere Datenraten haben die Entstehung von industriellem Ethernet gesteuert. Industrial Ethernet ist deterministisch und robust und bietet zusätzliche Bandbreiten und inhärente IP -Konnektivität, um RTC -Systeme vollständig zu nutzen.
Hier finden Sie einen Blick auf die Timing -Eigenschaften und die Anwendung für die physikalische Ethernet -Schicht (PHY).
Wichtigkeit von Zeitmerkmalen
In einem RTC -System gibt es drei wichtige Timing -Eigenschaften:
Latenz.In diesem Zusammenhang ist es wichtig, Verzögerungen wie Ausbreitungsverzögerung zu berücksichtigen: die Zeitdauer aus, wenn die Daten in das System, das Subsystem oder die Subsystemkomponente eingeben, bis es verlässt. Zum Beispiel hat der DP83826E von TI 10 Mbit/s/100 Mbit/s Ethernet Phy eine Rundwegverzögerung von 208 ns. Eine niedrigere Latenz kann die Zykluszeit verkürzen oder die Anzahl der Knoten im Bus erhöhen.
Determinismus.Es spielt keine Rolle, wie niedrig die Latenz ist, wenn die Ankunftszeit jedes Mal unterschiedlich ist, wenn Daten das System durchlaufen. Diese Variation der Ankunftszeit wird als Determinismus bezeichnet. Niedriger Jitter bedeutet einen guten Determinismus. Niedriger Determinismus bedeutet, dass Sie weniger Rand in das System aufbauen müssen, um sich ändernde Latenz zu berücksichtigen. Abbildung 2 zeigt die Latenz (208 Ns) und den Determinismus (± 2 Ns) des DP83826E. Echtzeit-Ethernet-Protokolle wie EtherCAT können die niedrigeren, deterministischen Latenzeigenschaften von Ethernet-Phys nutzen.
Verzögerung und seine Gewissheit
Synchronisation. Es gibt auch Vorteile, das Timing eines gesamten Systems oder mehrere vollständige Systeme zusammenzuschließen. Um die Effizienz und den Durchsatz zu maximieren und gleichzeitig einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, müssen verschiedene Subsysteme möglicherweise genau wissen, wann ein anderes Subsystem einen Betrieb ausführt. Industrielle Ethernet -Protokolle unterstützen alle eine Synchronisation. Zeitsensitive Netzwerke (TSN) ist ein Beispiel für die Zeitsynchronisation für RTC -Systeme. Das Institut für Elektrik- und Elektronikingenieure (IEEE) 1588v2, Präzisionszeitprotokoll (PTP), hilft, mehrere Geräte miteinander zu synchronisieren, und IEEE 802.1As, auch als generalisierte PTP (GPTP) bezeichnet, erleichtert die Synchronisation für mühsame Anwendungen weiter wie RTC.
Abschluss
Erfolgreiche RTC- und Kommunikationsbereitstellungen sind der Eckpfeiler der Branche. 0. Aber mehr als nur die Industrie 4. 0 mit deterministischen, synchronisierten und geringen Latenz-Kommunikationsprotokollen und industriellen Ethernet-Protokollen können alle Instrumente zusammenkommen, um schöne Musik zu machen.