Bayangkan lengan robot yang boleh membengkok dan berputar, dengan setiap paksi dilengkapi dengan pemandu motor yang sangat tepat, sensor, atau penglihatan mesin, seolah -olah melakukan simfoni gerakan. Walau bagaimanapun, tanpa "konduktor" untuk memberitahu setiap komponen sistem kapan dan bagaimana untuk melaksanakan operasi masing -masing, lengan robot mungkin menghasilkan bunyi gigih dan bunyi pengisaran logam.
Dalam artikel terdahulu mengenai kawalan masa - Real, kami meneroka instrumen kawalan masa - (RTC) yang digunakan untuk penginderaan, memandu, dan pemprosesan. Untuk mengintegrasikannya, kita memerlukan "konduktor": komunikasi masa -. Dalam artikel ini, kami akan menggunakan industri 4.0 berdasarkan komunikasi dan kawalan masa - sebagai titik permulaan kami untuk perbincangan.
Faktor Memandu Perkembangan Data Besar di Bidang Automasi
Oleh kerana kesan pandemik, operasi kilang tanpa campur tangan manusia telah menjadi popular. Pengumpulan dan pengedaran data besar yang sesuai (ditakrifkan oleh Kamus Oxford sebagai dataset yang sangat besar yang dapat mendedahkan corak, trend, dan korelasi melalui analisis pengiraan, terutamanya yang berkaitan dengan tingkah laku dan interaksi manusia) dapat menyokong kembar digital, pemeteran, pengebilan perkhidmatan, dan penyelenggaraan ramalan. Sebagai contoh, mempunyai akses kepada data besar membolehkan pemantauan prestasi lengan robot dan kesihatan sistem, serta kadar data, suhu, kelembapan, getaran, dan banyak lagi, dengan itu membolehkan pembangunan model AI yang dapat meramalkan prestasi dan kesihatan masa depan berdasarkan data besar (kembar digital). Untuk memanfaatkan sepenuhnya kelebihan ini, adalah perlu untuk mengintegrasikan teknologi maklumat (IT) dan teknologi operasi (OT) untuk menyokong protokol internet (IP) dan sistem RTC di tepi. Secara logiknya, ini dirujuk seperti itu dan konvergensi.
Di Ethernet, lapisan rangkaian dan lapisan pengangkutan model interkoneksi sistem terbuka (OSI) menyokong Protokol Kawalan Penghantaran/Protokol Internet (TCP/IP), jadi Ethernet secara semulajadi menyokong IPv4 (dan IPv6). Di samping itu, ia boleh menghantar semula jumlah maklumat yang diperlukan, oleh itu, mengapa Ethernet industri menjadi standard komunikasi substantif dalam bidang penumpuan automasi perindustrian. Oleh kerana infrastruktur sedia ada biasanya menggunakan dua protokol wayar - yang tidak menyokong TCP/IP tempatan, lapangan tradisional masih digunakan untuk komunikasi dengan peranti tepi. Rajah 1 menggambarkan kaedah komunikasi semasa dalam medan automasi perindustrian.
Rajah 1: Kaedah komunikasi semasa dalam bidang automasi perindustrian
Cara komunikasi perindustrian dilaksanakan sedang menjalani transformasi. Single - pasangan Ethernet (SPE) boleh mengekalkan dua arkitek sistem wayar - yang sedia ada sementara juga menyokong kelajuan yang lebih cepat dan banyak kelebihan Ethernet perindustrian. Sokongan Diagnostik Lanjutan Sokongan diedarkan dan pemantauan dan operasi berpusat. Sudah tentu, SPE boleh menggunakan semula infrastruktur wayar - yang sedia ada yang ditubuhkan oleh pelbagai fieldbus yang sedia ada, dengan itu memudahkan konvergensi - peningkatan yang didorong dan mengurangkan kos dengan ketara.
Memahami Ethernet
Walaupun Ethernet terbuka dan di mana -mana dalam aplikasi perusahaan, ia kini tidak sesuai untuk aplikasi masa sebenar - kerana penghantaran bingkai Ethernet adalah "usaha terbaik" dan tidak dikendalikan; Kesalahan selalu tidak diingini. Untuk masa sebenar -, kesilapan boleh membawa kesan yang teruk atau bahkan menimbulkan bahaya. Sistem RTC memerlukan komunikasi yang boleh dipercayai sebagai "pusat perintah" sistem untuk memastikan sistem beroperasi seperti yang dimaksudkan, dengan itu mengelakkan kegagalan produk atau menyebabkan kerosakan sistem atau kecederaan peribadi. Oleh kerana IT Ethernet biasanya digunakan dalam persekitaran perusahaan atau pengguna, ia jarang menemui cabaran alam sekitar. Sebaliknya, sistem RTC sering beroperasi dalam persekitaran yang keras.
Permintaan untuk tingkah laku yang teguh, deterministik (seperti kebolehpercayaan merentasi julat suhu yang luas, bising, dan persekitaran yang kotor) dan kadar data yang lebih tinggi telah mendorong kemunculan Ethernet perindustrian. Ethernet industri adalah deterministik dan teguh, menyediakan jalur lebar tambahan dan sambungan IP yang wujud untuk memanfaatkan sistem RTC sepenuhnya.
Mari kita lihat ciri -ciri masa dan bagaimana ia memohon kepada lapisan fizikal Ethernet (PHY).
Kepentingan ciri masa
Terdapat tiga ciri masa utama dalam sistem RTC:
Kelewatan.Dalam konteks ini, kelewatan mesti dipertimbangkan, seperti kelewatan penyebaran: tempoh masa dari ketika data memasuki sistem, subsistem, atau subsistem sehingga ia keluar. Sebagai contoh, TI's DP83826E 10Mbps/100Mbps Ethernet Phy mempunyai kelewatan perjalanan - 208ns. Kelewatan yang lebih rendah dapat mengurangkan masa kitaran atau meningkatkan bilangan nod pada bas.
Determinisme.Sekiranya masa ketibaan data berbeza -beza setiap kali ia melalui sistem, maka betapa rendahnya kelewatan itu tidak relevan. Variasi ini dalam masa ketibaan dikenali sebagai determinisme. Jitter yang lebih rendah menunjukkan determinisme yang lebih baik. Determinisme yang rendah bermakna anda perlu membina margin kurang ke dalam sistem untuk menampung kelewatan yang berbeza -beza. Rajah 2 menunjukkan kelewatan (208Ns) dan determinisme (± 2Ns) daripada DP83826E. Real - protokol masa Ethernet (seperti Ethercat) boleh memanfaatkan ciri -ciri latensi rendah dan deterministik Ethernet Phy.
Rajah 2: Kelewatan dan determinismenya
Penyegerakan.Mengikat masa keseluruhan sistem atau beberapa sistem lengkap bersama -sama juga mempunyai kelebihan tertentu. Untuk memaksimumkan kecekapan dan throughput sambil memastikan operasi yang selamat, subsistem yang berbeza mungkin perlu mengetahui dengan tepat ketika subsistem lain melakukan operasi tertentu. Semua protokol Ethernet industri menyokong beberapa bentuk penyegerakan. Masa - Rangkaian Sensitif (TSN) adalah contoh penyegerakan masa untuk sistem RTC. Institut Jurutera Elektrik dan Elektronik (IEEE) 1588v2, yang juga dikenali sebagai Protokol Masa Precision (PTP), membantu pelbagai peranti mengekalkan penyegerakan antara satu sama lain. IEEE 802.1As, juga dikenali sebagai PTP umum (GPTP), seterusnya membolehkan penyegerakan untuk masa - aplikasi sensitif seperti RTC.
Kesimpulan
RTC yang berjaya dan penyebaran komunikasi adalah asas Industri 4.0. Walau bagaimanapun, ia bukan hanya untuk mencapai Industri 4.0; Dengan deterministik, disegerakkan, dan rendah - protokol komunikasi latency dan protokol Ethernet industri, semua instrumen boleh digabungkan untuk memainkan simfoni yang indah.