Przemysł 4.0

12

Z hali zakładu do sterowni – w miarę, jak fabryki stają się coraz bardziej inteligentne, wzrasta również ilość danych, jakie są przesyłane i przetwarzane. Konwencjonalne systemy sieci przemysłowej nie mogą dotrzymać kroku przy tak gwałtownym wzroście ich ilości – i zaczynają być zastępowane rozwiązaniami opartymi na sieci Ethernet, takimi jak POWERLINK czasu rzeczywistego.

Dla producentów maszyn, którzy korzystają z tej bezprecedensowej elastyczności i wydajności, przejście na nowy system może okazać się korzystne. “Oznacza to jednak więcej niż tylko gwałtownie wzrastający poziom automatyki”, wyjaśnia Stefan Schönegger, dyrektor generalny organizacji Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). “Oznacza to również dążenie do bardziej dynamicznego, sieciowego podejścia do produkcji.”

Sieci przemysłowe u kresu swoich możliwości

Konwencjonalne systemy sieci przemysłowych nie zostały przewidziane do obsługi zalewu dużych danych. Niemniej jednak wielu producentów maszyn próbowało zaradzić temu przy pomocy konwencjonalnej technologii sieci przemysłowej – tworząc osobne sieci do sterowania napędami i bezpieczeństwem oraz zbierania danych z czujników. “Te wszystkie systemy równoległe są nie tylko drogie i pracochłonne w utrzymaniu, ale również trudne do zsynchronizowania i podatne na błędy”, opisuje Schönegger. Fakt ten wyjaśnia rosnącą popularność mocniejszych sieci opartych na Ethernet.

“W zakresie prędkości i przepustowości, Ethernet przemysłowy przewyższa konwencjonalne systemy sieci przemysłowych – mówi Schönegger. Jednak w miarę jak zbliża się czwarta rewolucja przemysłowa, jeszcze inny problem staje się widoczny. Gwałtownie wzrasta liczba stacji sieci znajdujących się w każdej maszynie – dzięki rozprzestrzenianiu się inteligentnych czujników, osi pomocniczych i rozległych rozwiązań bezpieczeństwa potrzebnych do współpracy ludzi z robotami. W sposób typowy, wraz ze wzrostem liczby stacji w sieci spada prędkość pracy systemów.

POWERLINK jest inny. Poprzez rozsyłanie danych jednocześnie do wszystkich stacji w sieci, ta technologia eliminuje opóźnienia, które pojawiają się, gdy cały ruch jest przepuszczany przez lokalizację centralną. Odchylenie od sygnału zegara, znane jako jitter, jest mniejsze niż 1 mikrosekunda. “Nawet w przypadku sieci czasu rzeczywistego jest to wyjątkowa precyzja”, mówi Schönegger.

Miejsce na duże ilości danych

Nie każdy przemysłowy protokół Ethernet jest dostosowany do standardu Przemysł 4.0. Niektóre zostały opracowane z uwzględnieniem jedynie czasu trwania cyklu, natomiast przy zupełnym zignorowaniu ogromnych ilości danych, które system sieci musi czasem przesyłać. Jednak dla ogromnej części danych w sieci czasu rzeczywistego czas wcale nie jest wartością krytyczną. Są to dane serwisowe do konfiguracji i diagnostyki urządzenia, dane procesowe do archiwizacji oraz dane bezpieczeństwa lub filmowe z kamer monitorujących – z których wszystkie przyczyniają się do ogólnego trendu znanego jako duże dane. POWERLINK przesyła te dane w czasie fazy asynchronicznej, czyli części cyklu, która nie ma wpływu na dane, dla których czas jest wartością krytyczną. W razie potrzeby protokoły takie jak TCP/IP mogą zostać zastosowane właśnie w fazie asynchronicznej.

Umożliwiająca dostosowanie sieć stworzona specjalnie dla maszyny

Zazwyczaj maszyna czy instalacja będzie miała tylko niewielką liczbę procesów, dla których czas jest naprawdę wartością krytyczną, na przykład zadania sterowania napędami. Wykorzystując procedurę znaną jako multipleksowanie można wybrać z każdego cyklu stacje, dla których czas jest wartością krytyczną, podczas gdy ogólne informacje o statusie, takie jak wartość temperatury, mogą być odczytywane znacznie rzadziej. Sposób ten optymalizuje ilość danych i perfekcyjnie dostosowuje czas trwania cyklu do danej aplikacji. “Istnieje jeden szczególnie imponujący przykład tego, jak skuteczna może być ta koncepcja”, opisuje Schönegger. “Przy pomocy POWERLINK na dwuwymiarowej maszynie rozciągającej folię Brückner Maschinenbau zsynchronizowaliśmy 728 osi w cyklu o czasie 400 mikrosekund. Jest to światowy rekord.”

Swobodny wybór topologii bez specjalnego sprzętu

Chociaż Ethernet jako taki nie stawia ograniczeń co do topologii, większość przemysłowych systemów Ethernet do wdrożenia pewnych typów sieci wymaga specjalnego oprogramowania. Dzięki POWERLINK pełna wolność wyboru topologii jest zapewniona bez żadnych sugestii co do sprzętu. Struktury sieciowe, pierścieniowe lub drzewiaste mogą być mieszane, łączone, modyfikowane i rozszerzane w miarę potrzeb, tak aby dostosować sieć do układu maszyny. “Można nawet dodawać lub usuwać stacje z sieci w trakcie pracy maszyny”, mówi Schönegger. “W dobie szybkiej produkcji, maszyn modułowych i inteligencji rozproszonej – cech charakterystycznych standardu Przemysł 4.0 – jest to czynnik, którego znaczenie należy docenić.”

Wzrastająca elastyczność i modułowość często wymaga rozproszonego układu sterowania, co nie stanowi żadnego problemu dla POWERLINK. Jako że dane nie są przepuszczane przez lokalizację centralną, każda stacja w sieci może komunikować się z każdą inną – bezpośrednio i bez opóźnień. Oczywiście wysoka wydajność sieci POWERLINK oznacza, że scentralizowane układy sterowania są również możliwe. Jak to ujmuje Schönegger: “POWERLINK pozostawia projektowanie układu sterowania dokładnie tam, gdzie należy – w rękach producenta maszyn.”

Redundancja pierścieniowa z jednym kablem dodatkowym

W aplikacjach krytycznych awaria sieci może spowodować kosztowne uszkodzenia, a nawet zagrażać operatorom. Takie maszyny i urządzenia często są wyposażone w rozbudowane rozwiązania redundantne dla zapewnienia, że taka sytuacja nie będzie mogła zaistnieć. “Przy pomoc
y POWERLINK redundancję pierścieniową można wdrożyć z bardzo niewielkim kosztem”, wyjaśnia Schönegger. Wszystko, czego potrzeba, to dodatkowy kabel do zamknięcia linii w pierścień. Zakłócenia w sieci są w każdym cyklu wykrywane i omijane redundantną ścieżką komunikacyjną.

POWERLINK jest również bardzo odporny na zakłócenia elektromagnetyczne, co z kolei przyczynia się do wysokiej dostępności maszyny i pozwala na zastosowanie w sieci pierścieni ślizgowych i połączeń bezprzewodowych. Dzięki pierścieniom ślizgowym produkowanym przez firmy Cobham lub Schleifring POWERLINK może nawet transmitować dane z prędkością 100 Mbit/s wraz z zapewnieniem zasilania 24 V i magistralą 750 VDC bez żadnej szkody dla stabilności sieci. Nic nie stoi na drodze fabryce inteligentnej gładko przyłączonej do sieci.

Otwarte w 100%

Dla zapewnienia niezawodnej pracy i zoptymalizowania kosztów producenci maszyn kładą duży nacisk na niezależność wyboru pomiędzy dostawcami alternatywnymi. “POWERLINK jest w stu procentach technologią otwartą”, zauważa Schönegger. Stos protokołu jest publikowany jako oprogramowanie typu open source na licencji BSD i został on już ponad 30 000 razy pobrany z platformy SourceForge (www.sourceforge.net). Poprzez swoją otwartość POWERLINK oferuje maksymalną ochronę inwestycji.

Jako czysty stos oprogramowania POWERLINK może pracować na dowolnej platformie sprzętowej. Infrastrukturę sieciową można budować z komercyjnie dostępnego sprzętu Ethernet, w zależności od aplikacji. Skutkuje to niższymi kosztami całkowitymi nabycia maszyny niż jakiekolwiek inne przemysłowe rozwiązanie Ethernet.

Gigabit Ethernet bez żadnych dodatkowych kosztów

POWERLINK jest w pełni zgodny ze standardem Ethernetu IEEE 802.3. “Ta kompatybilność daje ogromne korzyści użytkownikom POWERLINK”, twierdzi Schönegger. Z uwagi na to, iż technologia Ethernet stale ewoluuje, mogą oni korzystać z najnowszych osiągnięć. Przy skomplikowanych maszynach generujących coraz więcej danych jest tylko kwestią czasu, aż obecna przepustowość 100 Mbit/s osiągnie kres swoich możliwości. Zachowując pełną zgodność ze standardem Ethernet POWERLINK zapewnia, że w odpowiednim czasie przejście do standardu Gigabit Ethernet będzie szybkie i bezbolesne. “Dla sieci opartych na Ethernet, które odbiegają od tego standardu, zwiększona przepustowość przyniesie ze sobą koszty rozległej rozbudowy, a może nawet nowego, chronionego patentami, sprzętu.”

Zalety

  • Minimalny koszt prawa własności
  • Maksymalna ochrona inwestycji
  • Maksymalna wydajność systemu
  • Maksymalna swoboda dla użytkownika

źródło: https://www.br-automation.com/pl/perfekcja-w-automatyce/201509/przemysl-40/