Przejdź do głównej zawartości

Inteligentna fabryka przyszłości - część 2

Belden

Na początku roku opublikowałem nasz pierwszy artykuł o inteligentnej fabryce przyszłości. Opisywał wizję produkcji, gdzie systemy są bardziej inteligentne, elastyczne i dynamiczne. W przyszłości maszyny i sprzęt będą potrafiły ulepszać swoje działanie poprzez samo-optymalizację i autonomiczne podejmowanie decyzji. Jest to przeciwieństwo używania ustalonego programu operacji, tak jak to ma miejsce dzisiaj.


Struktura systemów automatyki przemysłowej również ulegnie zmianie. Nadal będzie oddzielny dedykowany poziom podstawowy z siłownikami i czujnikami, ale w dłuższej perspektywie wiele funkcji znajdujących się ponad tym będzie prawdopodobnie przenoszonych do wysokowydajnych serwerów zlokalizowanych w klastrze lub w chmurze.

Ważne będą systemy “cyber-fizyczne”, z pętlami zwrotnymi, gdzie procesy fizyczne wpływają na programy operacyjne i vice versa.  Przykładem systemu cyber-fizycznego jest Smart Grid, którego celem jest poprawa niezawodności i wydajności elektrycznego systemu sieciowego poprzez zbieranie tysięcy punktów danych i działanie na nich, korzystając z narzędzi do zarządzania oprogramowaniem.

Rozważmy teraz produkcyjną sieć LAN i jej systemy komunikacyjne. Jak musi się zmienić, aby zrealizować wizję inteligentnej fabryki.


Wysokie liczby połączonych urządzeń używających przemysłowego protokołu Ethernet
Liczba urządzeń połączonych w inteligentnej fabryce przyszłości LAN na pewno będzie większa niż dzisiaj. Dzieje się tak, ponieważ istnieje potrzeba zbierania tak dużej ilości danych czasu rzeczywistego (istotnych dla procesu), jak to tylko możliwe. Oszacowano, że ilość urządzeń zostanie podwojona lub potrojona.

Wyzwaniem będzie połączenie dużej liczby urządzeń na podstawowym poziomie w prosty i ekonomiczny sposób. Oczywiście nadal będą musiały być spełnione wymagające warunki dotyczące wydajności i niezawodności.

Znacznie zmniejszy się użycie magistral fieldbus, by zrobić miejsce dla spójnej i ujednoliconej komunikacji przez sieć Ethernet. Cała komunikacja bazowała bedzie na rodzinie protokołów IP, a Ethernet będzie podstawowym protokołem komunikacyjnym, niezależnie czy połączenie jest przewodowe czy bezprzewodowe.

Wzrost w wykorzystaniu gwiaździstej topologii
Zgodnie z najlepszą obecnie praktyką, przyszłe sieci z dużą liczbą urządzeń powinny być uporządkowane hierarchicznie, aby uprościć zarządzanie siecią oraz jej działanie. Poziom podstawowy powinien być podzielony na komórki komunikacyjne, takie jak jednostki produkcyjne czy inne logiczne bądź fizyczne dane. Różnica będzie polegała na tym, że ilość danych generowanych w komórkach będzie znacznie wyższa niż obecnie.

Sieć nadal będzie używać topologii gwiaździstej, liniowej, pierścieniowej lub ich mieszaniny. Użycie topologii gwiaździstej wzrośnie, jednak dlatego, że ma pewne zalety - bardzo małe opóźnienie i duża niezawodność - w porównaniu do innych topologii.

Wadą topologii gwiaździstej jest to, że awaria przełącznika rozłączy wszystkie połączone urządzenia. Niemniej jednak symulacje dokładnie pokazują, że jeden większy przełącznik ma większą całkowitą niezawodność, a dokładniej większy średni czas pomiędzy awariami (MTBF) - w porównaniu do systemów składających się z wielu kaskadowo połączonych małych przełączników. To właśnie jest powód, dla którego topologie gwiaździste są używane obecnie w centrach danych.

Linie i pierścienie też będą używane, ponieważ określone topologie mogą mieć zalety w okablowaniu. Dodatkowo wzrośnie wykorzystanie bardziej złożonych struktur, takich jak obszerne sieci topologii siatki. Wraz z przyjęciem nowych protokołów, te sieci będą potrzebować mniej wysiłku w kwestii zarządzania.


Przewodowe czy bezprzewodowe?
Czy w przyszłości wszystkie urządzenia będą połączone kablami i przewodami, czy wszystko będzie bezprzewodowe? W zastosowaniach przemysłowych z przeszłości komunikacja była prawie wyłącznie oparta na sieciach przewodowych.

Jednak w ostatnich latach systemy bezprzewodowe znalazły coraz więcej zastosowań. Były adaptowane najczęściej do niekrytycznych zastosowań przemysłowych, takich jak konfiguracja i monitorowanie, transfer danych peryferyjnych i dla robotów mobilnych.

Wyzwaniem dla radia jest fakt, iż jest to “medium współdzielone”, tj. wszystkie urządzenia współdzielą pewien zakres częstotliwości. Jeśli urządzenie nadaje, kanał jest zajęty. Komunikacja radiowa może być także podatna na błędy. Inne systemy radiowe, inne wpływy elektromagnetyczne lub obiekty mogą wpływać na nadawanie i znacznie pogorszyć jego jakość, przepustowość i opóźnienie.

Sporadyczna utrata pakietów danych jest normą w niektórych systemach i zastosowania muszą sobie z nią poradzić. Odbywa się to kosztem przepustowości i opóźnień. Podczas gdy może być to dopuszczalne w korporacyjnych środowiskach wdrożeń bezprzewodowych, przemysłowe produkty bezprzewodowe muszą być zaprojektowane od podstaw w celu zapewnienia niezawodnej wydajności.

Dobrze zaprojektowane przemysłowe punkty bezprzewodowe wykorzystują obecnie takie techniki, jak:
·    Zwiększona ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) w niebezpiecznych środowiskach
·    Bezprzewodowa technologia siatki do szybkiej rekonfiguracji i zapewnienia jakości usług
·    Protokoły redundancji, jak np. PRP do komunikacji bezprzewodowej.

Te inteligentne technologie pomagają bezprzewodowym zastosowaniom dostosować się do problemów z kanałami radiowymi i dostarczać o wiele więcej pewnych systemów.

Niemniej jednak, wymagania niezawodności będą napędzały wybór technologii komunikacji przewodowej bądź bezprzewodowej w inteligentnej fabryce. Można się spodziewać znacznego wykorzystania komunikacji przewodowej, ale elastyczność wdrażania bezprzewodowej łączności wpłynie na wzrost użytkowania pasujących przemysłowych produktów bezprzewodowych.

Komunikacja w fabryce LAN
Mój następny artykuł z tej serii będzie kontynuował analizę wymagań komunikacji od strony produkcyjnej sieci LAN, by osiągnąć wizję fabryki przyszłości. Przyjrzę się szybkości transmisji danych, cyber-bezpieczeństwu, niezawodności i innym aspektom związanym z nadchodzącymi systemami przemysłowej komunikacji.

Co myślisz o inteligentnej fabryce? Czy podejmujesz kroki, aby ją osiągnąć? Czekam na wiadomość od Ciebie!

Komentarz edytora: Ten artykuł powstał dzięki wiedzy i doświadczeniu Andreasa Drehera, managera technologii strategicznej Automatyzacji i Kontroli Hirschmann.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania, wątpliwości czy uwagi, zapraszamy do kontaktu! Jesteśmy do dyspozycji od poniedziałku do piątku w godz. 8:00 – 16:00.
Tel: +48 32 256 25 33
E-mail: info@pf-electronic.pl

Komentarze

Popularne posty z tego bloga

Wskazówki dotyczące prawidłowego podłączenia kabla VFD

Peter Cox
Ilość napędów o zmiennej częstotliwości we współczesnych obiektach przemysłowych znacznie zwiększyła się w ostatnich latach. Nic dziwnego - regulując prędkość i napięcie silnika, aby sprostać zmieniającemu się w czasie rzeczywistym zapotrzebowaniu procesowemu, VFD pomagają zapewnić cenne korzyści, takie jak zwiększona energooszczędność, dokładniejsza kontrola procesu i mniejsze zużycie kosztownych urządzeń. Niestety, korzystanie z VFD nie zawsze jest tak proste, jak po prostu podłączenie urządzenia do sieci.
Aby dowiedzieć się więcej o zaletach kabla VFD, pobierz nasz bezpłatny raport "The Case for VFD Cable to Achieve System Reliability and Safety".

Podłączenie kabla VFD nie jest tym samym co podłączenie standardowego kabla. Istnieje wiele mylnych informacji i nieporozumień związanych z tym faktem i, świadomie lub nieświadomie, często użytkownicy idą na "skróty" w procesie instalacji. A to może spowodować poważne problemy w Twojej działalności. Oto kilka ws…

MPLS-TP: MPLS wychodzi naprzeciw Twoim oczekiwaniom

Howard Linton
W ostatnich latach wielu przemysłowych użytkowników sieci szkieletowej znalazło się w sytuacji bez wyjścia. Dobrze znane sieci SONET i SDH z komutacją łączy, z których korzystają od dziesięcioleci, gwałtownie przestają nadążać z zaspokajaniem rosnącego zapotrzebowania na wideo, dane i inne zastosowania wymagające dużej przepustowości. Jednak najczęstszą praktyczną alternatywą - dla wielu, IP/MPLS - jest protokół wyraźnie przeznaczony dla bardziej złożonych operatorów sieci. Okazuje się, że jest to zbyt kosztowne, skomplikowane i mało funkcjonalne dla konkretnych potrzeb przedsiębiorstw użyteczności publicznej, transportu, rurociągów i innych użytkowników przemysłowych działających we własnej sieci szkieletowej.

No cóż, są też dobre wieści, ponieważ na szczęście istnieje mniej znany aspekt MPLS, który jest faktycznie przeznaczony do zaspokojenia potrzeb tej dużej bazy użytkowników. Nazywa się MultiProtocol Label Switching-Transport Profile lub MPLS-TP i może pomóc użytkowni…

Power over Ethernet może zapewnić wiele korzyści na hali produkcyjnej - jeśli zrobisz to dobrze

Ron Tellas
Power over Ethernet (PoE) - technologia, która umożliwia operatorom sieci dostarczanie energii elektrycznej do wielu typów urządzeń za pomocą tego samego kabla, co przesyłane dane - stała się dość powszechna w biurowych środowiskach IT. Niestety, przemysłowe środowiska OT jeszcze nie przyjęły tego w takim samym stopniu. A szkoda, bo zalety PoE mogą mieć jeszcze większą wagę na hali produkcyjnej. Jednak PoE w obszarach OT niesie ze sobą także dodatkowe wyzwania - wyzwania, z których pracownicy IT mogą nie zdawać sobie sprawy. Oto, jak wprowadzić „moc” PoE do Twojego zakładu - zachowując jednocześnie optymalną niezawodność zarówno transferu danych, jak i przepływu mocy.


Elektryczność w dowolnym miejscu i czasie Jedną z kluczowych zalet PoE jest to, że prawie każdy może bezpiecznie ustanowić nowe połączenie zasilania bez konieczności wzywania licencjonowanego elektryka. Napięcie jest niskie i nie ma ciężkiego okablowania lub potrzeby dla gniazdka sieciowego. Jeśli na przykład mus…