Vytváření propojených průmyslových odvětví, technologie s IIoT, Průmysl 4.0

Výrobci se obracejí na dodavatele automatizačních systémů a technologií, aby jim pomohli vytvořit propojený průmysl, inteligentní továrny a integraci s Průmyslem 4.0 a průmyslovým internetem věcí (IIoT). Dodavatelé automatizačních systémů hledají nejnovější technologie, které jim poskytnou konkurenční výhodu, například lepší škálovatelnost, výkon, spolehlivost, snadné použití a vyšší nákladovou efektivitu. Jednou z technologií, která pomáhá dosáhnout zlepšení ve všech oblastech, je Ethernet s časově senzitivní sítí (TSN).

Pro dosažení globálního chytrého závodu je třeba zvážit sedm klíčových oblastí:

1. Zajištění konzistentní kvality a výkonnosti v rámci globálních operací.
2. Vyvážení výroby s poptávkou za účelem optimalizace spotřeby materiálu a využití výrobních prostředků.
3. Zlepšení a plnění souladu s předpisy.
4. Zavedení pružnějších a agilnějších výrobních operací, které reagují na měnící se podmínky na trhu.
5. Plnění náročných požadavků a metrik pro včasné dodávky díky zkrácení střední doby do opravy (MTTR) a zvýšení celkové účinnosti zařízení (OEE).
6. Snížení nákladů na návrh, nasazení a podporu výrobních systémů a systémů informačních technologií (IT) v globálních výrobních závodech.
7. Zlepšení reakce na události, které se vyskytnou v závodě, bez ohledu na jejich umístění. 

Boj proti „ostrůvkům“ automatizace

Hlavní překážkou byla neschopnost stávajících průmyslových síťových systémů sdílet informace mezi různými technologiemi. To vedlo ke vzniku datových „ostrůvků“, které bránily sdílení informací. Výrobci průmyslových automatizačních řídicích systémů a jejich zákazníci chápou hodnotu dat, která vznikají v jejich závodech, a vyžadují bezproblémový přístup k těmto datům, aby mohli přijímat chytřejší rozhodnutí pro provoz závodu v éře IIoT a Průmyslu 4.0.

Proto se preferovaným přístupem stává transparentnost, kterou vyžadují aplikace Průmyslu 4.0. Součástí strategie je získávání terabajtů dat z provozní úrovně a vytváření užitečných informací. Datová inteligence může také řešit problémy zákazníků pomocí kompletní architektury založené na řešeních zaměřených na sbližování IT a PT. 

Kompatibilita sítí IT a PT

Standardizované protokoly zlepšují pohyb dat v sítích informačních technologií (IT) a provozních technologií (PT). Existuje však třída komunikací, které mají vynucené ostrůvky dat, což je nutné pro deterministické chování. K vyřešení tohoto problému je třeba, aby protokoly byly kompatibilní se sítí TSN, aby poskytovaly výhody konvergovaných sítí a zároveň podporovaly prioritizovaný provoz.

Společnosti, jež realizují projekty automatizace výroby, by měly hledat otevřené síťové technologie, které budou odpovídat současným potřebám, například reagovat na požadavky Průmyslu 4.0 s gigabitovou šířkou pásma, a zároveň poskytovat kompatibilitu se sítí TSN.

Význam technologie TSN se odráží ve způsobu, jakým mnoho normalizačních orgánů a organizací zabývajících se průmyslovým Ethernetem pracuje na jejím začlenění do svých portfolií. Jejich práce poskytuje pevný základ pro integraci dat a informací mezi všemi složitými, různorodými zařízeními a aplikacemi, které byly dříve oddělené.

K úspěšnému vybudování kompletních automatizačních systémů je nutné propojit různé technologie a zajistit jejich bezproblémové fungování z hlediska interoperability. Standardizace umožňuje navrhovat a nasazovat kompletní systémy s využitím produktů mnoha dodavatelů. Síť TSN může také poskytnout mnoho příležitostí pro konvergenci a interoperabilitu. Síť TSN může umožnit, aby se zařízení a aplikace, které byly dříve oddělené a komunikovaly samostatně, staly součástí soudržného systému. Ve stejné síti mohou vedle sebe existovat různé protokoly průmyslového Ethernetu. 

Síťové standardy v automatizaci

Na přidání kompatibility s TSN pracují různé asociace otevřeného průmyslového Ethernetu a nadace OPC Foundation. Skupina IEEE 802.1 zahrnuje více než 30 standardů, z nichž některé se nemusejí vztahovat na průmyslové případy použití. Je nutná určitá dohoda o tom, které z nich by měly být použity pro automatizaci. Mezinárodní elektrotechnická komise (International Electrotechnical Commission – IEC) a organizace IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) společně pracují na definici standardního souboru profilů pro TSN v automatizaci na základě rozsáhlého souboru případů použití. Obecně se to označuje jako IEC/IEEE 60802. Mnoho případů použití automatizace však pokrývají základní standardy IEEE 802.1AS a Qbv, které se zabývají synchronizací času a určováním priorit, jak jsme již viděli.

Dodavatelé představili produkty, které tyto standardy obsahují. Standardy IEC a IEEE mají navíc osvědčenou zpětnou kompatibilitu. V budoucích standardech budou pravděpodobně „zapracovány“ všechny předchozí standardy. Projekt IEC/IEEE 60802 plánuje řešit otázku testování shody se sítěmi TSN. Minimálně jedna organizace pro otevřené sítě to nabízí a je pravděpodobné, že tyto aktivity budou v budoucnu kombinovány s programy s širším dosahem s dalšími organizacemi.

Obrázek 2: Standardizované protokoly zlepšují pohyb dat v sítích informačních technologií (IT) a provozních technologií (PT)

Přínosy a interoperabilita sítí TSN

Co má tedy udělat firma, která je přesvědčena o výhodách sítě TSN a chce ji zavést? Odpovědí je hledání technologie, jež podporuje síť TSN a zároveň poskytuje potřebné aplikační funkce, jako je bezpečnost a polohování. Je to téměř tři roky, co společnost CLPA představila systém CC-Link IE TSN, jenž využíval zavedený otevřený průmyslový Ethernet CC-Link IE a přidal kompatibilitu se sítí TSN. Výsledkem byla první otevřená technologie průmyslového Ethernetu na světě, která kombinuje gigabitovou šířku pásma se sítí TSN. Koncoví uživatelé, výrobci strojů a dodavatelé mohou ve svých produktech a projektech používat osvědčenou technologii.

Výrobcům zařízení pomáhá vývoj produktů kompatibilních s CC-Link IE TSN naplnit příslib Průmyslu 4.0 třemi způsoby:

• Výkon: Jediný otevřený průmyslový Ethernet, který je v současné době k dispozici a který kombinuje gigabitovou šířku pásma se sítí TSN pro zajištění nejvyšší produktivity díky maximální dostupnosti šířky pásma.
• Konektivita: Otevřená technologie maximalizuje svobodu volby pro koncové uživatele a výrobce strojů a zároveň poskytuje flexibilitu implementace pro dodavatele. Síť TSN nabízí možnost kombinovat provoz CC-Link IE TSN s jinými protokoly.
• Inteligence: Zkraťte dobu projektování a maximalizujte dobu provozu díky řadě funkcí, které mají zjednodušit návrh a údržbu systému.

Co to všechno znamená pro koncového uživatele, výrobce strojů nebo dodavatele, kteří stále přemýšlejí, co dělat se sítěmi TSN? Dodavatelé a normalizační organizace přijímají a prosazují technologii TSN do svých vlastních standardů a portfolií.

Koncoví uživatelé chtějí mít na výběr a očekávají, že zařízení a sítě budou koexistovat a spolupracovat, aby přinášely přidanou hodnotu pro podnikání. Díky tomu lze data z dříve oddělených zařízení převádět na užitečné informace a s využitím sítě TSN zajistit kompletní ucelenou implementaci průmyslové automatizace pro dnešek i zítřek. Riziko nespočívá v zavedení sítě TSN nyní, ale spíše v tom, že se zavedením TSN budete čekat ještě několik let a zůstanete pozadu.

Síť TSN nabízí výrobcům několik příležitostí, například determinismus a úplnou konvergenci průmyslových a obchodních sítí. Síťová konvergence je klíčovým prvkem, který řeší výzvu větší transparentnosti stanovenou v rámci Průmyslu 4.0 a umožňuje, aby procesy a výroba byly vysoce účinné a optimalizované.

Vývoj k systémům s podporou sítí TSN

U současných projektů průmyslové automatizace musí organizace prozkoumat, které síťové technologie pomohou zlepšit provoz. S tím pomůže gigabitový Ethernet. Sítě by také měly být otevřené. Sledovat budoucí potřeby znamená identifikovat současné technologie, které budou podporovat sítě TSN a poskytovat možnost upgradu na budoucí systémy s podporou TSN.

Technologické prostředí kolem sítí TSN se stále vyvíjí a aktivity IEEE a IEC vedou k novým vylepšením. Lze počítat s tím, že zařízení a sítě s podporou TSN, které jsou nainstalovány nyní, budou fungovat i se systémy zítřka. Ethernet je na světě již přibližně 40 let, během té doby se vyvíjel, a proto se používá dodnes.

Technologie, jako je TSN, se budou dále vyvíjet, aby pomohly společnostem uspokojit současné potřeby a pomohly utvářet další průmyslovou revoluci.

Výrobci strojů a koncoví uživatelé jsou závislí na technologii TSN, která propojuje starší systémy s dnešními a zároveň řeší komplexní potřeby budoucnosti. Síť TSN může být přínosem pro vývojové plány, může zjednodušit návrhy strojů a zlepšit výrobní operace.

Thomas Burke, globální strategický poradce, CC-Link Partner Organization (CLPA), Severní Amerika; John Browett, generální ředitel, CC-Link Partner Association (CLPA) Europe. Upravil Chris Vavra, ředitel pro webový obsah časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..