Mạng truyền thông thông minh trong việc áp dụng Industrie 4.0 

Mặc dù vậy, các phiên bản khác nhau không cần phải được thiết lập trong stone. Có một cơ hội thực sự là một mô hình phổ biến có thể được phát triển để đáp ứng phần lớn các yêu cầu của cả hai thế giới. Từ góc nhìn của thế giới sản xuất, một số nhiệm vụ cấp bách nhất là sự phát triển của an ninh mạng được cải thiện đáng kể, mô tả chính thức chức năng của ứng dụng như đo lường và kiểm soát, và đảm bảo một mức độ cao của khả năng tương tác. Để đáp ứng những thách thức của Industrie 4.0, kiến trúc hệ thống hiện nay cũng phải được cải thiện đáng kể. Điều này phải đưa vào tài khoản số hóa tăng cường của các thiết bị và quy trình và khối lượng dữ liệu cao hơn được tạo ra bởi các thiết bị trường thông minh. Xu hướng phân cấp và tăng lên làm tăng các yêu cầu băng thông cho các mạng cũng phải được đưa vào tài khoản. Một khía cạnh quan trọng là tiêu chuẩn của phần mềm và phần cứng dựa trên các tiêu chuẩn hiện có và mở rộng.

Nếu những công việc có thể được hoàn thành, Industrie 4.0 cung cấp một cơ hội thực sự cho các các nhà khai thác và người sử dụng. Dựa trên những khái niệm Ethernet cũng nghĩ ra, một sự hiểu biết tốt hơn có thể đạt được cho các quá trình sản xuất, mà sẽ cho phép giảm chi phí và tăng năng suất. Ví dụ, thu thập dữ liệu sẽ được thực hiện dễ dàng hơn nhiều, cho phép dữ liệu này để sẵn sàng cho ứng dụng quản lý tài sản và các loại tương tự.

Không cần phải làm lại bánh lái cho điều này – ngược lại! Dựa trên Ethernet Profinet đại diện cho một ví dụ về làm thế nào một công nghệ hiện tại có thể được tăng cường cho các ứng dụng Industrie 4,0 tương lai.

Profinet sử dụng giao thức TCP / IP mà không cần bất kỳ giới hạn hoặc thay đổi. Tự động hóa các nhiệm vụ cụ thể như là gán thông số thiết bị, cấu hình, chẩn đoán mạng (SNMP) được xử lý thông qua các kênh giao thức TCP / IP. Đối với remote IO và ổ ứng dụng với tốc độ nghiêm ngặt và yêu cầu hành vi xác định, TCP / IP với các dữ liệu trên không rộng lớn của nó và thời gian ngắn là không đủ. Để khắc phục những vấn đề này, các chuyên gia của PI đã thêm một kênh thêm thời gian thực (RT) cho thời gian thực truyền dữ liệu thời gian quan trọng. Trong khi phần cứng Ethernet tiêu chuẩn và các thành phần mạng tương ứng (switch) được sử dụng với phương pháp này, các datagram được ưu tiên trong các chuyển mạch sử dụng gắn thẻ ưu tiên theo chuẩn IEEE. Điều này cho phép xác định thời gian đáp ứng trong khoảng 0,25 đến 10 phần nghìn giây và mở ra Ethernet cho các ứng dụng công nghiệp hoàn toàn mới.

Các kênh RT được sử dụng cho thời gian thực thông tin liên lạc với các IOS khác từ xa và thiết bị hiện trường Profinet bổ sung. Do Ethernet và mạng LAN không dây đều dựa trên loạt 802.xx IEEE tiêu chuẩn, Profinet có thể dễ dàng mở rộng cho các truyền thông không dây thông qua các điểm truy cập.

Profinet cũng bao gồm một thời gian thực (IRT) kênh điều khiển đồng bộ cho các ứng dụng điều khiển chuyển động hiệu suất cao, chẳng hạn như đối với sự phối hợp của hàng trăm các trục với độ chính xác đến micro giây. Profinet với IRT cung cấp hỗ trợ phần cứng bổ sung trong các hình thức Profinet ASICs tiêu chuẩn để cho phép một mức độ rất cao của đồng bộ hóa. cửa sổ thời gian dành riêng này sử dụng để truyền gói dữ liệu trong một chuỗi vòng đáng tin cậy, trong khi chu kỳ thời gian còn lại được sử dụng cho các tiêu chuẩn giao thức TCP / IP truyền thông.

Một thách thức rõ ràng phải đối mặt bởi Industrie 4.0 là người mới tham gia thị trường, công nghệ, và các nhiệm vụ liên tục sẽ xuất hiện. Để đảm bảo khả năng tương tác bền vững trong điều kiện này, một tập hợp chung các phương pháp tiêu chuẩn hóa phải được phát triển. Mục tiêu là cho các sản phẩm có khả năng tương tác với nhau trong khi cho phép các công ty đủ mất nhiều thời gian để phát triển hồ sơ của mình cho các sản phẩm của họ. Các ủy ban khác nhau, các hội nghề nghiệp và các hiệp hội ngành công nghiệp phải phối hợp chặt chẽ để phát triển một chiến lược phổ biến ở đây. Một vài ví dụ sẽ minh họa điều này:

Industrie 4.0 sẽ áp dụng OPC UA (Unified Architecture) là cấu trúc dịch vụ chuyên nghiệp của họ. Các chuyên gia tin rằng công nghệ này sẽ là cơ sở cho các sự phát triển của Industrie 4.0. PI và OPC Foundation đã được làm việc hợp tác trong nhiều năm qua. Sự hợp tác này đang được đẩy mạnh để cho phép tích hợp của OPC UA vào kiến trúc hệ thống của Profinet. Công việc tương ứng đã bắt đầu. Kế hoạch này là để sử dụng các dịch vụ nói chung hiện tại được phát triển đặc biệt cho Industrie 4,0 trên cơ sở của OPC UA.

PI hiện cũng đang làm việc trên các giải pháp để theo dõi tình trạng. Dựa trên mô hình tham chiếu để theo dõi tình trạng của các hiệp hội kỹ sư người Đức VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau), PI đang xác định một hồ sơ thông tin liên lạc cho phép truy cập để theo dõi tình trạng qua Profinet.

IEEE “Thời gian Networks nhạy cảm (TSN)” Task Group cũng đang thực hiện cải thiện hành vi thời gian thực. Khi công nghệ trở nên có sẵn, PI sẽ kiểm tra các điều kiện sử dụng của TSN trong các mạng công nghiệp sẽ được thuận lợi và mức độ mà TSN có thể được tích hợp trong Profinet.

Hơn một thập kỷ sau khi tung ra thị trường Ethernet, sương mù đã nâng lên để lộ vị trí thị trường của năm giao thức Ethernet công nghiệp hàng đầu. Theo phân tích của ARC, Profinet chiếm vị trí hàng đầu trong năm 2013 về số lượng thiết bị Ethernet công nghiệp với một giao thức cụ thể. Nói chung, ARC dự báo tăng trưởng đáng kể trong thị trường Ethernet công nghiệp. Việc chấp nhận Ethernet công nghiệp đã phát triển đáng kể trong những năm gần đây, và ARC dự kiến tăng hàng năm trong bán hàng thiết bị của gần 20 phần trăm. Khi giá bán trung bình nằm hơi, tăng gấp đôi thị trường trong 5 năm tiếp theo dự kiến. Là người đứng đầu thị trường, Profinet có khả năng sẽ được hưởng lợi từ tăng trưởng giai đoạn này.

Mặc dù công việc trên Industrie 4.0 chỉ mới bắt đầu, sự năng động của các ý tưởng và những khái niệm gây ra bởi công việc này trong quá trình công nghiệp là ấn tượng. Một nhận thức mới đã được nâng lên một tầm nhìn CNTT định hướng chung cho tương lai của thế giới sản xuất. Một điều rõ ràng là: Để gặt hái những lợi ích của Industrie 4.0, công ty sản xuất phải suy nghĩ lại về chiến lược CNTT của họ và có những yêu cầu mới của một công ty thực sự thông tin định hướng vào tài khoản. Điều này bao gồm các ứng dụng tại cấp độ doanh nghiệp lập kế hoạch kinh doanh và thực hiện cũng như các ứng dụng để sản xuất phục vụ như là một nguồn thông tin từ các quá trình sản xuất. Một kiến trúc tự động hóa cũng nghĩ ra với khả năng phát triển trong tương lai sẽ xác định xem Industrie 4.0 cũng là bền vững.

Tác giả: ông Peter Wenzel Giám đốc PI tại Đức