Integracja całej komunikacji z poziomu ERP do poziomu terenowego jest zasadniczym wymogiem wobec dzisiejszych, najbardziej zaawansowanych systemów produkcji. Aby pokonać bariery pomiędzy IT i automatyką, właściciele urządzeń stale zwracają się ku otwartemu standardowi OPC UA. Jednakże OPC UA ma swoje ograniczenia, jeśli chodzi o złożone procesy z wymogiem czasu rzeczywistego. Mogłoby się to wkrótce zmienić dzięki technologii Time Sensitive Networking (TSN).
Ponieważ zadania rozwiązywane przez automatykę przemysłową stają się coraz bardziej złożone, nadal utrzymuje się trend w kierunku zdecentralizowanej architektury kontroli. Takie podejście pozwala na rozwój technologii automatyki o indywidualnym charakterze, elastyczności i modułowości strukturalnej, wraz z upowszechnianiem się inteligentnych peryferiów, pracujących w przemysłowej sieci Ethernet. Na przykład, indywidualne podsystemy i jednostki maszyn są coraz częściej wyposażane we własne sterowniki i łączone w jedną, kompletną maszynę.
Komunikacja jako decydujący czynnik
– Skuteczna komunikacja pomiędzy komponentami indywidualnymi ma kluczowe znaczenie dla produktywności tego rodzaju rozwiązań – wyjaśnia Stefan Schönegger, dyrektor ds. marketing w B&R. – Dla producentów maszyn i urządzeń bardzo ważne jest, aby ich zdolność wdrażania danego procesu nie była ograniczana przez zastrzeżone rozwiązania . Od poziomu terenowego, aż do poziomu systemu ERP – idealnym protokołem komunikacyjnym jest OPC UA.
OPC UA jest wdrażany obecnie przez wszystkich większych producentów systemów. Standard ten zapewnia, że maszyny ze sterownikami od różnych producentów mogą być w łatwy sposób koordynowane w ramach jednego systemu. Sam protokół jest niezależny od platformy, a stos komunikacyjny można przenosić na dowolny system operacyjny lub urządzenie wbudowane. – OPC UA jest jedynym protokołem, który tak skutecznie łączy wszystkie te korzyści – mówi Schönegger.
Działanie w czasie rzeczywistym dla maksymalnej efektywności.
Podczas gdy maszyny w fabryce nadal pracują jako stosunkowo niezależne jednostki – wysyłając i odbierające wyizolowane dane diagnostyczne i komendy – protokół OPC UA będzie nadal świetnym wyborem do komunikacji M2M. – Niemniej jednak fabryki przyszłości będą wyglądały całkiem inaczej – mówi Schönegger. – Maszyny, roboty i taśmy przenośników będą musiały komunikować się w czasie rzeczywistym, aby zmaksymalizować efektywność.
– Oczywiście byłoby techniczne możliwe dodanie możliwości czasu rzeczywistego do samego protokołu OPC UA, ale wiązałoby się to ze znacznym wysiłkiem i nadal miało swoje złe strony – dodaje Schönegger. Właśnie dlatego duża grupa producentów automatyki i robotyki połączyła siły, aby wspólnie obrać inny kierunek działań. Ich celem jest, aby protokół OPC UA korzystał z technologii TSN – poszerzenia dla standardu ehternetowego IEEE 802.1, który aktualnie jest opracowywany.
Przemysł motoryzacyjny napędza rozwój technologii TSN
Technologia Time-Sensitive Networking (TSN) jest zestawem aktualnie opracowywanych rozszerzeń, które później zostaną włączone w standard IEEE 802.1. Celem jest zapewnienie transmisji danych w czasie rzeczywistym za pośrednictwem Ethernetu. – Ogromną zaletą standardu TSN jest to, że stoi za nim branża motoryzacyjna. Oznacza to, że wymagane komponenty półprzewodnikowe będą dostępne w bardzo krótkim czasie i stosunkowo niedrogo – wyjaśnia Schönegger.
W ciągu ostatnich kilku lat ilość danych przesyłanych w pojazdach wzrastała w zawrotnym tempie. – Konwencjonalne systemy magistrali nie mają nawet odpowiedniej szerokości pasma, by poradzić sobie z tym wzrostem – twierdzi Schönegger. Pierwszym krokiem dla branży motoryzacyjnej było przyjęcie standardu 802.1 AVB (Audio Video Bridging), który umożliwia zsynchronizowany, szeregowany pod kątem priorytetów, podział plików audio i video. Pozwala to na przekazywanie obrazu z kamer wstecznych zamontowanych na tylnym zderzaku przez Ethernet.
Aby zbliżyć się do celu, czyli wejścia w nowe branże oraz poszerzenia spektrum aplikacji, grupa robocza AVB podjęła inicjatywę TSN. Branża motoryzacyjna chciałaby również obsługiwać przez Ethernet wszystkie zadania sterowania i aplikacje, które wymagają bezpieczeństwa funkcjonalnego. Aby to było możliwe, będą one potrzebowały czasów trwania cykli mieszczących się w zakresie czasu rzeczywistego oraz deterministycznego zachowania sieci. – Są to dokładnie te same wymagania, z którymi spotykamy się w procesie automatyzacji linii produkcyjnych –mówi Schönegger. To dlatego my i inni dostawcy automatyki zdecydowaliśmy się nadać protokołowi OPC UA zdolność pracy w czasie rzeczywistym przy pomocy technologii TSN.
Branża IT wychodzi naprzeciw automatyce
– Przy pomocy OPC UA TSN budujemy most pomiędzy światem IT opartym na IP i protokołami spełniającymi wymagania czasu rzeczywistego, takimi jak POWERLINK – twierdzi Schönegger. OPC UA TSN jest doskonałym rozwiązaniem dla wszystkich aplikacji w automatyzacji fabryki. Dzięki submilisekundowej synchronizacji zapewnia wystarczającą precyzję w przypadku aplikacji do synchronizacji liniowej, integracji systemów SCADA, ogólnego sterowania lub nawet obsługi przenośnika taśmowego i integracji I/O.
Dzięki OPC UA rozszerzającej swój zasięg do poziomu automatyki liniowej w najbliższych latach, pojawią się ogromne zmiany w strukturze maszyn i urządzeń. – Tradycyjne systemy sieci przemysłowej na poziomie fabryki nie będą już potrzebne – mówi Schönegger. Połączenie OPC UA TSN i POWERLINK obejmie cały zakres komunikacji w produkcji przemysłowej.
OPC UA i POWERLINK są protokołami opartymi wyłącznie na oprogramowaniu, ze stosami, które są łatwo dostępne i mogą być przenoszone na dowolną platformę. "Połączenie OPC UA i POWERLINK zapewnia maksymalną swobodę pracy z maszynami i systemami inżynieryjnymi," mówi Schönegger. Nie ma znaczenia, jaka nazwa widnieje na sterowniku.
– Połączenie OPC UA TSN i POWERLINK obejmie cały zakres komunikacji w produkcji przemysłowej. Stefan Schönegger, menedżer ds. marketingu B&R