От двери предприятия до диспетчерской – по мере повышения интеллектуальности заводских систем растет объем передаваемых и обрабатываемых данных. Традиционные системы Fieldbus уже не могут угнаться за стремительным ростом объема и заменяются решениями на базе Ethernet, такими как POWERLINK в реальном времени.
Для производителей оборудования, которые получают преимущество от такой беспрецедентной гибкости и продуктивности, переход может принести большую прибыль. "Но это означает больше, чем просто повышение уровня автоматизации, – поясняет Штефан Шенеггер, управляющий директор Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). – Это также означает следовать более динамичному связанному с сетью подходу к производству".
Стандарты Fieldbus и их пределы
Традиционные системы Fieldbus не предназначены для обработки огромного потока больших данных. Тем не менее, многие производители оборудования пытались обойтись традиционной технологией Fieldbus – организуя отдельные сети для данных контроля движения, безопасности и датчиков. "Эти параллельные системы не только дороги и требовательны в обслуживании, они тяжело синхронизируются и подвержены ошибкам", – рассказывает Шенеггер. Это объясняет растущую популярность более мощных сетей на базе Ethernet.
"С точки зрения скорости и полосы пропускания Industrial Ethernet "нарезает круги" вокруг обычных систем Fieldbus", – говорит Шенеггер. В ходе четвертой промышленной революции становится очевидной еще одна проблема. Количество сетевых узлов в каждой машине становится угрожающе большим – благодаря разрастанию интеллектуальных датчиков, вспомогательных осей и масштабным системам безопасности, необходимым для взаимодействия человека с роботом. Как правило, по мере увеличения количества сетевых узлов работа систем замедляется.
POWERLINK все по-другому. За счет широковещания (одновременной передачи всем станциям сети) эта технология устраняет задержки, возникающие при прохождении всего трафика через центральную точку. Отклонение от синхросигнала, известное как "флуктуация" (дрожание), составляет менее 1 микросекунды. "Даже для сети реального времени это превосходный уровень точности", – говорит Шенеггер.
Место для больших данных
Не каждый промышленный протокол Ethernet подойдет для "Индустрии 4.0". Некоторые разрабатывались с акцентом только на времени цикла, игнорируя гигантские объемы информации, которые иногда должна передавать шинная система. Но большая доля данных в сети реального времени не является критичной по времени. Сюда относятся служебные данные для конфигурирования и диагностики устройств, данные процессов для архивации и данные безопасности или видеоданные с камеры наблюдения – все это образует общую тенденцию, известную как "большие данные". POWERLINK передает эти данные во время своей асинхронной фазы – части цикла, которая не влияет на критичные по времени данные. При необходимости в этой асинхронной фазе могут быть реализованы протоколы, такие как TCP/IP.
Адаптируемая сеть, настроенная в соответствии с машиной
Как правило, в установке или технологической линии имеется лишь небольшое количество по-настоящему критичных по времени процессов, таких как задачи контроля движения. С помощью процедуры, известной как "мультиплексирование", можно опрашивать критичные по времени узлы в каждом цикле, а общую информацию о состоянии (например, значения температуры) считывать гораздо реже. Это оптимизирует объем данных и идеально адаптирует длительность цикла и имеющемуся прикладному решению. "Можно привести один очень показательный пример того, какой эффективной может быть эта концепция, – рассказывает Шенеггер. – На двухмерном намотчике стретч-пленки компании Brückner Maschinenbau мы синхронизировали 728 координатных осей с временем цикла 400 микросекунд, пользуясь POWERLINK. Это мировой рекорд".
Свободный выбор топологии без специальных аппаратных средств
Хотя сам протокол Ethernet не налагает ограничений на топологию, большинство систем Industrial Ethernet требуют специального аппаратного обеспечения для внедрения определенных типов сетей. С POWERLINK приходит полная свобода топологии без ограничения аппаратных средств. Шинная, кольцевая или древовидная структура при необходимости может подвергаться смешиванию, приведению в соответствие, модификации и расширению для адаптации сети к схеме конкретной машины. "Узлы можно даже добавлять к сети или убирать из нее в процессе работы, – говорит Шенеггер. – В век динамичного производства, модульных машин и распределенных интеллектуальных систем – характерных черт "Индустрии 4.0" – это фактор, который нельзя недооценивать".
Повышение уровня гибкости и модульности часто требует системы распределенного управления, которая не представляет сложности для POWERLINK. Поскольку данные не направляются через центральную точку (подобно воронке), любой узел сети может обмениваться данными с любым другим узлом – напрямую и без задержки. Конечно, высокая производительность сети POWERLINK означает, что также возможны централизованные системы управления. Шенеггер говорит об этом так: "POWERLINK оставляет проектирование системы управления там, где оно должно быть: в руках производителя оборудования".
Кольцевое резервирование с одним дополнительным кабелем
В критических вариантах применения сбой сети может привести к дорогостоящему ущербу или даже подвергнуть опасности людей (операторов). Такие установки и системы часто оснащаются масштабными системами резервирования, чтобы исключить вероятность такой ситуации. "С POWERLINK можно внедрить кольцевое резервирование совсем недорого", – поясняет Шенеггер. Все, что нужно, это дополнительный кабель, чтобы замкнуть линию в кольцо. Разрывы в сети обнаруживаются, и используется обходной путь через резервный канал связи из одного цикла в другой.
Кроме того, POWERLINK обладает превосходной устойчивостью к электромагнитным помехам, что дополнительно способствует высокой эксплуатационной готовности и позволяет включать в сеть контактные кольца и беспроводные соединения. С помощью контактных колец от компании Cobham или Schleifring POWERLINK даже может передавать данные со скоростью 100 Мбит/с вместе с питанием 24 В и шиной ПТ 750 В без ущерба для стабильности сети. Ничего препятствует слаженной работе небольшого завода, объединенного в сеть
Открытость на 100 %
Чтобы надежно работать и оптимизировать затраты, производители оборудования придают большое значение независимому выбору между альтернативными поставщиками. "POWERLINK – это на сто процентов открытая технология", – отмечает Шенеггер. Стек протоколов публикуется как ПО с открытым исходным кодом под лицензией BSD и уже был загружен более 30 000 раз с платформы SourceForge (www.sourceforge.net). За счет своей открытости POWERLINK обеспечивает максимальную защиту инвестиций.
Так как это только программный стек, POWERLINK может работать на любой аппаратной платформе. При необходимости можно построить для этой прикладной системы сетевую инфраструктуру из коммерчески доступного аппаратного обеспечения Ethernet. Это приводит к более низкой общей стоимости жизненного цикла оборудования по сравнению с любой другой системой промышленного Ethernet.
Gigabit Ethernet без добавочных затрат
POWERLINK полностью совместим со стандартом IEEE 802.3 Ethernet. "Эта совместимость – огромное преимущество для пользователей POWERLINK", – говорит Шенеггер. Так как технология Ethernet продолжает эволюционировать, они могут пользоваться выгодой от последних достижений. В случае сложных систем, генерирующих все больше данных, то, когда сегодняшняя полоса пропускания 100 Мбит/с столкнется со своими ограничениями, является лишь вопросом времени. Сохраняя полное соответствие со стандартом Ethernet, POWERLINK гарантирует, что, когда придет время, обновление до Gigabit Ethernet будет быстрым и безболезненным. "Для сетей на базе Ethernet, отступающих от стандарта, увеличенная полоса пропускания будет достигнута ценой масштабных разработок и, возможно, нового проприетарного аппаратного обеспечения".
- Минимальная стоимость жизненного цикла
- Максимальная защита инвестиций
- Максимальная производительность систем
- Максимальная свобода для пользователя
"POWERLINK – это идеальная сеть для коммуникационных задач "Индустрии 4.0". Штефан Шенеггер, управляющий директор, EPSG