Уақытқа сезімтал желілер PLC байланысының болашағын қалай қайта анықтап жатыр
Өнеркәсіптік автоматтандыру саласы үлкен өзгерістерге ұшырап жатыр. Ондаған жылдар бойы бағдарламаланатын логикалық контроллерлер (PLC) меншікті өріс автобустарына сүйенді. Алайда, деректердің қарқынды өсуі мен нақты уақыттағы басқару қажеттілігі осы ескі жүйелердің шегіне жетті. Уақытқа сезімтал желі (TSN) өнеркәсіптік байланыс архитектураларының келесі буынының негізі ретінде пайда болып, Ақпараттық технологиялар (IT) мен Операциялық технологиялардың (OT) ақыры бірігуін уәде етеді.
IT мен OT-ның бірігуі: протокол соғысын аяқтау
Тарихи тұрғыдан, зауыт алаңдары өз алдына жұмыс істеді. Басқару жүйелері Profibus немесе Modbus сияқты арнайы желілерді қолданды. Ал кәсіпорын деңгейінде стандартты Ethernet қолданылды. TSN IEEE стандарттарының жиынтығы ретінде осы алшақтықты жояды. Ол стандартты Ethernet-ті анықталған хабарламаларды жеткізуді кепілдендіру үшін өзгертеді. Осылайша, өндірушілер енді біртұтас, біріккен желі инфрақұрылымын пайдалана алады. Бұл бірігу архитектураны жеңілдетіп, шығындарды айтарлықтай азайтады.
Мен орта деңгейдегі автомобиль жабдықтаушыларына кеңес берген тәжірибемде, бірнеше шлюздерден бас тарту еркіндік әкеледі. Бір зауыт менеджері протокол аударма нүктелерін алып тастағаннан кейін желіні жөндеу уақытын шамамен 30% қысқартқанын айтты. Бұл тек жылдамдық туралы емес; бұл үйлесімді экожүйе құру туралы.
TSN PLC архитектурасын түбегейлі қалай өзгертеді
Дәстүрлі PLC сканерлеу циклінде жұмыс істейді: кірістерді оқиды, логиканы орындайды, шығыстарды жазады. Байланыс фондық режимде жүреді, бұл жиі дірілге әкеледі. TSN уақыт синхрондауын (IEEE 802.1AS) және трафикті жоспарлауды (IEEE 802.1Qbv) енгізу арқылы бұл жағдайды өзгертеді. TSN қолдайтын интерфейстері бар PLC маңызды қозғалыс басқару деректері үшін уақыт слоттарын резервтей алады. Нәтижесінде цикл уақыты өте дәл және болжамды болады.
Siemens (SIMATIC S7-1500) және Rockwell Automation сияқты жетекші автоматтандыру өндірушілері TSN-ді өз контроллерлеріне енгізуде. Олар "контроллерден контроллерге" және "контроллерден қозғалтқышқа" синхрондалған байланыс моделіне көшуде. Бұл классикалық мастер-слейв сұрауынан ынтымақтастыққа, изохронды деректер алмасуға өту болып табылады.
Қолдану мысалы: бірнеше өндірушінің қозғалыс басқаруы, дірілсіз
Сценарий: Сусын компаниясының жоғары жылдамдықты орау желісі B&R сервожүйелерін Yaskawa роботтарымен үйлестіруді талап етті, барлығы Beckhoff PLC арқылы бақыланды.
Мәселе: Дәстүрлі өріс автобустары қымбат және күрделі мастер контроллерді қажет етті, ол командаларды аударып, 100 мкс-тан асатын кідіріс дірілін тудырды, бұл минутына 600 бірлік жылдамдықта бөтелкелердің құлауына әкелді.
TSN шешімі: OPC UA FX (Field eXchange) негізіндегі TSN арқалық желісін енгізу арқылы барлық құрылғылар бір желіде байланыс жасады. Уақыт синхрондауы қозғалтқыштарды бір-бірінен 1 мкс ішінде ұстады.
Нәтиже: Діріл жойылды. Желінің жылдамдығы 15% артты, минутына 690 бірлікке жетті, ауысу уақыты 20% қысқарды, себебі үйлесімділік үздіксіз болды. Зауыт басқару шкафындағы орын желі коммутаторларын біріктіру арқылы қысқарды.
Диагностика мен алдын ала техникалық қызмет көрсету мүмкіндіктерінің кеңеюі
Тек басқарудан тыс, TSN деректердің қолжетімділігін өзгертеді. TSN стандартты Ethernet кадрларын қолданғандықтан, IT құралдары енді жоғары ажыратымдылықтағы процесс деректеріне қауіпсіз қол жеткізе алады. PLC уақытқа аса маңызды I/O деректерін қозғалтқышқа жібере алады және бір уақытта жағдайды бақылау деректерін бұлттық бақылау тақтасына ағызып отырады. Бұл екі функция алдын ала техникалық қызмет көрсету үшін өте маңызды.
Мысалы, жел турбинасы операторы енді бір желіні пайдаланып, TSN арқылы қанаттың бұрышын нақты уақытта реттей алады және діріл деректерін аналитикаға жібереді. Бұл бөлек, қымбат жағдайды бақылау жүйесін қажет етпейді, әр турбина орнатуында 50 000 доллардан астам үнемдеуге мүмкіндік береді.
Қолдану мысалы: жартылай өткізгіш өндірісіндегі дәлдік
Сценарий: Таза бөлмедегі ваферді өңдеу роботына 300 мм ваферлерді нанометрлік дәлдікпен орналастыру қажет болды.
Мәселе: Қолданыстағы EtherNet/IP жүйесі бір желідегі IT трафигінің (мысалы, сақтық көшірмелер) фондық әсерінен кейде пакеттердің кешігуіне ұшырады, бұл роботтың кідірісіне және ваферлердің бүлінуіне әкелді — әр оқиға шамамен 15 000 доллар шығын.
TSN шешімі: Зауыт желіні TSN арқылы сегменттеді. Олар роботтың басқару деректері үшін арнайы "пішімделген" уақыт терезесін конфигурациялап, оны IT трафигінен оқшаулады.
Нәтиже: Байланыс діріліне байланысты бүлінген өнім мөлшері алғашқы алты айда нөлге дейін төмендеді. Фабрика желіні жаңартуға салған инвестициясын төрт айдан аз уақытта қайтарды, тек өнімділік жақсаруы есебінен.
Автордың пікірі: қабылдау жолы және дағдылардың өзгеруі
Менің ойымша, TSN-ді қабылдаудағы кедергі аппараттық құрал емес — ол инженерлік ойлау тәсілі. Profibus DP-мен жұмыс істеген зауыт инженерлері енді IP мекенжайлары мен желі коммутаторларын баптаумен бетпе-бет келеді. Компаниялар өз командаларын қайта оқытуға инвестиция салуы керек. Біз "PLC бағдарламашыларынан" "автоматтандыру желі архитекторы" деңгейіне көшеміз. Ерте қабылдаушыларға ішкі тәжірибе жинау үшін орау скиді сияқты маңызды емес аралдық қолданбадан бастауға кеңес беремін. Ұзақ мерзімді пайда — жаңа өнімдерге бірнеше апта емес, бірнеше күнде бейімделетін икемді, қайта конфигурацияланатын зауыт алаңы.
Шешім сценарийлері: TSN қай жерде дереу пайда әкеледі
- Баспа саласында үйлестірілген қозғалыс: 10-түсті баспа пресінде TSN барлық баспа цилиндрлерінің 500 м/мин жоғары жылдамдықта мінсіз синхрондалуын қамтамасыз етеді, іске қосу кезінде қалдықтарды 8% азайтады.
- AGV флотын басқару: Автоматты бағытталған көліктер (AGV) үздіксіз ауысуды талап етеді. TSN аймақтар арасында анықталған байланыс арқылы соқтығыстарды болдырмайды және қоймадағы қозғалыс тиімділігін 25% арттырады.
- Энергетикалық желіні автоматтандыру: Қуат станцияларын автоматтандыру "бес тоғыз" сенімділікті талап етеді. TSN-нің артықшылық механизмдері (IEC 62439) 10 мс ішінде үздіксіз ауысуды қамтамасыз етіп, қатаң коммуналдық талаптарға сай келеді.
