Müasir sənaye tətbiqlərinə nəzarət etmək üçün real vaxt məlumatlarından istifadənin əhəmiyyəti

Müasir fabrikalarda real vaxt məlumatları niyə vacib hala gəlib

Sənaye avtomatlaşdırılması artıq ayrı-ayrı maşınları idarə edən təcrid olunmuş kontrollerlərlə məhdudlaşmır. Müasir müəssisələr PLC-lər, kənar qurğular, paylanmış kontrollerlər, sensorlar və müəssisə platformaları arasında əməliyyat məlumatlarını fasiləsiz mübadilə edən qarşılıqlı əlaqəli sistemlərə güvənir.

Sənaye mühitləri kənar hesablamanı və Sənaye Əşyaların İnterneti (IIoT) arxitekturalarını tətbiq etdikcə, real vaxt məlumatlarını deterministik zamanlama ilə emal etmək bacarığı rəqabət üstünlüyündən daha çox əsas tələbə çevrilib.

Şəkil 1. Müasir sənaye əməliyyat sistemləri qoşulmuş avtomatlaşdırma aktivləri arasında deterministik icranı və sinxronlaşdırılmış rabitəni idarə etməlidir.

CPU səmərəliliyinə və çoxtapşırıqlılığa üstünlük verən ənənəvi müəssisə hesablama sistemlərindən fərqli olaraq, sənaye idarəetmə sistemləri kritik əməliyyatların dəqiq zaman pəncərələri daxilində icra olunmasına zəmanət verməlidir. Hətta millisaniyələrlə ölçülən gecikmə dəyişkənliyi maşınların koordinasiyasına, prosesin sabitliyinə və ya personalın təhlükəsizliyinə təsir göstərə bilər.

Sənaye şəbəkələri iki tamamilə fərqli trafik növünü daşıyır

Sənaye avtomatlaşdırılmasında ən böyük arxitektura problemlərindən biri əməliyyat texnologiyalarının (OT) və informasiya texnologiyalarının (IT) birləşməsidir. Hər iki mühit eyni infrastrukturu paylaşır, lakin onların rabitə prioritetləri əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.

OT trafiki deterministik zamanlama tələb edir

Əməliyyat texnologiyaları şəbəkələri vaxta həssas idarəetmə funksiyalarını yerinə yetirir. Hərəkət sistemləri, robot qolları, turbin idarəetmələri və yüksək sürətli I/O sinxronizasiyası proqnozlaşdırıla bilən gecikmədən və son dərəcə aşağı jitter-dən asılıdır.

Məsələn, robot manipulyatoru konveyerin izlənməsi sistemindən götürmə əmri aldıqda, rabitə gecikməsi sabit qalmalıdır. Zamanlamada istənilən gözlənilməz kənarlaşma istehsal ardıcıllığını poza və ya avadanlığa zərər verə bilər.

Təkmil maşın mühafizəsi tətbiq edən müəssisələr aktivlərin etibarlılığını və əməliyyat görünürlüğünü yaxşılaşdırmaq üçün çox vaxt deterministik rabitəni Bently Nevada 3500 maşın mühafizəsi sistemləri kimi vəziyyətə nəzarət platformaları ilə birləşdirirlər.

Şəkil 2. Sənaye rabitə infrastrukturu həm deterministik idarəetmə trafikini, həm də yüksək ötürmə qabiliyyətli müəssisə məlumatlarını dəstəkləməlidir.

IT trafiki ötürmə qabiliyyətinə və miqyaslana bilməyə üstünlük verir

İnformasiya texnologiyaları sistemləri müəssisə mühitləri arasında böyük həcmdə əməliyyat məlumatlarının ötürülməsinə yönəlir. Video axınları, bulud analitikası, texniki xidmət məlumat bazaları və hesabat sistemləri deterministik zamanlama əvəzinə ötürmə qabiliyyətinə və miqyaslana bilməyə üstünlük verir.

Əvvəllər OT və IT sistemləri ayrı işləyirdi, çünki onların rabitə tələbləri bir-biri ilə uyğun gəlmirdi. Lakin müasir sənaye müəssisələri hər iki trafik növünün vahid şəbəkə infrastrukturu üzərində birlikdə işləməsini getdikcə daha çox tələb edir.

Zamana həssas şəbəkələşmə sənaye Ethernet-ində dəyişiklik yaradır

Zamana həssas şəbəkələşmə (TSN) OT və IT-nin birləşməsini dəstəkləyən ən mühüm texnologiyalardan biri kimi formalaşır. TSN sənaye trafiki üçün deterministik rabitə davranışı təqdim etməklə standart Ethernet-i təkmilləşdirir.

TSN ilə kritik idarəetmə paketləri zəmanətli ötürmə pəncərələri əldə edir, kritik olmayan trafik isə eyni fiziki şəbəkəni paylaşmağa davam edir. Bu arxitektura təcrid olunmuş idarəetmə şəbəkələrinin saxlanılması ilə müqayisədə avadanlıq mürəkkəbliyini azaldır və tətbiq xərclərini aşağı salır.

Miqyaslana bilən paylanmış arxitekturalar tətbiq edən sənaye istehsalçıları çox vaxt TSN-ə uyğun kontrollerləri Siemens SIMATIC S7 sistemləri və kənara qoşulmuş avtomatlaşdırma infrastrukturu ilə inteqrasiya edirlər.

Gecikmə və jitter xam sürətdən daha vacibdir

Bir çox mühəndis sənaye şəbəkələrinin məhsuldarlığını səhvən yalnız ötürmə qabiliyyəti ilə əlaqələndirir. Əslində deterministik zamanlama çox vaxt mütləq bant genişliyindən daha vacibdir.

Gecikmə məlumatların təyinat nöqtəsinə nə qədər sürətlə çatdığını müəyyən edir. Jitter ötürmələr arasındakı zamanlama dəyişkənliyini ölçür. Hərəkət idarəetməsində, turbin mühafizəsində və sinxronlaşdırılmış istehsal proseslərində jitter-ə nəzarət əməliyyat sabitliyi üçün vacibdir.

Böyük həcmdə məlumat ötürə bilən şəbəkə rabitə zamanlaması gözlənilməz şəkildə dəyişərsə, sənaye idarəetməsi üçün etibarsız hala gəlir.

Elektrik stansiyaları real vaxt arxitekturalarının niyə vacib olduğunu göstərir

Böyük elektrik enerjisi istehsalı müəssisələri real vaxt rabitəsinin sənaye avtomatlaşdırılmasında niyə əvəzolunmaz hala gəldiyini aydın şəkildə nümayiş etdirir.

Müasir elektrik stansiyasında yüzlərlə paylanmış sensor təzyiq göstəriciləri, vibrasiya dəyərləri, qaz konsentrasiyaları və temperatur ölçmələri daxil olmaqla əməliyyat məlumatlarını fasiləsiz ötürür.

Şəkil 3. Real vaxt rejimində sənaye monitorinqi sinxronlaşdırılmış sensor məlumatlarının toplanmasından və deterministik rabitə infrastrukturundan asılıdır.

Bu məlumatların böyük hissəsi yalnız çox qısa müddət ərzində dəyərli qalır. Əməliyyat pəncərəsindən sonra gecikdirilərsə, məlumat təhlükəsiz və ya səmərəli proses idarəetməsi qərarlarını artıq dəstəkləməyə bilər.

Bu səbəbdən kənar şlüzlər, paylanmış I/O sistemləri və PLC-lər sensor məlumatlarını real vaxt rejimində emal etmək üçün deterministik rabitə imkanlarına ehtiyac duyur. Bu sistemlər çox vaxt sərt zamanlama məhdudiyyətləri altında işləyən simli sənaye Ethernet-ini simsiz sənaye rabitə şəbəkələri ilə birləşdirir.

Proqram təminatı avadanlıq qədər vacib hala gəlir

Sənaye avtomatlaşdırılması mühəndisləri ənənəvi olaraq kontroller avadanlığının seçiminə böyük diqqət yetirirdilər. Bu gün proqram təminatı steki də eyni dərəcədə kritikdir.

Müasir sənaye prosessorları getdikcə real vaxt və real vaxt olmayan iş yüklərini vahid platformada birləşdirir. Bu, infrastruktur xərclərini azaldır və texniki xidməti sadələşdirir, lakin yüksək səviyyədə optimallaşdırılmış əməliyyat mühitləri tələb edir.

Real vaxt əməliyyat sistemləri və sənaye Linux distributivləri artıq eyni avadanlıq platforması daxilində deterministik rabitəni, sinxronlaşdırılmış planlaşdırmanı və təhlükəsiz kənar emalı dəstəkləyir.

Şəkil 4. Real vaxt kənar proqram təminatı deterministik rabitəni, təhlükəsizliyi və miqyaslana bilən sənaye tətbiqlərinin idarə edilməsini birləşdirir.

Növbəti sənaye darboğazı məlumatların zamanlaması olacaq

Uzun illər sənayenin rəqəmsallaşdırılması əsasən əlaqələndirmənin artırılmasına yönəlmişdi. Növbəti problem bu əlaqələndirmənin zamanlama dəqiqliyini təmin etməkdir.

Fabriklər daha çox sensor, maşın görmə sistemi, avtonom robot, proqnozlaşdırıcı texniki xidmət platforması və süni intellektə əsaslanan analitika aləti əlavə edir. Bu texnologiyalar şəbəkə trafikinin həcmini və sinxronizasiya mürəkkəbliyini fasiləsiz artırır.

Deterministik rabitə məhsuldarlığını qoruyub saxlaya bilməyən müəssisələr əməliyyat iş yükləri genişləndikcə artan etibarlılıq problemləri ilə üzləşəcək.

Müəllifin fikri

Bir çox sənaye operatoru deterministik şəbəkələşmənin növbəti onillikdə nə qədər kritik hala gələcəyini hələ də lazımi səviyyədə qiymətləndirmir. Rabitə infrastrukturunu yenidən layihələndirmədən sadəcə qoşulmuş qurğular əlavə etmək diaqnostikası çətin olan qeyri-sabit avtomatlaşdırma mühitləri yaradır.

Uzunmüddətli əməliyyat dayanıqlığına nail olan sənaye müəssisələri TSN arxitekturalarına, real vaxt kənar hesablamaya və inteqrasiya olunmuş OT/IT rabitə strategiyalarına erkən sərmayə qoyanlar olacaq. Real vaxt məlumatları artıq sadəcə optimallaşdırma aləti deyil — təhlükəsiz və miqyaslana bilən sənaye istehsalının təməlini formalaşdırır.

Daniel Mercer tərəfindən yazılıb. Sənaye şəbəkələşməsi, turbin idarəetmə sistemləri və real vaxt avtomatlaşdırma platformalarını işıqlandıran 14 illik təcrübəyə malik baş sənaye sistemləri müxbiridir. Onun təcrübəsinə elektrik enerjisi istehsalı və proses istehsalı müəssisələrində Siemens, Emerson, Honeywell və Bently Nevada infrastrukturlarını əhatə edən sahə inteqrasiyası layihələri daxildir.