Przemysł 4.0

Dla producentów maszyn, którzy korzystają z tej bezprecedensowej elastyczności i wydajności, przejście na nowy system może okazać się korzystne. "Oznacza to jednak więcej niż tylko gwałtownie wzrastający poziom automatyki", wyjaśnia Stefan Schönegger, dyrektor generalny organizacji Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). "Oznacza to również dążenie do bardziej dynamicznego, sieciowego podejścia do produkcji."

Konwencjonalne systemy sieci przemysłowych nie zostały przewidziane do obsługi zalewu dużych danych. Niemniej jednak wielu producentów maszyn próbowało zaradzić temu przy pomocy konwencjonalnej technologii sieci przemysłowej – tworząc osobne sieci do sterowania napędami i bezpieczeństwem oraz zbierania danych z czujników. "Te wszystkie systemy równoległe są nie tylko drogie i pracochłonne w utrzymaniu, ale również trudne do zsynchronizowania i podatne na błędy", opisuje Schönegger. Fakt ten wyjaśnia rosnącą popularność mocniejszych sieci opartych na Ethernet.

"W zakresie prędkości i przepustowości, Ethernet przemysłowy przewyższa konwencjonalne systemy sieci przemysłowych – mówi Schönegger. Jednak w miarę jak zbliża się czwarta rewolucja przemysłowa, jeszcze inny problem staje się widoczny. Gwałtownie wzrasta liczba stacji sieci znajdujących się w każdej maszynie – dzięki rozprzestrzenianiu się inteligentnych czujników, osi pomocniczych i rozległych rozwiązań bezpieczeństwa potrzebnych do współpracy ludzi z robotami. W sposób typowy, wraz ze wzrostem liczby stacji w sieci spada prędkość pracy systemów.

POWERLINK jest inny. Poprzez rozsyłanie danych jednocześnie do wszystkich stacji w sieci, ta technologia eliminuje opóźnienia, które pojawiają się, gdy cały ruch jest przepuszczany przez lokalizację centralną. Odchylenie od sygnału zegara, znane jako jitter, jest mniejsze niż 1 mikrosekunda. "Nawet w przypadku sieci czasu rzeczywistego jest to wyjątkowa precyzja", mówi Schönegger.

Nie każdy przemysłowy protokół Ethernet jest dostosowany do standardu Przemysł 4.0. Niektóre zostały opracowane z uwzględnieniem jedynie czasu trwania cyklu, natomiast przy zupełnym zignorowaniu ogromnych ilości danych, które system sieci musi czasem przesyłać. Jednak dla ogromnej części danych w sieci czasu rzeczywistego czas wcale nie jest wartością krytyczną. Są to dane serwisowe do konfiguracji i diagnostyki urządzenia, dane procesowe do archiwizacji oraz dane bezpieczeństwa lub filmowe z kamer monitorujących – z których wszystkie przyczyniają się do ogólnego trendu znanego jako duże dane. POWERLINK przesyła te dane w czasie fazy asynchronicznej, czyli części cyklu, która nie ma wpływu na dane, dla których czas jest wartością krytyczną. W razie potrzeby protokoły takie jak TCP/IP mogą zostać zastosowane właśnie w fazie asynchronicznej.

Zazwyczaj maszyna czy instalacja będzie miała tylko niewielką liczbę procesów, dla których czas jest naprawdę wartością krytyczną, na przykład zadania sterowania napędami. Wykorzystując procedurę znaną jako multipleksowanie można wybrać z każdego cyklu stacje, dla których czas jest wartością krytyczną, podczas gdy ogólne informacje o statusie, takie jak wartość temperatury, mogą być odczytywane znacznie rzadziej. Sposób ten optymalizuje ilość danych i perfekcyjnie dostosowuje czas trwania cyklu do danej aplikacji. "Istnieje jeden szczególnie imponujący przykład tego, jak skuteczna może być ta koncepcja", opisuje Schönegger. "Przy pomocy POWERLINK na dwuwymiarowej maszynie rozciągającej folię Brückner Maschinenbau zsynchronizowaliśmy 728 osi w cyklu o czasie 400 mikrosekund. Jest to światowy rekord."

POWERLINK jest w pełni zgodny ze standardem Ethernetu IEEE 802.3. "Ta kompatybilność daje ogromne korzyści użytkownikom POWERLINK", twierdzi Schönegger. Z uwagi na to, iż technologia Ethernet stale ewoluuje, mogą oni korzystać z najnowszych osiągnięć. Przy skomplikowanych maszynach generujących coraz więcej danych jest tylko kwestią czasu, aż obecna przepustowość 100 Mbit/s osiągnie kres swoich możliwości. Zachowując pełną zgodność ze standardem Ethernet POWERLINK zapewnia, że w odpowiednim czasie przejście do standardu Gigabit Ethernet będzie szybkie i bezbolesne. "Dla sieci opartych na Ethernet, które odbiegają od tego standardu, zwiększona przepustowość przyniesie ze sobą koszty rozległej rozbudowy, a może nawet nowego, chronionego patentami, sprzętu."