Արդյունաբերական Ethernet և արդյունաբերական անլար կապի ուղեցույց

Արհեստական ​​բանականությունը (ԱԲ) և բարձր արդյունավետության հաշվարկները (ԲԱՀ) վերաձևավորում են ժամանակակից տվյալների կենտրոնների ենթակառուցվածքը: Արհեստական ​​բանականության մոդելների ուսուցումը, մեքենայական ուսուցման կիրառությունները, առաջադեմ վերլուծությունները և ԲԱՀ միջավայրերը պահանջում են զգալիորեն ավելի բարձր թողունակություն, ավելի ցածր լատենտություն և ավելի մեծ ցանցային հուսալիություն, քան ավանդական ձեռնարկությունների աշխատանքային բեռները:

Քանի որ կազմակերպությունները շարունակում են ընդլայնել իրենց արհեստական ​​բանականության հնարավորությունները, համակարգային ինտեգրատորները բախվում են աճող ճնշման՝ նախագծելու մասշտաբային ենթակառուցվածքներ, որոնք կարող են աջակցել հաշվողական ինտենսիվ միջավայրերին և սերվերների, պահեստավորման համակարգերի և ցանցային սարքավորումների միջև տվյալների զանգվածային տեղաշարժին: Արհեստական ​​բանականության և բարձր հաճախականության աշխատանքային բեռների համար տվյալների կենտրոնի ենթակառուցվածքների մասշտաբավորումը պահանջում է հուսալի ֆիզիկական կապի լուծումներ, որոնք ապահովում են կայուն կատարողականություն, ապագա աճ և գործառնական արդյունավետություն բարձր խտության միջավայրերում:

1. Որո՞նք են արդյունաբերական անլար կապի հիմնական տեխնոլոգիաները։

Արդյունաբերական անլար կապը մեկ տեխնոլոգիա չէ. այն արձանագրությունների հավաքածու է, որը նախատեսված է շատ տարբեր օգտագործման դեպքերի համար: Սխալ տարբերակի ընտրությունը կարող է թանկ լինել:

1. Wi-Fi 6 և Wi-Fi 6E (IEEE 802.11ax)

Wi-Fi 6-ը իդեալական լուծում է, երբ շարժական ակտիվների համար անհրաժեշտ է բարձր թողունակություն վերահսկվող ռադիոհաճախականության միջավայրում: Ժամանակակից ավտոմոբիլային հավաքման գործարանները, որոնք շահագործում են AGV-ներ, շարժական HMI-ներ և մեքենայական տեսողության համակարգեր, սովորաբար տեղադրում են Wi-Fi 6-ը 5 GHz հաճախականության տիրույթում՝ ուշադիր պլանավորված մուտքի կետի տեղադրմամբ:

Հապաղումը սովորաբար տատանվում է 2-20 մվրկ-ի սահմաններում՝ կախված ցանցի ծանրաբեռնվածությունից և մուտքի կետերի մոտիկությունից: Սա հարմար է լոգիստիկայի և մոնիթորինգի ծրագրերի մեծ մասի համար, բայց ընդհանուր առմամբ բավարար չէ շարժման կառավարման համար:

Wi-Fi 6E-ն ընդլայնում է հասանելի սպեկտրը՝ ներդնելով 6 ԳՀց հաճախականության գոտի, որը արդյունաբերական միջավայրերում մնում է համեմատաբար անխափան։ 2.4 ԳՀց և 5 ԳՀց գերծանրաբեռնված հաճախականությունների հետ խնդիրներ ունեցող օբյեկտների համար Wi-Fi 6E-ում լրացուցիչ ներդրումը հաճախ արդարացված է։

2. ԼոՌաՎԱՆ

LoRaWAN-ը նախատեսված է երկար հեռավորության, ցածր տվյալների փոխանցման արագությամբ, մարտկոցով աշխատող սենսորային ցանցերի համար։ Այն չի փոխարինում Wi-Fi-ին. այն ուղղված է բոլորովին այլ կիրառական տարածքի։

Տիպիկ օգտագործման դեպքերը ներառում են.

• Խողովակաշարի արտահոսքի հայտնաբերում
• Խոշոր արդյունաբերական տարածքներում բաքի մակարդակի մոնիթորինգ
• Հեռակա ակտիվների վիճակի մոնիթորինգ
• Գյուղատնտեսական և կոմունալ ծառայությունների համար նախատեսված սենսորային կիրառություններ

Չնայած տվյալների փոխանցման արագությունը սահմանափակված է մոտավորապես 50 կբիթ/վրկ-ով, մեկ դարպասը կարող է ապահովել ծածկույթ մի քանի կիլոմետրերի վրա, մինչդեռ մարտկոցով աշխատող հանգույցները կարող են տարիներ շարունակ աշխատել առանց փոխարինման։

3. ISA100.11a և WirelessHART

ISA100.11a-ն և WirelessHART-ը գերիշխող անլար ստանդարտներն են նավթի և գազի, քիմիական նյութերի և ջրի մաքրման նման վերամշակող արդյունաբերություններում։

Երկուսն էլ գործում են 2.4 GHz ISM տիրույթում և օգտագործում են հաճախականության թռիչքի տարածման սպեկտրի տեխնոլոգիա՝ միջամտության նկատմամբ դիմադրությունը բարելավելու համար։

WirelessHART-ը առաջարկում է հետադարձ համատեղելիություն առկա լարային HART տեղադրումների հետ, ինչը հեշտացնում է անցումը HART-համակարգչով աշխատող դաշտային սարքերն արդեն օգտագործող օբյեկտների համար։

ISA100.11a-ն ապահովում է ավելի մեծ ճկունություն և ֆունկցիոնալություն, բայց ընդհանուր առմամբ պահանջում է ավելի շատ կոնֆիգուրացիայի ջանքեր։

Երկու տեխնոլոգիաներն էլ հատուկ նախագծված են կարևորագույն արդյունաբերական և անվտանգության հետ կապված միջավայրերի համար։

2. Ինչո՞վ է արդյունաբերական Ethernet-ը տարբերվում ստանդարտ Ethernet-ից։

Արդյունաբերական Ethernet-ը օգտագործում է նույն IEEE 802.3 ֆիզիկական շերտը, ինչ գրասենյակային ցանցերը, ներառյալ նույն Ethernet մալուխային սկզբունքները, TCP/IP արձանագրությունները և հաճախ RJ45 ինտերֆեյսները։

Այնուամենայնիվ, արդյունաբերական Ethernet-ը ավելացնում է երեք կարևոր հնարավորություն, որոնք ստանդարտ գրասենյակային Ethernet-ը չի կարող երաշխավորել.

• Դետերմինիստական ​​​​հաղորդակցություն
• Հզոր սարքավորումներ
• Արդյունաբերական ավտոմատացման արձանագրության ընդլայնումներ

Դետերմինիզմը հիմնական տարբերակիչն է։

Երբ կառավարման համակարգը սերվոշարժիչին հրահանգում է շարժվել ճշգրիտ պահին, նույնիսկ մի քանի միլիվայրկյանների անկանխատեսելի ուշացումները անընդունելի են: Արդյունաբերական Ethernet արձանագրությունները լուծում են այս խնդիրը այնպիսի տեխնոլոգիաների միջոցով, ինչպիսիք են IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP), առաջնահերթ երթևեկության ժամանակացույցը և նվիրված հաղորդակցման ցիկլերը:

1. ՊՐՈՖԻՆԵՏ

Siemens-ի կողմից մշակված և PI (PROFIBUS & PROFINET International) ընկերության կողմից սպասարկվող PROFINET-ը եվրոպական արտադրական ոլորտներում գերիշխող արդյունաբերական Ethernet ստանդարտն է։

PROFINET IRT-ը (իզոքրոն իրական ժամանակ) աջակցում է.

• Ցիկլի ժամանակները 1 մվ-ից պակաս
• Ջիթթեր 1 մկվ-ից ցածր

Այս հնարավորությունները այն հարմար են դարձնում բարձր համաժամեցված ավտոմատացման համակարգերի համար։

2. Եթերացանց/IP

ODVA-ի կողմից կառավարվող EtherNet/IP-ը Հյուսիսային Ամերիկայի դիսկրետ արտադրական միջավայրերում նախընտրելի արդյունաբերական Ethernet արձանագրությունն է և լայնորեն կիրառվում է Rockwell Automation (Allen-Bradley) համակարգերում։

EtherNet/IP-ը գործարկում է Common Industrial Protocol (CIP) ստանդարտ TCP/UDP/IP ցանցերի միջոցով, ինչը թույլ է տալիս անխափան ինտեգրվել առկա ՏՏ ենթակառուցվածքների հետ՝ առանց մասնագիտացված Ethernet անջատիչների անհրաժեշտության։

3. ԵթերԿԱՏ

Բեքհոֆի կողմից մշակված EtherCAT-ը այսօր առկա ամենաարագ արդյունաբերական Ethernet արձանագրություններից մեկն է։

Հիմնական կատարողականի բնութագրերը ներառում են.

• Ցիկլի ժամանակները 100 մկվ-ից ցածր
• Չափազանց ճշգրիտ համաժամեցում
• Յուրաքանչյուր հանգույցի միջոցով կադրերի արդյունավետ մշակում

Ethernet շրջանակներ ստանալու և վերահաղորդելու փոխարեն, EtherCAT սարքերը տվյալները մշակում են իրական ժամանակում, երբ շրջանակներն անցնում են դրանց միջով։

Սա EtherCAT-ը դարձնում է հատկապես հարմար հետևյալի համար՝

• Բազմաառանցքային շարժման կառավարում
• Ընտրել և տեղադրել ռոբոտաշինություն
• Ավտոմատացված փորձարկման համակարգեր
• Բարձր արագությամբ արտադրական սարքավորումներ

Աջակցող սարքավորումների էկոհամակարգը, ներառյալ պաշտպանված արդյունաբերական Ethernet մալուխային հավաքածուները, M12 արդյունաբերական Ethernet միակցիչները և արդյունաբերական PoE անջատիչները, նախագծված է դիմակայելու ծայրահեղ ջերմաստիճաններին, թրթռումներին և ներթափանցման պաշտպանության բարձր պահանջներին։

3. Կարճ հարց ու պատասխան

Հարց 1. Ի՞նչ է արդյունաբերական Ethernet-ը և ինչո՞վ է այն տարբերվում ստանդարտ Ethernet-ից:

Արդյունաբերական Ethernet-ը օգտագործում է նույն IEEE 802.3 ֆիզիկական ստանդարտները, ինչ առևտրային Ethernet-ը, բայց ընդլայնում է դրանք դետերմինիստական ​​​​հաղորդակցման արձանագրություններով, ինչպիսիք են PROFINET-ը, EtherNet/IP-ը և EtherCAT-ը, ինչպես նաև ամրացված միակցիչներով, ավելի լայն ջերմաստիճանային վարկանիշներով և ավելի բարձր ներթափանցման պաշտպանության մակարդակներով։

Ամենաէական տարբերությունը երաշխավորված ժամանակն է: Արդյունաբերական Ethernet-ը կարող է հասնել միլիվայրկյաններից ցածր ցիկլային ժամանակների՝ միկրովայրկյանային մակարդակի տատանումներով, ինչը ավանդական Ethernet-ը չի կարող հուսալիորեն ապահովել:

Հարց 2. Կարո՞ղ է արդյունաբերական անլար կապը փոխարինել արդյունաբերական Ethernet-ին շարժման կառավարման համար:

Դեռևս ոչ իրական ժամանակի շարժման կառավարման կոշտ ծրագրերի համար։

Ամենաառաջադեմ անլար տարբերակները, ներառյալ URLLC կոնֆիգուրացիաներով մասնավոր 5G տեղակայումները, կարող են հասնել 1-ից 5 միլիվայրկյան տևողությամբ լատենտության: Այնուամենայնիվ, անվտանգության համար կարևոր շարժման կառավարման համար հավաստագրված իրականացումները դեռևս սահմանափակ են:

Անլար տեխնոլոգիաները հարմար են հետևյալի համար.

• Փոխակրիչի մուտք/ելք
• Մոնիթորինգի համակարգեր
• Անվտանգությունը չկրիտիկական դարձնող ավտոմատացում

Սինխրոն սերվո կառավարման համար լարային արդյունաբերական Ethernet-ը մնում է նախընտրելի լուծումը։

Հարց 3. Ո՞ր արդյունաբերական անլար տեխնոլոգիան է ապահովում ամենամեծ ծածկույթը:

LoRaWAN-ը առաջարկում է ամենալայն ծածկույթի շրջանակը։

Տիպիկ կատարողականը ներառում է.

• Ավելի քան 15 կմ բացօթյա միջավայրում
• Մոտավորապես 2-5 կմ՝ խոչընդոտներով արդյունաբերական օբյեկտներում

Սա LoRaWAN-ը դարձնում է իդեալական հետևյալի համար՝

• Խողովակաշարերի մոնիթորինգ
• Կոմունալ ծառայությունների հաշվառում
• Գյուղատնտեսական զոնդավորում
• Մեծածավալ արդյունաբերական մոնիթորինգ

ISA100.11a-ն և WirelessHART-ը օգտագործում են ցանցային ճարտարապետություններ, որոնք ընդլայնում են ծածկույթը հանգույց-հանգույց հաղորդակցության միջոցով՝ սովորաբար հասնելով մոտավորապես 300 մետր մեկ ցատկի համար։

Հարց 4. Արդյո՞ք հիբրիդային լարային և անլար ցանցերը ավելի դժվար են պաշտպանել:

Դրանք պահանջում են լրացուցիչ ուշադրություն, բայց ոչ պարտադիր ծախսեր։

Լավագույն գործելակերպերը ներառում են՝

• Անլար հատվածները որպես անվստահելի ցանցեր դիտարկելը
• VLAN սեգմենտացիա
• WPA3-Enterprise նույնականացում
• Խարդախ մուտքի կետի հայտնաբերում

Շատ ժամանակակից արդյունաբերական անջատիչներ բնականորեն աջակցում են այս անվտանգության հնարավորությունները, վերացնելով առանձին անվտանգության սարքերի անհրաժեշտությունը լավ նախագծված տեղակայումներում։

Հարց 5. Ի՞նչը պետք է առաջին հերթին գնահատվի կապի տեխնոլոգիա ընտրելիս:

Սկսեք հարցնելով, թե արդյոք ակտիվը շարժվում է շահագործման ընթացքում։

• Եթե ​​շարժունակություն է անհրաժեշտ, անլար կապը գրեթե անկասկած լուծման մի մասը կլինի։
• Եթե ​​շարժունակություն պարտադիր չէ, որոշեք, թե արդյոք հավելվածին անհրաժեշտ է 5 միլիվայրկյանից ցածր դետերմինիստական ​​ժամանակաչափ։

Եթե ​​այդպես է, արդյունաբերական Ethernet-ը սովորաբար ամենաապահով ընտրությունն է։

Մնացած բոլոր նկատառումները, ներառյալ հեռահարությունը, թողունակությունը և արժեքը, երկրորդական են այս երկու հիմնարար հարցերին համեմատ։

Եզրակացություն

ՍոֆթելԱջակցում է արդյունաբերական իրերի ինտերնետի (IIoT) ենթակառուցվածքին՝ պահանջկոտ արդյունաբերական միջավայրերի համար մշակված հուսալի կապի լուծումների միջոցով: Արդյունաբերական Ethernet բաղադրիչներից և ուժեղացված օպտիկամանրաթելային մալուխներից մինչև եզրային ցանցերի աջակցություն, Softel-ը օգնում է կազմակերպություններին կառուցել հուսալի ֆիզիկական շերտի ցանցեր, որոնք ապահովում են արդյունաբերական համակարգերի երկարաժամկետ կայունությունը, կատարողականությունը և մասշտաբայնությունը: