Pripojenie a priemyselný internet vecí
Prečo je komunikácia OPC UA cez TSN takým prínosom?
OPC UA prostredníctvom TSN podporujú všetci hlavní dodávatelia automatizácie [1]. Zabezpečuje vzájomnú spoluprácu nezávislú od dodávateľa vo všetkých relevantných prípadoch priemyselného použitia dnes a zajtra. OPC UA prostredníctvom TSN umožňuje vytvárať modulárne koncepcie stroja podľa požiadaviek zákazníkov a flexibilné architektúry v rámci výrobných prevádzok. Navyše dokáže používateľom zefektívniť ich stroje a zariadenia na ekonomicky výhodnú kusovú výrobu. Okrem toho ponúka bezpečný prehľad o výrobných procesoch s cieľom neustálej optimalizácie výkonu a prediktívnej údržby – bez toho, aby došlo k narušeniu činnosti stroja. OPC UA cez TSN je 100 % otvorená, výrazne rýchlejšia a bezpečná komunikácia. Môže zvýšiť schopnosť inovovať, maximalizovať celkovú výkonnosť zariadení (OEE), znížiť celkové náklady na vlastníctvo (TCO) a zjednodušiť uvádzanie do prevádzky a údržbu.
Prečo potrebujeme v prvom rade OPC UA?
Dnešné proprietárne systémy priemyselnej zbernice komunikujú pomocou prvotných údajov – iba núl a jednotiek. Bez zodpovedajúcich tabuliek zariadenia v sieti nevedia interpretovať tieto údaje. To znemožňuje dosiahnuť vhodný typ bezproblémovej komunikácie vyžadovanej v IIoT.
OPC UA obohacuje svojím informačným modelom prvotné údaje o sémantické opisy. Pridáva im to kontext a význam, takže akékoľvek zariadenie alebo osoba, ktorá prijíma informácie, ich môže správne interpretovať bez akéhokoľvek ďalšieho vysvetlenia.
OPC UA ponúka tzv. metódy, ktoré umožňujú priamu interakciu s podnikovými technickými prostriedkami. Stroje si môžu navzájom vymieňať zadania, aby zistili, aké ponúkajú služby, rozhrania a možnosti – čo im umožňuje efektívnejšie a autonómnejšie reagovať. Viac informácií o informačnom modeli OPC UA a dôvode, prečo potrebujeme sémantiku, nájdete na webovej stránke OPC Foundation [2].
Prečo je vhodné kombinovať OPC UA s TSN?
TSN umožňuje deterministickú OPC UA komunikáciu medzi strojmi, aby sa zabezpečila lepšia synchronizácia rôznorodých systémov s viacerými výrobcami na úrovni prevádzky. To isté platí pre komunikáciu na úrovni zariadení v rámci samotných strojov.
OPC UA poskytuje štandardizovaný spôsob štruktúrovania údajov. Pridáva sémantiku pre akýkoľvek druh technického zariadenia, a to bezpečným spôsobom. TSN je infraštruktúra, diaľnica, na ktorej beží OPC UA deterministickým spôsobom. Bez vzájomnej spolupráce, ktorú poskytuje OPC UA prostredníctvom TSN, by táto komunikácia viacerých výrobcov musela byť pevne zakódovaná, čo by viedlo k nadmerným nákladom na vývoj a negovalo všetky výhody z flexibility. Navyše OPC UA s TSN zaručuje nepretržitý prehľad bez narušenia činnosti stroja.
Akú úlohu hrá OPC UA prostredníctvom TSN v aplikáciách IIoT?
Aplikácie IIoT sú riadené údajmi – informácia je ich krvou. OPC UA cez TSN pridáva do dostupného súboru informácií obrovské množstvo snímačov, akčných členov a ďalších automatizačných zariadení rozšírením sémantického opisu informačného modelu OPC UA až na úroveň prevádzky. Priemyselný internet vecí nám sľubuje schopnosť navrhnúť efektívne a účinné výrobné procesy, ktoré sú súčasne lacnejšie a ľahšie sa dajú uviesť do prevádzky a udržiavať. Prísľubom je aj možnosť vytvárať ziskovú hromadnú úpravu výrobkov.
Na dosiahnutie týchto cieľov treba transformovať dnešné výrobné linky na flexibilné výrobné jednotky, ktoré umožňujú nepretržitý pohľad na ich vnútorné fungovanie. Tento náhľad v kombinácii s inteligentnými algoritmami – vrátane umelej inteligencie – je palivom, ktoré bude poháňať prebiehajúcu optimalizáciu výkonu a prediktívnu údržbu.
Vzájomná spolupráca
Prečo sa po viac ako dvadsiatich rokoch začína pripisovať taký veľký význam vzájomnej sieťovej spolupráci, keď doteraz sme o tom nehovorili?
Je pravda, že aj bez toho sme sa dostali pomerne ďaleko. Aby sa však automatizácia posunula na ďalšiu úroveň s pohotovou výmenou informácií, digitalizáciou výroby a vzostupom inteligentných tovární a autonómnych prevádzok – bude vzájomná spolupráca nevyhnutným odrazovým mostíkom. Vzájomná spolupráca prináša vyššiu rýchlosť, flexibilitu a nákladovú efektívnosť, bez ktorej nemožno implementovať pokročilé získavanie, analýzu a optimalizáciu údajov potrebných pre IIoT.
Ako sa dá zabezpečiť vzájomná spolupráca od snímača po cloud?
Keď sa chceme rozprávať o rôznych komunikačných systémoch, začnime referenčným modelom OSI, ktorý komunikačný systém delí na sedem koncepčných vrstiev – od konektorov a káblov až po používateľské rozhranie. Na zabezpečenie bezproblémovej vzájomnej spolupráce v sieti je potrebná vzájomná spolupráca vo všetkých týchto vrstvách. OPC UA poskytuje bezpečnú informačnú spoluprácu na vrstvách 5 – 7, čo umožňuje bezpečnú vertikálnu komunikáciu zo snímača do cloudu. Vzájomná spolupráca na vrstvách 3 a 4 je zabezpečená prostredníctvom bežných IT noriem. Vrstva 1 je pokrytá štandardom ethernet.
Ako posledný kúsok skladačky prináša TSN vzájomnú prepojiteľnosť pre vrstvu 2, vrstvu dátového spojenia. To umožňuje používať OPC UA v presných aplikáciách v reálnom čase v konvergovaných sieťach OT/IT s bezprecedentným výkonom.
Ekosystém a štandardizácia
Kto je zodpovedný za štandardizáciu OPC UA prostredníctvom TSN?
Samotný OPC UA je vyvíjaný a štandardizovaný v rámci OPC Foundation. Za normy TSN zodpovedá pracovná skupina IEEE 802.1. Aby sa zabezpečil súdržný a otvorený prístup k implementácii OPC UA spolu s TSN a pridruženými aplikačnými profilmi, začala OPC Foundation novú iniciatívu v oblasti komunikácie na úrovni prevádzky. Riaditeľom pracovnej iniciatívy je Peter Lutz, ktorý je zodpovedný za vedenie a riadenie rozvoja tejto iniciatívy a špecifikácií [3].
Táto technológia prinesie od výrobcu nezávislú schopnosť vzájomnej spolupráce koncových zariadení na úrovni prevádzky, používaných vo všetkých oblastiach priemyselnej automatizácie. Integrácia zariadení na úrovni prevádzky ďalej posilní úlohu OPC Foundation ako hnacej sily pre celosvetový štandard priemyselnej vzájomnej spolupráce. Normalizačné úsilie o zjednotenú funkčnosť, ktoré v OPC Foundation v súčasnosti prebieha, zahŕňa aplikácie V/V, pohonov a bezpečnosti.
Riadiaci výbor OPC Foundation pre prevádzkovú komunikáciu pozostáva z 24 popredných poskytovateľov technológií z oblasti automatizácie vrátane ABB, Beckhoff, Bosch-Rexroth, B&R, Cisco, Hilscher, Hirschmann, Huawei, Intel, Kalycito, KUKA, Mitsubishi Electric, Molex, Omron, Phoenix Contact, Pilz, Rockwell Automation, Schneider Electric, Siemens, TTTech, Wago a Yokogawa. K tejto iniciatíve sa pridáva čoraz viac spoločností, pričom medzi posledné prírastky patria Moxa a Murrelektronik [4].
Ako môžem profitovať z toho, že TSN je súčasťou štandardu IEEE 802.1?
Komunikácia v reálnom čase je rozhodujúca pre schopnosti priemyselnej automatizácie, ako je riadenie na úrovni zariadenia, riadenie pohybu, spracovanie obrazu a strojové videnie či vzájomné riadenie medzi strojmi (na úrovni riadiaci systém – riadiaci systém). Štandardný ethernet však nikdy nebol navrhnutý ako deterministická sieť, takže vývojári priemyselných zberníc implementovali na dosiahnutie deterministického správania svoje vlastné mechanizmy. TSN teraz rozširuje ethernetový štandard IEEE 802 o komunikáciu v reálnom čase a poskytuje jednotný štandard, ktorý spĺňa požiadavky priemyselnej automatizácie.
TSN tiež umožňuje konvergenciu sietí, vďaka čomu môže tá istá sieť spravovať nedeterministickú IT a deterministickú OT komunikáciu, ako napríklad riadenie a bezpečnosť stroja. V budúcnosti bude TSN štandardnou súčasťou bežných ethernetových čipov. Viac informácií nájdete na Wikipedii [5] a na webovej stránke IEEE [6].
Literatúra
[2] https://opcconnect.opcfoundation.org/2015/12/why-semantics-matter
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Time-Sensitive_Networking
[6] https://1.ieee802.org/tsn/iec-ieee-60802
Zdroj: Frequently asked questions about OPC UA over TSN. B&R. [online]. Publikované október 2019. Citované 1. 11. 2019. Dostupné na: https://www.br-automation.com/en/technologies/opc-ua-for-motion-control-safety-and-real-time-applications/frequently-asked-questions-about-opc-ua-over-tsn/.
-tog-