Fusion des technologies de l

Passer à l’industrie 4.0

le Quatrième Industriel Révolution (Industrie 4.0) est en changeant la façon des produits sont créés en étalant numérisé fabrication / transformation et automatisation. nous ai vu la benefits de l’automatisation depuis des décennies et ajoutent désormais des données améliorées, l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle au mélange. Aujourd’hui, les systèmes autonomes sont plus interconnectés, communiquent, analysent et interprètent les données pour permettre aux gestionnaires de décider et d’agir intelligemment dans d’autres domaines de l’usine.

Les initiatives d’usines intelligentes créent de la valeur commerciale en augmentant la production, l’utilisation des actifs et la productivité. Ils ltoujours de nouveaux flux de données améliorer souplesse et qualité tout en réduisant consommation d’énergie et déchets. De plus en plus, les réseaux connectés de la périphérie au cloud permettent les usines augmentent leur efficacité grâce à Masse personnalisation.

Le but de l’industrie 4.0, tout comme l’IIoT, consiste à augmenter la quantité de données utilisables et améliorer la prise de décision. L’accès rapide aux données et leur livraison dépendent les réseaux. Technologie de mise en réseau, avec processus de manufacture et méthodes, doit avancer pour gérer plus de données. jentelligent, interconnecté automatisation a besoin lié collecte de machines et partage information. Comment ces machines et l’usine communique via les réseaux Industrie 4,0 possible.

La nécessité d’une connectivité transparente de tous les capteurs et actionneurs de l’usine, même ceux des sites distants, est impossible dans l’infrastructure existante. Le défi consiste à trouver comment manipuler des volumes de données sans précédent sans paralyser le réseau de communication destiné à les transmettre. Cela soulève la question de savoir comment construire et déployer des réseaux de communication industriels pour répondre aux besoins des environnements d’automatisation d’aujourd’hui et de l’usine virtuelle de demain étages.

Fusion des technologies de l’information et des opérations.

Pourquoi déployer Industrial Ethernet?

La connectivité est au cœur de l’industrie 4.0, mais trois choses doivent se produire avant qu’il n’y ait des entreprises vraiment connectées. Premièrement, la technologie de l’information de niveau supérieur (IL ou infrastructure d’entreprise) doit fusionner avec la technologie opérationnelle de l’usine (OT et le réseau de contrôle). Deuxièmement, la fabrication de cellules dans les usines doit interopérer. Troisièmement, il doit y avoir des connexions transparentes et sécurisées du bord du processus au cloud.

Pour répondre à ces défis, industrie doit adopter réseaux qui prennent en charge l’interopérabilité, extensibilité et atteindre. Ethernet semble idéal, étant bien compris et largement utilisé dans la plupart des usines. Cela a aussi haute largeur de bande et peut être mis en place assez rapidement.

Ce que l'IT et l'OT doivent partager.Ce que l’IT et l’OT doivent partager.

cependant, Ethernet n’est pas adapté pour contrôle industriel donné la avoir besoin pour temps réel opérations. Contrôle réseaux doit seDakota du Nord information où et quand est j’avais besoin de assurer la Tâches sont traité correctement. le TCP / IP protocole pour routage trafic Est-ce que ne pas garantie ce niveau de performance. Dans la même façon standard Ethernet permet aux utilisateurs de partager fichiers et accès réseau dispositifs comme les imprimantes, Industrial Ethernet permet aux contrôleurs d’accéder aux données et d’envoyer des instructions de PLCs à capteurs, actionneurs et des robots sur le plancher de l’usine.

La principale différence entre les deux est l’impact des retards et des livraisons messages. Dans applications non temps réel, si la page Web met à jour trop lentement, les effets sont minimal. Dans l’industrie manufacturière environnements, cependant, les effets pouvez être plus nocif-de gaspiller des matériaux à blesser des travailleurs. Pour que les systèmes de contrôle fonctionnent, les messages doivent arriver à destination de manière fiable et à temps, chaque temps.

En conséquence, Industrial Ethernet est devenu la technologie de choix au niveau du contrôle de la technologie d’exploitation. L’objectif est de connecter l’informatique et lesréseaux opérationnels de niveau, ainsi que la connexion de la couches du réseau d’exploitation de l’usine aux capteurs et actionneurs du nœud final (voir illustration ci-dessous).

Les fondements de l'industrie 4.0.Les fondements de l’industrie 4.0.

Aujourd’hui, complexe, Puissancefaim passerelles sont tenus de conconnecter les cellules de fabrication à Ethernet à couches supérieures où la convergence IT / opérationnel technologies sont nécessaires. Ayant une réseau d’automatisation interopérable à l’échelle de l’usine sur Ethernet éliminerait le besoin pour celles-ci passerelles, simplifiant ainsi la réseau.

Dans fait, protocole passerelles qui traduire et se connecter à la couche supérieure du réseau opérationnel ne sont pas directement adressable et créer l’isolement de l’information au sein de la réseau. Cette isolation des données limite la aptitude à partager l’information à travers la usine . Cela est contraire à une vision de l’industrie 4.0 dans laquelle les fabricants souhaitent collecter des données de télémétrie du côté opérationnel pour piloter l’analyse et les processus métier sur l’informatique. côté.

Avantages de TSN.Avantages de TSN.

Les applications de contrôle ont besoin de prévisibilité dans les paquets livraison et garanties de timing. Ainsi, de nombreux fournisseurs ont essayé à fournir protocoles en temps réel pour les réseaux opérationnels. Cela a abouti à des solutions qui, bien que prévisibles, étaient spécifiques au protocole de chaque fournisseur. Ceci, à son tour, a conduit à de nombreux protocoles de communication incompatibles différents fonctionnant dans différentes cellules de fabrication. Cela perpétue l’isolement des données ou les îles de données. Différentes cellules de fabrication exécutant différents protocoles doivent partager la réseau dans une façon cette des garanties contrôle trafic n’est pas compromis.

La réponse est réseautage sensible au temps (TSN), une norme Ethernet en temps réel, indépendante du vendeur et basée sur IEEE 802.1. Comme son nom l’indique, TSN se concentre sur le temps. Il transforme la communication Ethernet standard en un processus qui garantit le missioncritique applications. Il s’assure information se déplace de d’un point à un autre dans un laps de temps fixe et prévisible. C’est ainsi que TSN garantit une livraison rapide.

Pour que les communications soient prévisibles, les périphériques réseau doivent partager un concept de temps. le La norme définit comment transmettre certaines trames Ethernet TSN selon un calendrier, tout en permettant aux trames non TSN d’être transmises au mieux. C’est ainsi TSN poignées temps réel et non réel trafic sur le même réseau. UNEll dispositifs partager la même temps, donc Les données peut être transmis avec une faible latence et une gigue au gigabit vitesses.

L’objectif est un réseau convergent, où les protocoles partagent chacun le fil de façon prévisible et de manière fiable. Les outils de TSN fournir le prévisibilité. Il représente la transition à une fiable et standardisé connectivité architecture, éliminer les données isolement par bus de terrain propriétaires. Ce convergence de réseaux volonté conduire Les données génération grâce à l’évolutivité croissante du réseau sur des bandes passantes de 10 Mbps à 1 Gbps et au-delà.

Le scénario probable est que le TSN sera adopté dans toutes les nouvelles installations, mais progressivement dans les cellules ou les segments des installations. Pour appareil de terrain manufacturCela signifie que Industrial Ethernet et TSN doivent être pris en charge dans un avenir prévisible.

Connexion de l’ensemble de l’entreprise

Notre dernier et peut-être le plus important changement consiste à créer une connectivité transparente de la bord nœud à la entreprise nuage dans processus contrôle applications (voir graphique ci-dessous).

Avantages de TSN.Avantages de TSN.

À ce jour, connectivité à la bord a été limité par le 4-mA à 20-mA ou technologies de bus de terrain. Celles-ci les connexions point à point câblées limitent la réseau La flexibilité de grandir et changer au fil du temps.

Celles-ci non basé sur Ethernet les communications sont confrontées à plusieurs défis. Tout d’abord, une bande passante telle que 1,2 kbps pour HART sur 4 mA à 20 mA limite la quantité et la vitesse du flux d’informations. Deuxièmement, la fourniture limitée d’énergie au l’instrument restreint est Fonctionnalité. Enfin, les passerelles au niveau du contrôle et de l’informatique représentent un surcoût non durable. Il y a aussi le défi de fonctionner en sécurité intrinsèque Zone 0 et en utilisant existant câblage réseau à support plus rapide, moins cher mise en service.

Celles-ci défis nécessaire développement de IEEE 802.3cg-2019, un standard pour 10BASE-T1L, communication full-duplex. C’était récemment approuvé et précise dix Mbps pleinduplex la communication avec Puissance plus de un seul câble à paire torsadée jusqu’à 1 km de long.

Les données commence dans la capteur en tant que paquet Ethernet et va au réseau opérationnel et à l’infrastructure informatique en tant que Paquet Ethernet. Il n’y a paso avoir besoin pour la traduction, ce qui crée des retards et des coûts, et consomme de l’énergie. Existant réseaux changera, avec télécommande E / S unités allant à Ethernet champ interrupteurs.

Les instructions Ethernet peuvent être envoyées vers et depuis le contrôleur via des commutateurs de terrain multiports 10BASE-T1L vers et depuis les instruments de terrain. Insights générés à champ noeuds pouvez être envoyé via Ethernet paquets (avec plus largeur de bande) par la champ commutateur réseau à PLC / DCS contrôleurs et, finalement, au nuage.

Plusieurs avantages conduiront le passage des bus de terrain existants à Industrial Ethernet. Premièrement, le potentiel de réutilisation du câblage existant (jusqu’à 1 km de longueur) simplifie le déploiement et réduit les coûts de mise à niveau. Deuxièmement, la puissance fournie sur le câble à la équipement était confiné à 36 mW (meilleur cas, avec des déploiements de 4 mA à 20 mA). Il sera libre de aller jusqu’à 60 W (dépend du câble) ou 500 mW dans les applications de la zone 0.

La puissance supplémentaire permet à l’équipement de gérer plus haute les fonctions avec fin nœud intelligence. Ceci et la dix Mbit liaison montante la vitesse maintenant disponible, volonté fournir augmenté idées comment capitaliser sur Industrie 4.0 promesses d’efficacité.

Qu’est-ce qui est disponible maintenant?

Un équipement durable, à faible latence et faible consommation avec commutation évolutive est nécessaire pour que les réseaux d’automatisation progressent. Pour prendre en charge les applications de nouvelle génération, les fabricants d’Ethernet industriel développent du silicium et des logiciels pour garantir que les données critiques sont fournies de manière fiable dans toutes les applications industrielles. Par exemple, ADI Chronus d’Analog Devices fournit commutateurs intégrés et multiprotocole logiciel qui sont pleinement testé et vérifié pour des temps rapides marché.

  • Les solutions notables de Chronous incluent: PHY Ethernet industriel 10 Mbps / 100 Mbps avec des fonctionnalités et une durabilité améliorées.
  • La plus faible latence, la plus faible puissance gigabit PHY qui résiste aux environnements difficiles. Le fido5200 / fido5100 est un multiprotocole intégré, en temps réel, à deux ports commutateur cette les soutiens beaucoup TSN traits.
  • Nouveau TSN des fonctionnalités peuvent être ajoutées via des mises à jour du firmware qui deviennent disponibles. Multiprotocole Logiciel mises à jour sont également prise en charge et disponible via le développeur portail.

Pour prendre en charge la transition et fournir un pont vers les anciens appareils de terrain, un logiciel configurable E / S (AD74413R) d’Analog Devices permet aux utilisateurs développer des unités d’E / S distantes configurables sur site qui gèrent les communications between legacy machines et Ethernet de niveau supérieur les réseaux.

Et la sécurité?

Ethernet a des vulnérabilités, et la sécurité est un élément critique qui ralentit adoption de Industrie 4.0. Avec un ouvert couler de une entreprise entre les réseaux opérationnels et l’informatique et de la périphérie vers le cloud, les conséquences des failles de sécurité pourraient être dévastateur.

La sécurité est primordiale.La sécurité est primordiale.

La sécurité devrait être une préoccupation fondamentale de gestion des risques lors de la planification d’une stratégie de l’industrie 4.0. Il n’est pas facile d’intégrer la sécurité dans des réseaux de plus en plus complexes. Ce doit être une approche multicouche qui fait son chemin à travers l’ensemble du système – dans les périphériques périphériques, contrôleurs, passerelles et plus haut dans la pile. Avec le silicium et les logiciels devenant disponibles, les OEM peuvent offrir une sécurité à chaque point nodal du système tout en minimisant les compromis en termes de puissance, de performances et latence.

La feuille de route pour le déploiement

Bien que Industrial Ethernet ait vu considérable croissance dans dernières années, bus de terrain et d’autres technologies de mise en réseau héritées sont toujours en cours de déploiement. Til avantages de convergé réseaux basé sur Industriel Ethernet une architecture réseau simplifiée, une réduction des coûts par enlever passerelles, amélioration système optimisation et augmentation du temps de disponibilité. L’avènement de nouvelles normes et leur imminence ratification est la catalyseur nécessaire à accélérer ce attendu transition.

Ce est une transition fermement conduit par la avoir besoin pour mieuxperformant connectivité réseaux avec augmenté l’intégration entre OT et IL. TSN est la véhicule pour fournir un réseau convergé et, lorsqu’il sera marié avec 10BASE-T1L, permettra une connectivité transparente de la périphérie au cloud. La migration ne se fera pas du jour au lendemain, mais la potentiel avantages sont donc irrésistible cette il est probable adoption volonté hors norme industrielle normes.

Au cœur de la vision de l’industrie 4.0 se trouve la capacité d’automatiser les processus à l’aide d’appareils connectés avec la capacité de collecter, d’envoyer et de recevoir des informations. La nouvelle technologie permet de déverrouiller les données et les informations auparavant inaccessibles à de nombreux périphériques à nœuds périphériques. Il ouvre la porte à une meilleure analyse des données et à une meilleure compréhension des opérations. La connectivité Ethernet industrielle réveillera cette réalité grâce au transfert transparent des flux de données actuels et futurs à travers le réseau d’automatisation vers le cloud.

Il existe des îlots de données d’informations et d’informations auxquelles nous ne pouvons pas accéder aujourd’hui, mais comme le déploiement d’Ethernet industriel devient la norme, le défi pour l’industrie 4,0 volonté bouge toi à Sécurité et quelle à faire avec tout ce Les données à maximiser notre valeur commerciale.

Fiona Treacy est responsable marketing stratégique pour le contrôle des processus et l’usine automatisation, concentré sur industriel connectivité à Analogique Dispositifs. Elle pouvez être atteint à fiona.treacy@analog.com.

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