Komunikacja podstawą Przemysłu 4.0

Na koncepcję Przemysłu 4.0 i podobnego Internetu Rzeczy IoT (Internet of Things) składa się wiele składowych. Przede wszystkim zaistnieć powinna wymiana danych lub informacji pomiędzy urządzeniami i usługami. Poza tym należy stosować oprogramowanie przemysłowe takie jak SCADA, ERP, MES, sterowniki PLC, a także używać robotów przemysłowych. To wszystko umożliwia kontrolowanie przebiegu procesu produkcji, jednak nie są to wszystkie elementy, które składają się na Przemysł 4.0.

W Przemyśle 4.0 ważną rolę odgrywa dostęp do danych, maszyn oraz całkowita autonomizacja procesów produkcyjnych (tzw. inteligencja maszynowa) w organizacji produkcji. Wliczyć należy w to też reakcję na zmiany dotyczące zapotrzebowania rynku na produkt o danych parametrach. Zapewnienie wspomnianej inteligencji budynków, produktów, pojazdów i logistyki nie należy do łatwych zadań i wymaga wielopoziomowej, stabilnej oraz na dowolną odległość komunikacji.

Stosowanie w przedsiębiorstwie założeń Przemysłu 4.0 bez wątpienia jest wyzwaniem. Wymusza bowiem powiększenie i dopracowanie sieci ścieżek komunikacyjnych w zakładzie. Znacząco zmienia sposób myślenia o produkcji, zwłaszcza w momencie, w którym setki urządzeń zaczyna mieć możliwość mikro komunikacji. Aby wykorzystać wszystkie możliwości oferowane przez Przemysł 4.0 trzeba tak dopracować każdy szczegół szkieletu sieciowego (od najmniejszych switchy poprzez urządzenia komunikacji bezprzewodowej, a kończąc na urządzeniach rotujących), aby był bezpieczny i co równie istotne wydajny.

- "Kluczowa będzie wymiana danych na poziomie urządzeń pracujących w ramach podstawowej sieci ethernetowej – niezależnie od szybkości połączeń (10/100/1000MB), najważniejszy będzie przesył ramek wszystkich rodzajów protokołów w sposób niezależny od nawet chwilowych zakłóceń sieci. Zasilanie awaryjne switchy, sygnał alarmowy (np. włączenie sygnalizacji świetlnej) stosowanie topologii typu Ring i kompatybilność z wieloma standardami odtwarzania połączenia po zerwaniu jednego z ogniw komunikacji leży u podstaw budowy odpornej i wydajnej komunikacji przemysłowej" - komentuje Wojciech Pawełczyk, specjalista ds. komunikacji przemysłowej, menedżer produktów Korenix w ASTOR. 

Aby umożliwić pracę bez przerwy najlepszym wyjściem jest zastosowanie switche niezarządzalnych. Z kolei serie zarządzalne mogą stworzyć na tyle silną sieć, że będzie ona odporna na zerwanie pojedynczego ogniwa np. połączenia albo urządzenia. Czas nieprzerwanej pracy systemu zwiększy się poprzez zastosowanie elementów topologii Ring innych producentów i współdziałanie kilku „ringów”. Może to spowodować rozproszenie sieci i konieczność użycia nowocześniejszych rozwiązań niż połączenia miedziane. Wykorzystać warto wtedy przewody światłowodowe czy urządzenia z wbudowanymi sprzęgami światłowodowymi. Swoja funkcję spełnią również sprzęty z wkładką SFP, które pozwolą na połączenia wielomodowe MM,ale też jednomodowe SM w wielu odmianach. Dzięki temu połączenie nastąpi pomimo znacznych odległości nawet 80–100 km.

Tradycyjną komunikację za pomocą niezarządzalnych switchy lub zarządzalnych dla aplikacji wymagających dokładniejszej konfiguracji parametrów można wykorzystać też w inny sposób. W systemach produkcyjnych i bezpieczeństwa stosuje się na przykład kamery usytuowane w taki sposób, że trudno doprowadzić do nich zasilanie. Wyjściem jest użycie funkcji PoE (Power over Ethernet) zapewniającej zasilanie przy użyciu miedzianego przewodu ethernetowego. Zasili on mocą 15 W lub 30 W nie tylko kamery, ale nawet ich osprzęt. Zarzadzenie PoE jest bardzo proste, ponieważ wymaga jedynie wskazania grafiku zasilania (godziny, dni pracy). Gdy PoE stosuje się w urządzeniach mobilnych takich jak przemysłowe wózki autonomiczne czy komunikacja zbiorowa. Trzeba jedynie pamiętać o uzywaniu zakręcanych złącz M12. Dzięki nim połączenia okablowania będą pewniejsze.

Stosowanie Ethernetu bezprzewodowego – WiFi staje się powoli czymś standardowym. Wynika to nie tylko z potrzeb komunikacyjnych, ale też wykorzystywania aplikacji i nowoczesnych urządzeń do codziennej pracy. Tym bardziej, że zbudowanie szerokiej sieci dla urządzeń mobilnych wymaga niewielkich nakładów. Wystarczy dedykowane switche wyposażone w gigabitowe złącza RJ-45 albo M12 będące punktami dostępowymi (AccessPoint) w standardach 2.4 G/5 G. Dodatkowo, sprzęt zadba o przełączanie się na ten AP, którego sygnał jest najmocniejszy.

Nasz system może być zasilony danymi nie tylko za pomocą WiFi. Jeśli można skorzystać ze zwykłej sieci np. LTE czy HSPA uda się połączyć sygnał, co pozwoli choćby na przesyłanie informacji w standardzie OPC-UA do serwerów bez względu na ich lokalizację geograficzną. Ze względu na miejsce lokalizacji bardzo często urządzenia przemysłowe posiadają obudowy, które spełniają wymogi norm IP65 lub IP67.

Coraz częściej opisywana i stosowana idea Przemysłu 4.0 sprawia, że kładzie się większy nacisk na komunikację. Dlatego dane przy pomocy ogólnodostępnych lub ethernetowych zbiorczych tzw. L3 sieci powinny być bezpiecznie i szybko przekazywane na większe odległość. Warto w tym miejscu dodać, że wspomniana L3 jest warstwą określającą tzw. WAN - Wide Area Network, czyli rozległe infrastrukturalnie i geograficznie sieci, które zawierają w sobie podsieci heterogeniczne). Za komunikację sieci lokalnych LAN - Local Area Network odpowiedzialne są za to warstwy L1/L2.

Obecnie wymagania komunikacji przemysłowej sprawiają, że używa się urządzeń, które umożliwiają zbudowanie zarówno zwykłej sieci, jak i tzw. routingu (trasowania) – zarzadzalne urządzenia w obudowach typu Rack 19”, z większą niż w standardowych rozwiązaniach ilością złącz (zwykle 24 albo 48) występujących w rozmaitych konfiguracjach np. 8× RJ-45 + 16 × SFP + 4× SFP/GbE. Switche routujące stanowi podstawę do tworzenia centralnych dyspozytorni (Control Room’ów), które gromadzą dane, a także informacje z oddalonych miejsc. Ze względu na dużą przepustowość stosuje się złącza o prędkości 1 GB lub 10 Gb. Pozwala to na sprawne zarządzanie siecią, zgromadzenie w jednym miejscu wielu złącz, ale też współpracę z systemami IT dużej organizacji i zbudowanie trwałych łączy tras komunikacji.

Podstawą cyfrowego krwiobiegu przedsiębiorstwa są niezawodne urządzenia w odpowiednich obudowach. Dlatego ze stopu aluminiowego tworzone są obudowy dla sprzętów z warstwy przemysłowej. Wraz z odpowiednim wyprofilowaniem usprawnia oddawanie ciepła. Natomiast metalową obudową mają urządzenia w obudowach, które są dostosowanych do zabudowy w szafach informatycznych. Taka dbałość o szczegóły pozwala na danie pięcioletniej gwarancji, bez obaw o usterki występujące przed tym terminem.

Wszystko idzie do przodu, więc niedługo można spodziewać się zwiększenia funkcjonalności urządzeń komunikacyjnych. Spełnienie standardów niskoemisyjnych protokołów stosowanych w coraz większej ilości produktów IoT, dopracowanie funkcji zwiększających pewność przesyłania danych, zapewnienie cyberbezpieczeństwa - to wszystko pozwoli mówić o całościowym rozwiązaniu, które sprosta większości wyzwań czekających na współczesną komunikację przemysłową.

Stosowanie idei Przemysłu 4.0 w przedsiębiorstwie to prawdziwe wyzwanie. Nierzadko zmusza do ich dopracowania i prowadzi do powiększenia sieci ścieżek komunikacyjnych. Przez zastosowanie mnóstwa nowych urządzeń pozwalających na mikro komunikację zmienia sposób ,w jaki myśli się o produkcji. Aby wszystko działało bez zarzutów, szkielet sieciowy musi posiadać 2 istotne cechy – być wydajny i bezpieczny, a także konieczna jest dbałość o najmniejsze szczegóły od switchy, przez urządzenia do bezprzewodowej komunikacji, na urządzeniach routujących kończąc.


Plecamy: Profil firmy Astor na Zrobotyzowany.pl 



Źródło: ASTOR