时间敏感网络为自动化打开了大门

May 10, 2019 Robert Moss

時間敏感網絡自動化

在从传统工业自动化技术向智能工业自动化技术过渡的过程中,制造商必须从操作孤岛(系统在物理上和逻辑上相互分离)迁移至能够显著提高操作效率的灵活聚合式系统。

增强的互操作性有助于实现这一过渡。这将要求最终用户找到新方法来管理不同的系统和解决方案,以便它们能够协同工作。开放平台可以承载多个系统并提供它们之间的接口,在这方面也将帮助制造商。

“对工厂所有者和机器制造商来说,受限制是一个巨大的痛点。他们不仅在成本方面很吃力,在维护和工程方面亦是如此,” TTTech IIoT 产品营销经理 Simon Brooks 说道,“这种方法增大了尝试在不同供应商提供的设备之间实现互操作性的复杂性。”

另一个需要解决的问题是数据安全性。例如,必须管理对不同数据集的访问,以便使专有信息保持安全。数据和其他网络连接也必须受到保护,免受黑客或其他不良行为者的攻击。这可能需要规定将信息保留在现场,以便进行本地可视化和数据分析。

当系统相互连接和聚合时,可靠性则是另一个优先考虑的问题。任何解决方案的设计,都必须有助于确保系统某个方面的性能改进不会影响另一个方面的性能。

当然,如果一个平台不能同时保护工厂和发电厂中关键应用程序的实时性和安全完整性,那么它就不能真正提供聚合功能的好处。

工业自动化中的实时决策

时间敏感网络 (TSN) 为制造商提供了一个协同操作的网络,使智能更容易出现在需要的位置,并便于系统的聚合。工业互联网联盟(IIC)、Avnu 联盟等组织正在帮助促成一个经过认证的网络生态系统,以便通过 TSN 简化网络同步。

通过推广开放标准认证,并努力创建可互操作的生态系统来帮助部署低延迟、时间同步、高度可靠的网络设备,制造商可以从工业自动化的实时决策中获益。有关 TSN 的详细信息,请参阅为什么智能工厂需要时间敏感网络

行业似乎很青睐 TSN,预计到 2024 年,市场规模将超过 6.06 亿美元。事实上,在最近的 Hannover Messe(汉诺威工业博览会,简称 HMI)上,TTTech 和其他几十家公司一起参加了由 IIC 建立的 TSN 测试平台,以演示如何在工厂中使用该协议。有关 IIC 测试平台的详细信息,请观看视频 1

Brooks 说:“TTTech 多年来一直是 IIC TSN 测试平台的成员,也是互操作性测试活动的领军者。”

视频 1。IIC 测试平台视频

HMI19 演示允许经常相互竞争的不同公司走到一起,测试产品,并确保 TSN 部署完全可互操作。这样,考虑采用 TSN 的活动参与者就能体验到开放式标准工业以太网的全部好处。

除了开放标准外,当延迟对分析和决策并不重要时,基础设施还应能够将数据子集上传到云。而对于真正的智能工业自动化,系统还必须结合边缘计算和云计算的元素。

边缘将计算置于需要它的位置

制造商可以将边缘计算用于智能工业自动化,TTTech 的实时机器数据套件提供了一个令人信服的用例(图 1)。此边缘计算解决方案采用了英特尔凌动® 处理器 E3950,旨在为机器洞察和分析提供实时数据访问、处理和可视化功能。

实时机器数据套件
图 1. TTTech 的实时机器数据套件利用边缘计算来提高效率。

“实时机器数据套件中的英特尔凌动 E3950 既缩小了我们设备的占用空间,又使我们能在虚拟化的工业 4.0 环境中实现大量目标,” Brooks 说道,“其中包括解决同步调度和互操作性问题。”

还需要注意的是,该套件可以帮助 OT 应对从工业机器访问实时数据的挑战,而无需更改现有的 IOP 基础设施或添加网关设备。

将该套件连接到工业 I/O 或 PLC 后,制造商可以将数据收集、网关传输、可视化和应用程序部署等关键物联网功能聚合在一个平台上。它还允许通过基于以太网的现场总线(如 Modbus TCP、PROFINET 或 EtherCAT)以毫秒为单位实时连接到传感器/执行器数据。

制造商还获得了一个接口,该接口可以将数据处理代理连接到任何用于处理和分析的云平台。最后,他们可以虚拟化托管软件应用程序,以及作为虚拟机或在容器中远程部署软件应用程序。

虚拟化和系统管理

将计算虚拟化后,就可以在边缘位置托管能够访问和处理实时机器数据的应用程序。这些数据可以由托管在 Linux 虚拟机中的时间序列数据库来处理。而要进行深度分析,可以通过 API 将数据上传到云。

在没有虚拟化的情况下,更新机器软件需要耗费大量人力。“你必须带着 U 盘去到不同地点可能数以千计的机器上运行更新,” Brooks 说道,“这阻碍了利用软件更新来提高效率、更改功能或者收集和运用预测性维护数据;而所有这些都可以通过我们的数据套件轻松处理。”

该套件的系统管理器会显示节点概览,可用于整合和可视化来自多个位置多台计算机的数据。所有设备软件都可以从一个中心实例进行远程管理和更新。此外,对于应用程序部署,用户可以借助 Docker 容器引入新的特性和功能。

不受供应商限制的世界中的工业自动化

“我们的策略是降低用户的复杂性,” Brooks 说道,“网络配置和调度可能具有挑战性,因此我们正在构建可直接与当今人们所使用工业工程工具交互的产品。这样,用户就可以避免直接接触 TSN 网络。”

TTTech 带来的另一个优势是供应商中立性,因此套件能够与任何云提供商和操作系统兼容。

由于 OT 的任务是提高其技术的效率,TTTech 的实时机器数据套件等解决方案可以帮助他们为工业自动化系统带来创新。通过部署依赖于边缘计算和时间敏感网络的聚合系统,制造商可以提高效率和灵活性,并降低成本。

作者简介

Robert Moss

Robert Moss is an independent consultant and strategist who focuses on the value gained through IoT, AI, machine learning and other technologies. He also helps give voice to executives at leading technology companies, enabling their personal stories to show how they encourage innovation, overcome obstacles, and improve their leadership skills. Tweets @RobertMoss_IoT

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