你的位置:首頁(yè) > 互連技術(shù) > 正文

Analog Devices 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型

發(fā)布時(shí)間:2018-06-05 來(lái)源:Rich Miron 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】過(guò)去幾年中,工業(yè)設(shè)施已著手提高其制造流程的效率。利用現(xiàn)有技術(shù),工業(yè)的自動(dòng)化程度、精度水平和處理數(shù)據(jù)量均有所提高。所有這些都在迅速地讓制造商更加接近實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 所能提供的好處,包括更高的安全性、可靠性和生產(chǎn)率,同時(shí)還能降低嚴(yán)苛工業(yè)制程給環(huán)境帶來(lái)的影響。
 
盡管最終目標(biāo)非常令人向往,但仍然存在需要克服的重大障礙。舉例而言,工業(yè)設(shè)施傳統(tǒng)上比較保守,通常會(huì)延緩新技術(shù)的采用。如此一來(lái),便導(dǎo)致制造商會(huì)將新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)整合在一起,而這往往又會(huì)增加系統(tǒng)間通信的復(fù)雜度。通常,現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施在捕獲和傳輸邊緣網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)方面存在重大困難。結(jié)果是我們不能指望工廠在一夜之間完成轉(zhuǎn)型。必須有一個(gè)過(guò)渡期。Analog Devices Inc. (ADI) 的解決方案和系統(tǒng)性專(zhuān)業(yè)知識(shí)可以支持并加快完成這種過(guò)渡。
 
互聯(lián)的企業(yè)需要轉(zhuǎn)型,關(guān)鍵在于以太網(wǎng)和安全
 
隨著企業(yè)組織和市場(chǎng)向工業(yè) 4.0 過(guò)渡,首選通信手段是工業(yè)以太網(wǎng)。然而,解決以太網(wǎng)的確定性問(wèn)題仍然是主要挑戰(zhàn)之一。
 
使用專(zhuān)有第 2 層解決方案是許多協(xié)議采用的一種方案。這樣做的缺點(diǎn)是,當(dāng)提取數(shù)據(jù)供企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的較高層級(jí)使用時(shí),會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的互配性問(wèn)題或者需要協(xié)調(diào)不相關(guān)的制造節(jié)點(diǎn)。為了幫助緩解這個(gè)問(wèn)題,業(yè)界開(kāi)發(fā)了新的 IEEE 802.1 TSN(時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò))標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)旨在支持從專(zhuān)有解決方案過(guò)渡到標(biāo)準(zhǔn)解決方案。
 
以太網(wǎng)一直被認(rèn)為是“盡力而為”型網(wǎng)絡(luò),因此在關(guān)鍵任務(wù)型應(yīng)用中,有必要增加一些特別的特性,其中包括無(wú)縫冗余、預(yù)定流量、時(shí)間同步、流量限制等。借助這些特性,網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員可以確保在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸特定類(lèi)別的流量。此外,與專(zhuān)有第 2 層解決方案不同,整合這些特性的設(shè)計(jì)可擴(kuò)展到千兆以上的線路速率。允許在“盡力而為”型網(wǎng)絡(luò)上傳輸這種關(guān)鍵任務(wù)型實(shí)時(shí)流量并實(shí)現(xiàn)流式流量傳輸,是新興 IEEE TSN 標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。為幫助用戶(hù)熟悉 TSN 標(biāo)準(zhǔn),ADI 提供了 RAPID-TSNEK-V0001 評(píng)估套件(圖 1)。該套件包含了對(duì)與開(kāi)發(fā)中的 IEEE 802.1 TSN 標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的特性進(jìn)行評(píng)估所需的一切。該套件目前支持以下 TSN 標(biāo)準(zhǔn):
 
● 802.1AS、AS-REV
● 802.1Qbv
● 802.1Qci
● 802.1CB
● 802.1Qcc
● 802.1bu/802.3br
 
由于該標(biāo)準(zhǔn)尚在演進(jìn)之中,ADI 計(jì)劃在適當(dāng)時(shí)候允許免費(fèi)下載新特性和更新。
 
Analog Devices 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型
圖 1:針對(duì) 802.1 TSN 標(biāo)準(zhǔn)的 ADI RAPID-TSNEK-V0001 評(píng)估套件。(圖片來(lái)源:Digi-Key Electronics)
 
當(dāng)邊緣設(shè)備連接到支持 TSN 的融合式工業(yè) 4.0 網(wǎng)絡(luò)時(shí),會(huì)產(chǎn)生許多挑戰(zhàn)。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線和 4 mA 至 20 mA 電流環(huán)路等邊緣設(shè)備通信技術(shù)能夠可靠地工作,但將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫顺3?huì)受到阻礙,因?yàn)閿?shù)據(jù)要穿過(guò)從工廠車(chē)間到管理部門(mén)的許多通信層。從一種協(xié)議轉(zhuǎn)換到另一種協(xié)議常常需要網(wǎng)關(guān),而且在數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀?zhí)行分析的位置期間,可能有多個(gè)服務(wù)器會(huì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。還有一件事需要考慮,那就是將數(shù)據(jù)從傳感器傳輸?shù)皆贫说目倱碛谐杀静粌H僅涉及數(shù)據(jù)傳輸所需的硬件,還包括保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的完整性所需的軟件、處理和人力。
 
將以太網(wǎng)運(yùn)用到簡(jiǎn)單邊緣設(shè)備(如溫度變送器)看起來(lái)可能效率不高,但這里的關(guān)鍵不在于設(shè)備簡(jiǎn)單或生產(chǎn)/使用的數(shù)據(jù)量較小,而在于經(jīng)濟(jì)有效地從融合網(wǎng)絡(luò)提取設(shè)備數(shù)據(jù),然后能夠利用這些數(shù)據(jù)得到可執(zhí)行的結(jié)果。例如,分布式控制系統(tǒng) (DCS) 可能使用溫度變送器數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證它正在監(jiān)控的流程是否受到實(shí)時(shí)控制。另外,此特定溫度可能會(huì)對(duì)整個(gè)流程產(chǎn)生不利影響。在這種情況下,溫度變送器和云端之間的無(wú)縫連接將能支持高性能分析近乎實(shí)時(shí)地考慮所有流程參數(shù),確保整個(gè)流程按預(yù)期執(zhí)行。此外,為確保生產(chǎn)流程得到優(yōu)化或提高能效,可根據(jù)實(shí)時(shí)分析進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
 
ADI 將這些挑戰(zhàn)視為驅(qū)使其投資新以太網(wǎng)技術(shù)的動(dòng)力因素。為此,ADI 提供了低復(fù)雜度的以太網(wǎng)技術(shù),它是將簡(jiǎn)單工業(yè)設(shè)備(例如上例中使用的溫度變送器)直連到以太網(wǎng)的關(guān)鍵促成要素(圖 2)。
 
Analog Devices 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型
圖 2:說(shuō)明 ADI 的 fido5100/fido5200 如何能與許多不同協(xié)議對(duì)接的框圖。(圖片來(lái)源:Analog Devices)
 
與當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)第 2 層以太網(wǎng)方案相比,低復(fù)雜度以太網(wǎng)通過(guò)減小尺寸、功耗和成本來(lái)降低向云端傳輸數(shù)據(jù)的總擁有成本。
 
為了促進(jìn)向融合式工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡,還需要物理層創(chuàng)新,以使解決方案與現(xiàn)有系統(tǒng)的一些固有功能相匹配。在許多已部署的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中,物理層標(biāo)準(zhǔn)將電纜長(zhǎng)度限制為 100 米,需要多根雙絞線電纜才能完全實(shí)現(xiàn)。與此相反,目前工廠安裝的大多數(shù)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施均采用單根雙絞線電纜,其中一些可能長(zhǎng)達(dá) 1000 米以上,且數(shù)據(jù)速率為 31.25 kbps。
 
為解決這個(gè)問(wèn)題,ADI 和一些主要工業(yè)合作伙伴正在與 IEEE 合作開(kāi)發(fā)新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn) (10SPE) 定義的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可以 10 Mbps 的數(shù)據(jù)速率在長(zhǎng)達(dá) 1000 米的單根雙絞線電纜上運(yùn)行。通過(guò)這一基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)作方式,ADI 正在努力支持減少適應(yīng)障礙,并縮短可實(shí)現(xiàn)融合型廠域網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)所需的時(shí)間。
 
此外,其他使用 100 Mbps 確定性以太網(wǎng)(Fido5100 和 5200)的應(yīng)用已經(jīng)在突破帶寬和性能的限制。例如,隨著坐標(biāo)軸數(shù)量的不斷增加,機(jī)器人應(yīng)用需要比以往更高的控制精度。為了幫助滿(mǎn)足這一要求,控制網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變到千兆速度至關(guān)重要。更高的通信速度是工業(yè)以太網(wǎng)的另一個(gè)主要趨勢(shì)。
 
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全
 
工業(yè)以太網(wǎng)需要解決的另一個(gè)問(wèn)題是安全。隨著工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣對(duì)數(shù)據(jù)和檢測(cè)的預(yù)期需求上升,安全風(fēng)險(xiǎn)也將加大。此外,工業(yè)控制的低延遲和抖動(dòng)要求可能與安全要求直接沖突。因此,使用這些技術(shù)的設(shè)計(jì)人員需要解決這些應(yīng)用中的性能和安全問(wèn)題。此類(lèi)安全風(fēng)險(xiǎn)已逐漸引起越來(lái)越多的關(guān)注。
 
隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 和工業(yè) 4.0 的出現(xiàn),工業(yè)空間被重新定義為動(dòng)態(tài)信息流、廣泛分布的設(shè)備和跨平臺(tái)連接,從而提供新功能。然而,隨著這些新功能的產(chǎn)生,必然也會(huì)出現(xiàn)新的安全威脅,這一點(diǎn)并不足為奇。
 
當(dāng)人們考慮如此多的設(shè)備需要安全連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí),僅僅確立邊緣設(shè)備身份似乎就很成問(wèn)題。使用傳統(tǒng)方法(例如物理分布式共享加密密鑰)和管理證書(shū)交換將變得不切實(shí)際,在邏輯上簡(jiǎn)直是噩夢(mèng)。因此,要使可信的工業(yè) 4.0 企業(yè)成為現(xiàn)實(shí),建立無(wú)密鑰身份識(shí)別技術(shù)至關(guān)重要。另外,邊緣設(shè)備本質(zhì)上是高度受限的設(shè)備,要求硬件和軟件占用空間均很小,因此需要低固定延遲的輕型加密方法。為了解決這些問(wèn)題,ADI 大力投資于資源約束型設(shè)備安全技術(shù),如輕型區(qū)塊加密和身份驗(yàn)證。事實(shí)上,Linear Technology(現(xiàn)為隸屬于 ADI)的 SmartMesh IP™ 技術(shù)解決了本文討論的許多挑戰(zhàn)。
 
Analog Devices 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化轉(zhuǎn)型
圖 3:Linear Technology/Analog Devices 的 SmartMesh IP 入門(mén)套件。(圖片來(lái)源:Digi-Key Electronics)
 
總結(jié)
 
作為對(duì)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)需求的回應(yīng),Analog Devices 的工業(yè)自動(dòng)化部門(mén)設(shè)計(jì)并推出了檢測(cè)、監(jiān)控、控制和強(qiáng)大實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)領(lǐng)域的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備解決方案。此外,ADI 還為邊緣設(shè)備提供了其他領(lǐng)域的解決方案,如多協(xié)議支持、安全和身份驗(yàn)證、功能安全和本質(zhì)安全。借助這一切,ADI 推動(dòng)并加快了制造業(yè)向可信 IIoT 互聯(lián)企業(yè)的轉(zhuǎn)型。
 
 
推薦閱讀:
 
快速實(shí)現(xiàn)精度達(dá)10厘米的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)
電源開(kāi)關(guān)的阻容吸收器設(shè)計(jì)
第二代可穿戴設(shè)備背后的傳感器技術(shù)
10分鐘了解FPGA市場(chǎng)現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)
計(jì)算各種運(yùn)放電路的輸出失調(diào)
要采購(gòu)套件么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
熱門(mén)搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉