Nowy, spójny standard komunikacji przemysłowej

Standardy komunikacji przemysłowej

Jeden za wszystkich, wszyscy za jednego

Nowy niezależny standard komunikacji do automatyki przemysłowej.

Powrót do Technologie

Kategoria

  • Ethernet jednoparowy
    Ethernet jednoparowy

    Phoenix Contact jest kluczowym partnerem w integracji Ethernetu jednoparowego (Single Pair Ethernet) z interfejsem urządzeń poprzez okablowanie do aktywnego komponentu sieci, od czujników obiektowych do komputerów w biurze.

W licznych gremiach i projektach standaryzacyjnych powstają obecnie fundamenty pod przyszłość komunikacji przemysłowej. Nowe standardy komunikacyjne, takie jak OPC UA, TSN, SPE i 5G, przewyższą dotychczasowe systemy pod względem kosztów, przepustowości danych, latencji i determinizmu. Firma Phoenix Contact jako lider technologiczny z ponad 30-letnim doświadczeniem w dziedzinie komunikacji przemysłowej uczestniczy we wszystkich ważnych komitetach standaryzacyjnych. Przy naszym współudziale powstaje tam nowy, niezależny standard komunikacji do automatyki przemysłowej.

Krótki zarys komunikacji przyszłości

Aplikacje, w których wcześniej do sieci Ethernet było podłączonych tylko kilka urządzeń, rozrosły się dziś do rozmiarów dużych sieci. W toku cyfryzacji i Industry 4.0 i IIoT w przyszłości będzie można zintegrować znacznie więcej urządzeń obiektowych. Poza danymi sterowników będą one przesyłać do różnych miejsc w sieci oraz do chmury różne dane uzależnione od aktualnego zapotrzebowania. Aby móc sterować tak dużą ilością danych oraz używać dalej aplikacji działających w czasie rzeczywistym, potrzebne są nowe technologie:

Miejsca zastosowania nowych standardów komunikacji w sieci  

Nowych technologii TSN, SPE/APL, 5G oraz OPC UA nie należy rozpatrywać w oderwaniu od siebie, bowiem wspólnie tworzą one komunikację przyszłości.

Standard komunikacyjny OPC UA został już wprowadzony w warstwach nadrzędnych. Obecnie jest rozwijany dalej w celu zapewnienia bezpośredniej komunikacji obiektowej umożliwiającej spójną i niezależną komunikację. W połączeniu z TSN (Time Sensitive Networking) standard OPC UA pozwala na konwergentną komunikację w czasie rzeczywistym, zarówno z urządzeniami obiektowymi, jak i między sterownikami.

Równocześnie trwają prace również nad fizyką transmisji. Single Pair Ethernet (SPE) będzie umożliwiał w przyszłości przesyłanie danych w sieci Ethernet do samego czujnika przez tylko dwa przewody Ethernet. 5G to specyfikacja nowego standardu sieci komórkowej, znacznie bardziej niezawodnego i wydajnego – do niezawodnej integracji z rozwijającymi się aplikacjami mobilnymi. We wszystkich tych projektach trzeba zawsze rozpatrywać zagadnienie cyberbezpieczeństwa, które wymaga ciągłego dostosowywania do nowych systemów i zagrożeń. Wszystkie powstające aktualnie standardy tworzą wspólnie fundamenty pod przyszłość komunikacji przemysłowej.

Nasza szansa: wspólny standard do automatyki przemysłowej

Do realizacji wizji Industry 4.0 i IIoT konieczna jest kompleksowa sieć łącząca czujniki, maszyny, systemy nadrzędne oraz aplikacje w chmurze. Do tej pory trudno było jednak stworzyć tak kompleksową sieć, ponieważ w różnych organizacjach wspierających rozwój sieci magistralnych powstawały niekompatybilne ze sobą systemy magistrali obiektowej i profile osprzętu do automatyki przemysłowej, takie jak Safety i Motion Control. Teraz często jako interfejs potrzebne są bramy.

Aby zmienić ten stan rzeczy, firma Phoenix Contact działa aktywnie we wszystkich najważniejszych grupach roboczych, dążąc do ustanowienia jednolitego, niezależnego standardu komunikacji przyszłości. Z satysfakcją obserwujemy już wielki postęp w różnych projektach.

OPC UA – jednolity standard komunikacji również obiektowej

OPC UA staje się preferowaną opcją  

Poprzez dalszy rozwój dla poziomu obiektu OPC UA stanie się standardem komunikacji przyszłości

OPC UA służy już dziś jako nadrzędny standard komunikacyjny. Obecnie standard OPC UA jest rozszerzany o standardowe obiektowe profile aplikacyjne, np. do I/O, Safety lub Motion.

Ponadto definiowane są standardowe modele urządzeń w celu zapewnienia jednolitej konfiguracji i diagnostyki urządzeń w sieci. Opisano również niezbędne testy zgodności do zapewnienia wysokiej kompatybilności. Wszystko to razem umożliwi w przyszłości całościowe połączenie urządzeń obiektowych z chmurą, a tym samym pełne połączenie IT i OT.

OPC UA i TSN – konwergentne sieci

Konwergencja jako konieczność dla niezawodnej komunikacji między IT a OT  

TSN umożliwia budowę konwergentnych sieci

W sieciach z rozproszonymi newralgicznymi aplikacjami dodatkowe mechanizmy TSN umożliwiają synchronizację czasu i ustanawianie priorytetu przepływu danych. TSN określa przy tym szereg standardów w grupie IEEE 802.1, która ma na celu umożliwienie działania standardowego Ethernetu w czasie rzeczywistym. Jest to szczególnie istotne w przypadku, gdy kilka osób definiuje przepływ danych w sieci konwergentnej przy użyciu różnych narzędzi programistycznych. Wtedy każdy może być pewien, że jego część nie zakłóca innej komunikacji, ani też nie jest zakłócana przez inną komunikację. Zwiększa to niezawodność i dyspozycyjność sieci.

Aby zapewnić interoperacyjność, w różnych grupach roboczych definiowane są wszystkie warstwy komunikacji oparte na TSN i OPC. Wszystkie definicje grup roboczych opierają się na profilu TSN do komunikacji przemysłowej (profile TSN IA), który jest zarządzany przez komitet standaryzacyjny IEC/IEEE 60802. Firma Phoenix Contact jest członkiem grup roboczych powołanych z inicjatywy OPC Foundation, angażując w podejmowane działania własne środki finansowe i zasoby personalne. W ten sposób współuczestniczy w tworzeniu standardu komunikacji przemysłowej przyszłości.

SPE i APL – połączenie Ethernet do czujnika

Nić DNA  

Technologia dwuprzewodowa SPE będzie w przyszłości oplatać sieć, jak DNA.

Kolejnym warunkiem spójnej sieci od czujników po chmurę obliczeniową jest łatwość podłączenia do sieci inteligentnych czujników i urządzeń wykonawczych. SPE (Single Pair Ethernet) zapewnia nie tylko ułatwienie, lecz również znacznie większą kompaktowość i mniejsze koszty. Zamiast jak dotąd czterech par przewodów, w SPE do transmisji danych potrzebna jest tylko jedna para. W obrębie IEEE w różnych grupach roboczych trwają prace nad standardami transmisji danych od 10 Mb/s do 10 Gb/s na odległość do 1000 m. Technologia dwuprzewodowa ma również umożliwić dostarczanie danych i zasilanie urządzeń końcowych za pomocą tylko jednej pary przewodów.

Technologia APL (Advanced Physical Layer) jest oparta na technologii SPE. Została stworzona specjalnie na potrzeby obszarów iskrobezpiecznych w aplikacjach technologicznych. Umożliwia to komunikację z czujnikami opartą na protokole IP, bez przerw systemu i bram. Standardy niezbędne dla tej technologii powstają w ramach wspólnego projektu trzech organizacji (Fieldcom Group, ODVA i PI) oraz jedenastu partnerów przemysłowych. Jako jeden z inicjatorów projektu i jego partner przemysłowy, firma Phoenix Contact jest zaangażowana finansowo i kadrowo.

5G – niezawodna komunikacja bezprzewodowa do aplikacji mobilnych

Obok komunikacji przewodowej coraz większą rolę w nowoczesnej i elastycznej produkcji odgrywa również komunikacja bezprzewodowa. Rozwój w dziedzinie systemów transportu autonomicznego, urządzeń mobilnych (smart device) oraz współpracy człowieka z robotem wymaga niezawodnej komunikacji bezprzewodowej. Dotychczasowe standardy sieci komórkowej nie gwarantują niezawodności i diagnostyki jakości połączenia oraz różnią się w zależności od kraju.

Dlatego 3GPP (3rd Generation Partnership Project) pracuje w różnych grupach roboczych nad stworzeniem specyfikacji dla następnej generacji telefonii komórkowej, nazywanej ogólnie 5G. Na początku 2018 roku w ZVEI została powołana do życia globalna inicjatywa 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation), której celem jest dostosowanie standardu 5G od samego początku do wymagań przemysłu oraz jego upowszechnienie w przemyśle. Firma Phoenix Contact jako jeden z pionierów wykorzystania technologii bezprzewodowych w automatyce przemysłowej była jednym z inicjatorów tego projektu oraz zapewniła odpowiednie zasoby w powołanych grupach roboczych.

Cyberbezpieczeństwo – podstawa wszelkiej komunikacji

Zamek łączy ze sobą segmenty sieci  

Tam, gdzie każdy może się komunikować z każdym, konieczna jest wyjątkowo skuteczna ochrona danych.

Kompleksowa komunikacja nie jest możliwa bez odpowiednich środków bezpieczeństwa. Dane muszą być bowiem chronione przed niepożądanymi zmianami i kradzieżą, zwłaszcza w dużych i otwartych systemach. Chociaż więc teoretycznie każdy może rozmawiać z każdym, dozwolona powinna być tylko zamierzona komunikacja.

Poza udziałem w wielu innych grupach roboczych, firma Phoenix Contact wsparła również projekt badawczy IUNO jako krajowy projekt referencyjny w zakresie bezpieczeństwa IT w Industry 4.0. Celem projektu było zidentyfikowanie zagrożeń i ryzyka dla inteligentnej fabryki przyszłości oraz stworzenie odpowiednich zabezpieczeń. Wspólnie stworzono i przeprowadzono testy rozwiązań ogólnego zastosowania dla wyzwań bezpieczeństwa IT w środowisku przemysłowym. Mogą być one teraz wykorzystywane jako wzorzec dla bezpieczeństwa IT w Industry 4.0. Projekt został ukończony we wrześniu 2018 roku, a raport końcowy przekazano niemieckiemu Ministerstwu Edukacji i Badań Naukowych.

PHOENIX CONTACT Sp. z o.o

ul. Bierutowska 57-59
Budynek nr 3/A
51-317 Wrocław
071/ 39 80 410

W naszej witrynie stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności.

Zamknij