Endüstri 4.0, Endüstriyel Ethernet'ten neden ayrılamaz? Endüstriyel Ethernet planlamasını ayrıntılı olarak açıklayın!
"Endüstri 4.0" veya "Endüstriyel İnternet" ne olursa olsun, teknik özü, otomasyon ve bilginin derinlemesine entegrasyonudur. Yakınsama sürecinde ağ büyümeye devam edecek. Sürekli artan ağ karmaşıklığı, endüstriyel kontrol ağlarının tasarım yöntemi için yeni zorluklar ortaya çıkarmaktadır.
Şu anda, gerçek endüstriyel uygulama ağı genellikle kontrol mühendisi tarafından tasarlanmaktadır ve ağ performansı esas olarak kontrol mühendisinin tecrübesine göre belirlenir. Bununla birlikte, ağ karmaşıklığı arttıkça, verimliliği ve güvenilirliği korumak zordur. Büyük ölçekli bir ağda, ağ performansı darboğazının nasıl belirleneceği çok zor hale gelir. Ayrıca, küçük ölçekli ağlarda kazanılan ağ tasarımı deneyimi, büyük ölçekli ağlara uygulanamayabilir. Endüstriyel kontrol ağlarını tasarlarken, kontrol mühendislerinin endüstriyel kontrol ağının performansının endüstriyel otomasyon sisteminin performansında bir darboğaz haline gelmesini önlemek için ağın QoS performansını garanti etmeleri gerekir.
Endüstriyel Ethernet teknolojisi, düşük fiyat, kararlılık ve güvenilirlik, yüksek iletişim hızı, zengin yazılım ve donanım ürünleri, geniş uygulama ve olgun destekleme teknolojisi avantajlarına sahiptir ve en popüler iletişim ağlarından biri haline gelmiştir. Son yıllarda, ağ teknolojisinin gelişmesiyle birlikte Ethernet, yeni bir Ethernet kontrol ağı teknolojisi türü oluşturarak kontrol alanına girmiştir. Bunun başlıca nedeni, endüstriyel otomasyon sistemlerinin dağıtılmış ve akıllı kontrole geliştirilmesidir ve açık ve şeffaf iletişim protokolleri kaçınılmaz gereksinimlerdir. Ethernet teknolojisinin endüstriyel kontrol alanına girmesinin bariz teknik avantajları vardır. Endüstriyel Ethernet üretimi artık bilgi gücüne ve hızlı seri ve kontrol gerçekleştirebilen kontrol hızına sahip olup, modern endüstriyel üretimin gerçek "sonuna kadar E-ağı" gerçekleştirmesi için iyi bir temel oluşturuyor. Endüstriyel Ethernet, endüstri tarafından gelecekteki kontrol ağı için en iyi çözüm olarak kabul edilmiştir ve aynı zamanda mevcut fieldbus'taki ana teknolojidir (aşağıdaki Şekil 1, endüstriyel Ethernet'in çeşitli seviyelerde endüstriyel kontrol sistemlerinde uygulanmasıdır).
Şekil 1. Otomasyon sisteminin her seviyesinde endüstriyel Ethernet uygulaması
Yukarıdaki şekilde, bağımlı ağ otomasyon sisteminin her seviyesinde Ethernet olabilmesine rağmen, her seviyede Ethernet üzerinde çalışan protokol farklıdır ve bu, kontrol sisteminin uygulanmasıyla belirlenir. Kontrol sisteminin her seviyesinde iletilen veri miktarı, yanıt süresi ve iletim frekansı için gereksinimler aşağıdaki Şekil 2'de gösterilmektedir.
Şekil 2. Kontrol sisteminin her seviyesinde farklı gereksinimler
Kontrol sisteminin her seviyesinin farklı gereksinimleri, endüstriyel kontrol ağının planlamasını BT ağının ağ planlamasını basitçe kopyalayamaz hale getirir. Otomasyonun kontrol ağı yalnızca ağın boyutunu dikkate almakla kalmaz, aynı zamanda farklı otomasyon seviyelerinin özelliklerini de dikkate almalıdır.
Bu nedenle, otomasyon sisteminin endüstriyel Ethernet ağı için ağ, aşağıdaki Şekil 3'te gösterildiği gibi aşağıdaki açılardan planlanabilir ve tasarlanabilir.
Şekil 3. Otomasyon sistemleri için endüstriyel Ethernet ile ilgili hususlar
1. Ağı, ağ ölçeğine / ağ düğümlerinin sayısına göre planlayın
Endüstriyel Ethernet, Ethernet'ten geliştirildiğinden, endüstriyel Ethernet, Ethernet'in bazı özelliklerine sahiptir. Endüstriyel Ethernet planlaması için, BT ağ planlamasının bazı ilkelerine başvurabilirsiniz (bu, endüstriyel Ethernet planlamasında dikkate alınan bir husustur). BT ağ planlaması için, ağ genellikle ağın boyutuna göre planlanır. Küçük bir ağ için, yalnızca bir yayın alanı planlanabilir; büyük bir ağ için, aşağıdaki Şekil 4 ve Şekil 5'te gösterildiği gibi çoklu yayın etki alanlarının planlanması gerekir.
Şekil 4. Küçük ağ düz ağ yapısını benimser
Şekil 5. Büyük ölçekli ağ, hiyerarşik / alt yayın etki alanı ağ yapısını benimser
Yukarıdaki ağ planlaması, Ethernet'in yıldız ve doğrusal topolojisini kullanır.Daha yüksek ağ kullanılabilirliği gerekiyorsa, yedekli bir ağ yapısı (halka veya ağ yapısı) kullanılabilir. Ne tür bir ağ yedekliliği mimarisinin kullanılacağı düşünüldüğünde, gerçek zamanlı gereksinimlerle birlikte düşünülmelidir. Endüstriyel kontrol katmanında, aşağıdaki Şekil 6'da gösterildiği gibi, halka ağın ağ topolojisi genellikle ağın kullanılabilirliğini iyileştirmek için kullanılır.
Şekil 6. Halka ağ, yüksek kullanılabilirlik sağlar
2. Ağı otomasyon düzeyine göre planlayın
Şekil 1'de gösterildiği gibi, otomasyon sisteminin hiyerarşik mimarisi.Her seviye, iletilen veri miktarı, yanıt süresi, iletim frekansı vb. İçin farklı gereksinimlere sahip olduğundan (Şekil 2'de gösterildiği gibi), ağı sağlamak için seviyeye göre planlamak gerekir. Her seviyenin göreceli bağımsızlığı (iletişim protokolleri birbirini etkilemez). Şu anda olası bir ağ planlama şeması aşağıdaki Şekil 7'de gösterilmektedir.
Şekil 7. Ağın otomasyon seviyesine göre planlanması
Şekil 7'deki planlama yöntemine göre, kontrol seviyesinin veri akışının saha seviyesinin ağına girmeyeceğini etkili bir şekilde fark edebilir, böylece saha ağının gerçek zamanlı performansının diğer seviyelerin veri akışından etkilenmemesini sağlar. Her seviyenin göreceli bağımsızlığını fiziksel olarak sağlayın.
3. Ağı, iletişim hizmeti akışının türüne göre planlayın
Aynı düzeyde farklı iş veri akışları da olacaktır ve bunların gerçek zamanlı gereksinimleri aynı veya farklı olabilir. Aşağıdaki Şekil 8'de gösterildiği gibi. Aynı gerçek zamanlı gereksinimlere sahiptirler ancak farklı iş akışlarına aittirler.
Şekil 8. Aynı seviyede farklı iş veri akışları
Şekil 9. Farklı iş akışlarına göre ağ planlaması
4. Ağı ekipmanın coğrafi dağılımına göre planlayın
Sahada, sektörün ihtiyaçlarına göre farklı lokasyonlara ekipmanlar kurulacak ve farklı coğrafi lokasyonlara dağıtılan bu cihazlar şebekeye bağlanacaktır. Maliyet tasarrufu göz önünde bulundurulduğunda ve her işlem bölümünün ağını nispeten net hale getirerek, ağ genellikle Şekil 10, Şekil 11 ve Şekil 12'de gösterildiği gibi planlanır.
Şekil 10. Ekipman kontrol kabininin ağ planlaması
Şekil 11. Otomasyon birimleri arasında ağ planlaması
Şekil 12. Fabrikalar arası ağ planlaması
5. Ağı endüstriyel bilgi güvenliğinin ihtiyaçlarına göre planlamak
Ağ ölçeğindeki sürekli artış nedeniyle, her seviyedeki ağ kaynaklarına erişim etkili bir şekilde kontrol edilmelidir. Bu şekilde, veri akışının yalnızca izin verilen aralıkta akmasına izin verilebilir. Ve sonra etkili akış kontrolü sağlayın. O halde bu etkili yol, ağı aşağıdaki Şekil 13'te gösterildiği gibi bilgi güvenliği açısından planlamaktır.
Veri akışını kontrol etmek için ağa bazı güvenlik cihazları ekleyin.
Otomasyon sistemi ağının planlanması, yukarıda bahsedilen yönlerden birinden düşünülemez, ancak makul ve verimli bir ağ planlamak için yukarıda bahsedilen faktörleri kapsamlı bir şekilde entegre etmesi gerekir.
Endüstriyel Ethernet ağ planlamasının genel prensipleri aşağıdaki gibidir:
(1) Projenin ilk aşamasında makul planlama yapın ve daha iyi veri aktarım kalitesi elde etmek ve ekipman yatırım maliyetlerinden ve ağ kurulum ve devreye alma zaman maliyetlerinden tasarruf etmek için sistem düzeyinde ağ optimizasyonunu değerlendirin.
(2) Ağ çakışması etki alanını makul bir şekilde bölmek için ağaç topolojisini kullanın ve anahtarların basamaklı yapısını kullanmamaya çalışın, çünkü bir veri çerçevesi bir anahtardan geçtiğinde gecikme süresi birikecektir.
(3) Bir ağaç topoloji ağı kullanırken, saha cihazları arasındaki iletişim ilişkisine göre ağ. Birbirleri arasında nispeten büyük iletişim trafiğine sahip iki alan cihazı, mümkün olduğunca aynı alt ağa dağıtılır, böylece alt ağdaki iletişim trafiği mümkün olduğu kadar büyüktür ve üst anahtar boyunca iki alt ağ arasında iletilen veri çerçeveleri mümkün olduğunca küçüktür, bu da etkili olabilir. Ağ uçtan uca gecikmeyi azaltın.
(4) Yerel ağ tıkanıklığı, tüm ağ performansının darboğazına neden olabilir, bu nedenle her bir alt ağ tarafından üst anahtar aracılığıyla iletilen trafik mümkün olduğunca eşit dağıtılmalıdır.
