Time-Sensitive Networking 為自動化開啟了一扇大門

May 10, 2019 Robert Moss

時間敏感網絡自動化

在由傳統技術過渡至智慧型工業自動化技術的過程中,製造商必須由在系統方面,不論實體或邏輯皆彼此獨立的營運孤島,轉型為可大幅改善營運效率的聚合式彈性系統。

提高互通性有助於實現轉型。這需要使用者找出新方法來管理不同的系統與解決方案,讓它們能共同作業。可代管多個系統並為其提供介面的開放式平台,也能在這方面為製造商提供協助。

「限制對於工廠負責人和機器製造商來說是很大的痛點。他們不僅在成本方面蒙受損失,而且在維護和工程設計方面也遭遇困難。」TTTech 工業物聯網產品行銷經理 Simon Brooks 表示。「嘗試為各家廠商的裝置建立互通性時,這類型的方法會增加複雜程度。」

另一個必須處理的問題就是資料安全性。舉例來說,對不同資料集的存取必須經過管理,使專屬資訊能保持安全無虞。同時也必須保護資料和其他網路連線,以防範駭客或其他不肖之徒。這可能需要進行佈建,將資訊保存在網站上,以便在本機顯示和進行資料分析。

將系統互連和聚合時,可靠度是另一個優先事項。不論是任何解決安案,都必須設計成有助於確保在改進系統某一方面的同時,不會妨礙到其他方面的效能。

想當然爾,如果平台無法同時保護工廠與電廠之關鍵應用程式的即時性與安全整合性,就無法真正提供聚合功能的優勢。

工業自動化的即時決策

Time-sensitive networking (TSN) 為製造商提供互通的網路,讓他們能更輕鬆地在所需位置部署智慧功能,以及推動聚合式系統。Industrial Internet Consortium (IIC)、Avnu Alliance 和其他組織正在協助推動認證網路生態體系,以透過 TSN 簡化網路同步化。

透過推廣開放式標準認證,並著手創造有助於部署低延遲、時間同步化且高度可靠之網路裝置的互通生態體系,製造商可從工業自動化中的即時決策獲益。如需 TSN 的詳細資訊,請參閱為何智慧工廠需要 Time-Sensitive Networking

業界呈現出支持 TSN 的態勢,市場可望在 2024 年超過 6 .06 億美元。事實上,在近期的 Hannover Messe (HMI) 中,TTTech 以及其他數十間公司都使用了 IIC 設立的 TSN 測試平台來展示如何將通訊協定運用在工廠。觀看影片 1 以深入瞭解 IIC 測試平台。

「TTTech 已連續數年都是 IIC TSN 測試平台的成員,而且是插拔測試大會活動的領導參與者。」Brooks 表示。

影片 1。IIC 測試平台影片

HMI19 展示讓各家經常彼此競爭的公司齊聚一堂、測試產品,並確保 TSN 實作擁有完整的互通性。這讓活動的與會者開始考慮採用 TSN 來體驗開放式標準工業乙太網路所帶來的完整優勢。

除了開放式標準以外,基礎架構應該也要能在延遲不影響分析與決策情況下,將資料的子集上傳至雲端。為了真正實現智慧型工業自動化,系統還必須結合邊緣與雲端運算的元素。

邊緣會因地制宜地提供運算能力

製造商可透過 TTTech 提供的 Real-Time Machine Data Kit(內建有說服力的使用案例),為智慧型工業自動化使用邊緣運算(圖 1)。此邊緣運算解決方案採用 Intel Atom® 處理器 E3950,可為機器深入剖析與分析提供即時資料存取、處理以及視覺化功能。

Real-Time Machine Data Kit
圖 1。TTTech 的 Real-Time Machine Data Kit 會運用邊緣運算來提高效率。

「Real-time Machine Data Kit 中的 Intel Atom E3950 可讓我們採用較小的體積,同時還能在虛擬化工業 4.0 環境中提供實現大量工作的能力。」Brooks 表示。「這包括解決同步排程與互通性問題。」

另外還有一點很重要,就是此套件有助於 OT 克服從工業機器存取即時資料的挑戰,而且無須變更現有的 I/O 基礎架構或新增閘道裝置。

將此套件連接至工業 I/O 或 PLC,可讓製造商在單一平台上聚合資料收集、閘道分流、視覺化,以及應用程式部署等主要物聯網功能。這也能讓使用者透過 Modbus TCP、PROFINET 或 EtherCAT 等以乙太網路型 Fieldbus,以微秒級的即時速度連線至感應器/致動器的資料。

製造商還會取得一種介面,可將資料處理代理程式連線至任何雲端平台進行處理與分析。最後,他們可以運用虛擬機器或使用容器來虛擬化軟體應用程式的代管和遠端部署。

虛擬化和系統管理

透過將運算虛擬化,便可代管可在邊緣存取和處理即時機器資料的應用程式。這份資料可由 Linux 虛擬機器代管的時間序列資料庫進行處理。若要進行深入分析,可透過 API 將資料上傳至雲端。

要是少了虛擬化,上傳機器軟體就需要投入大量人力。「你會必須帶著 USB 隨身碟跑遍各個地方,為可能高達數千部的機器進行更新。」Brooks 表示。「這讓更新軟體以獲取優勢的意願降低,因而無法提高效率、變更功能,或是收集預測式維護資料或對其採取行動;然而,透過我們的 Data Kit 即可輕鬆處理上述事宜。」

Kit 的系統管理員會顯示節點概覽,並可用來合併和虛擬化位於多個位置之多部機器的資料。所有裝置軟體皆可透過中央執行個體進行遠端管理和更新。不僅如此,透過應用程式部署,使用者可在 Docker 容器中導入全新特色和功能。

廠商未知世界中的工業自動化

「我們的策略是為使用者降低複雜度。」Brooks 表示。「網路組態與排程十分困難,因此我們打造出可直接連接現今普遍使用之工程設計工具的產品。如此一來,使用者便無需直接操作 TSN 網路。」

TTTech 所提供的另一項優勢就是廠商中立性,這使得 Kit 適用於任何雲端供應商和作業系統。

由於 OT 被賦予的任務是提高其技術的效率,因此像是 TTTech 提供之 Real-Time Machine Data Kit 的解決方案,可協助他們為工業自動化系統帶來創新。透過部署採用邊緣運算和 Time-Sensitive Networking 的聚合式系統,製造商可改善效率與彈性,同時還可降低成本。

作者簡介

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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