O futuro da fabricação: um marco para a indústria

O comprovado padrão de comunicação Ethernet foi otimizado por meio da adição de mecanismos de qualidade de serviço. Vários novos padrões IEEE permitirão que a Ethernet transmita de forma confiável vários protocolos (incluindo aqueles com capacidade de tempo real) em paralelo dentro de limites de tempo máximos predefinidos. Usuários industriais e fabricantes de automóveis já estão se preparando para empregá-los.

 

por Christian Buck

Os braços de aço se movem perfeitamente sincronizados um com o outro e acenam suas garras para o observador. Nem mesmo o menor atraso é perceptível quando os dois robôs industriais executam seu gracioso balé mecânico. Essa coordenação perfeita se deve a uma tecnologia que atualmente inaugura uma nova era de comunicação industrial: a rede sensível ao tempo (TSN).

 

Nos últimos 40 anos ou mais, a Ethernet tem sido líder indiscutível no que diz respeito à transmissão de dados digitais por meio de cabos. A Siemens está presente desde o início e até lançou a primeira rede Ethernet Industrial do mercado: SINEC H1. Como resultado, a Ethernet não foi usada apenas em escritórios, mas também, em particular, na fabricação industrial. No entanto, o padrão teve um problema desde o início - ele não podia garantir que os pacotes de dados transmitidos pelo remetente chegariam ao destinatário dentro de um determinado período de tempo. Esta é uma situação inaceitável para controladores industriais - afinal, as medições do sensor e os sinais de controle não devem demorar muito para chegar ao seu destino para que uma máquina opere de maneira confiável. Eles precisam de comunicação em tempo real dentro de milissegundos - uma tarefa para a qual a Ethernet não foi originalmente concebida.

 

É por isso que os usuários que desejam comunicação em tempo real via Ethernet precisam empregar extensões tecnológicas, como o padrão Profinet amplamente difundido. Em máquinas, por exemplo, este padrão conecta sensores, atuadores e acionadores ao controlador central, adicionando recursos de transferência de dados em tempo real à Ethernet, permitindo aplicações que incluem o controle preciso de servo drives. “No entanto, para fazer isso, você geralmente precisa de componentes de hardware especiais dentro dos dispositivos conectados”, explica Matthias Gärtner, chefe de gerenciamento de sistema da unidade de controlador Simatic da Siemens. “Além disso, as várias soluções de Ethernet industrial em tempo real não podem ser executadas em paralelo na mesma rede Ethernet”.

O TSN permitirá que todos os dados - incluindo informações em tempo real - sejam transmitidos por meio de uma única rede em vigor simultaneamente.

Em breve, esse problema será coisa do passado, porque o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE), responsável pela padronização de vários sistemas, estendeu a Ethernet ao adicionar os mecanismos urgentemente necessários para comunicação em tempo real. Isso inclui transmissão controlada por tempo, sincronização e reserva de largura de banda. Desta forma, o IEEE está aprimorando a qualidade do serviço por meio do TSN. Isso permitirá que a Ethernet forneça as mesmas informações de tempo para todos os dispositivos conectados que suportam esses padrões estendidos. Como resultado, toda a rede será sincronizada com precisão. Além disso, os protocolos de reserva garantem que os pacotes de dados sejam transmitidos do remetente ao destino por meio de todas as chaves intermediárias de acordo com um horário predefinido. Os padrões TSN também levam em consideração a topologia da rede em questão - ou seja, se a rede é organizada na forma de uma estrela, um anel ou uma linha e o número de comutadores entre o remetente e o destinatário. Além disso, as normas também incluem processos de redundância contínuos.

Uma única rede para todos os dados

“É um momento histórico para a Ethernet”, diz Gärtner. “No futuro, será possível usar componentes de hardware padrão para Profinet e outros protocolos de comunicação industrial em tempo real baseados em TSN. Isso permitirá que todos os dados - incluindo informações em tempo real - sejam transmitidos por meio de uma única rede em vigor simultaneamente. ” Os usuários se beneficiarão automaticamente do aumento constante da largura de banda da Ethernet padrão, que será cada vez mais necessária como resultado da crescente conectividade IP dos sistemas de automação. Isso também tornará a comunicação mais robusta porque os recursos de comutação nos switches TSN são firmemente reservados para as necessidades de comunicação em tempo real solicitadas, de forma que as informações não possam mais ser perdidas devido a estouros de buffer, por exemplo.

 

Além da crescente demanda por comunicação em tempo real em máquinas via Profinet, também há uma crescente demanda por troca de dados determinística (isto é, predeterminada) entre diferentes máquinas. Os exemplos incluem robôs cooperativos que trabalham simultaneamente na mesma peça de trabalho e, portanto, precisam coordenar com precisão seus movimentos uns com os outros. O padrão OPC UA com a extensão PubSub (Publicar/Assinar) já se estabeleceu nesta área. Ele também pode empregar Ethernet com TSN como meio de transmissão. “Espero que a Ethernet com TSN seja introduzida em todo o processo de fabricação industrial”, afirma Gärtner. "Mas isso não é tudo. A montadora também quer usar o novo padrão para transmitir grandes quantidades de dados de câmeras de ré dentro dos veículos, por exemplo, ou para tornar possível a direção autônoma, o que não será possível sem redes a bordo que incorporem mecanismos de qualidade de serviço.” Chegou a hora para isso. Os primeiros componentes TSN estão agora sendo lançados no mercado e a Siemens usará produtos TSN reais para demonstrar a comunicação máquina a máquina determinística no OPC UA PubSub na Hannover Messe 2018. Esses produtos poderão ser adquiridos no final do ano, quando a Ethernet com TSN finalmente chegar ao mundo moderno da digitalização e da “Indústria 4.0”.

17/04/2018

por Christian Buck

A Siemens é uma das forças motrizes por trás do desenvolvimento de Ethernet com TSN. Sven Gottwald, chefe de sistema e gerenciamento vertical para comunicação e identificação industrial, explica como a aplicação do novo padrão beneficia os usuários.

 

Por que Ethernet com TSN é um desenvolvimento tão importante?

 

Porque isso significa que não precisamos mais de soluções diferentes de Ethernet Industrial para comunicação determinística na indústria. No futuro, todos eles serão executados na Ethernet amplamente usada com TSN e podem fazer isso em paralelo sem restrições. Isso inclui Profinet, OPC UA PubSub e todos os outros protocolos baseados em TCP / IP. Essa convergência é um grande benefício para os usuários industriais, porque permite que todos os tipos de dados sejam transmitidos por meio de uma única rede física, na qual as informações sensíveis ao tempo sempre têm precedência para que cheguem com segurança no prazo. É precisamente disso que as empresas precisam para explorar plenamente o potencial da digitalização e da “Indústria 4.0”.

 

Como a Ethernet com TSN regula o “cronograma” para os dados?

 

O Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE), responsável pela padronização, oferece duas opções para isso: É feito por uma unidade central ou os dispositivos conectados negociam entre si. Como membro da bancada de teste “Labs Network Industrie 4.0” (LNI4.0), a Siemens prefere a segunda opção porque o uso de uma unidade central requer uma reconfiguração extensiva toda vez que ocorre uma mudança na rede. No entanto, se o sistema se configurar sozinho, é fácil integrar novos dispositivos. É por isso que falamos de redes com capacidade “Plug & Work”, que beneficiam enormemente nossos clientes.

 

O que a Siemens está fazendo em relação à Ethernet com TSN?

 

Todo o setor de automação está trabalhando duro neste tópico, é claro. No entanto, a Siemens é certamente uma das empresas líderes nesta área. Estamos ativamente envolvidos em todos os principais organismos de padronização, como o IEEE, o IEC, o OPC-F e o PI. Também fornecemos o editor para alguns dos padrões TSN IEEE.

 

Os primeiros produtos TSN começarão a ser enviados antes do fim do ano. É por isso que nossos clientes estão perfeitamente preparados para o futuro digital com a Siemens.

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