एक रोबोटिक भुजा की कल्पना करें जो झुक और घूम सकती है, प्रत्येक धुरी अत्यधिक सटीक मोटर ड्राइवर, सेंसर या मशीन दृष्टि से सुसज्जित है, जैसे कि गति की सिम्फनी का प्रदर्शन कर रही हो। हालाँकि, सिस्टम के प्रत्येक घटक को यह बताने के लिए कि उनके संबंधित कार्यों को कब और कैसे निष्पादित करना है, "कंडक्टर" के बिना, रोबोटिक भुजा झनझनाहट और धात्विक पीसने जैसी ध्वनि उत्पन्न कर सकती है।
वास्तविक समय नियंत्रण पर पिछले लेखों में, हमने सेंसिंग, ड्राइविंग और प्रसंस्करण के लिए उपयोग किए जाने वाले वास्तविक समय नियंत्रण (आरटीसी) उपकरणों की खोज की। उन्हें एकीकृत करने के लिए, हमें "कंडक्टर" की आवश्यकता है: वास्तविक समय संचार। इस लेख में, हम चर्चा के लिए शुरुआती बिंदु के रूप में वास्तविक समय संचार और नियंत्रण पर आधारित औद्योगिक 4.0 का उपयोग करेंगे।
स्वचालन क्षेत्र में बड़े डेटा के विकास को चलाने वाले कारक
महामारी के प्रभाव के कारण, मानवीय हस्तक्षेप के बिना कारखाना संचालन व्यापक रूप से लोकप्रिय हो गया है। बड़े डेटा का संग्रह और उचित वितरण (ऑक्सफोर्ड डिक्शनरी द्वारा बेहद बड़े डेटासेट के रूप में परिभाषित किया गया है जो कम्प्यूटेशनल विश्लेषण के माध्यम से पैटर्न, रुझान और सहसंबंध प्रकट कर सकता है, विशेष रूप से मानव व्यवहार और इंटरैक्शन से संबंधित) डिजिटल जुड़वां, मीटरिंग, सेवा बिलिंग और पूर्वानुमानित रखरखाव का समर्थन कर सकता है। उदाहरण के लिए, बड़े डेटा तक पहुंच होने से रोबोटिक आर्म के प्रदर्शन और सिस्टम स्वास्थ्य के साथ-साथ डेटा दरों, तापमान, आर्द्रता, कंपन और बहुत कुछ की निगरानी करना संभव हो जाता है, जिससे एआई मॉडल के विकास को सक्षम किया जा सकता है जो बड़े डेटा (डिजिटल जुड़वाँ) के आधार पर भविष्य के प्रदर्शन और स्वास्थ्य की भविष्यवाणी कर सकता है। इन लाभों का पूरी तरह से लाभ उठाने के लिए, किनारे पर इंटरनेट प्रोटोकॉल (आईपी) और आरटीसी सिस्टम का समर्थन करने के लिए सूचना प्रौद्योगिकी (आईटी) और परिचालन प्रौद्योगिकी (ओटी) को एकीकृत करना आवश्यक है। तार्किक रूप से, इसे आईटी और ओटी अभिसरण कहा जाता है।
ईथरनेट में, ओपन सिस्टम इंटरकनेक्शन (ओएसआई) मॉडल की नेटवर्क परत और ट्रांसपोर्ट परत ट्रांसमिशन कंट्रोल प्रोटोकॉल/इंटरनेट प्रोटोकॉल (टीसीपी/आईपी) का समर्थन करती है, इसलिए ईथरनेट स्वाभाविक रूप से आईपीवी4 (और आईपीवी6) का समर्थन करता है। इसके अतिरिक्त, यह विश्वसनीय रूप से आवश्यक मात्रा में जानकारी संचारित कर सकता है, यही कारण है कि औद्योगिक ईथरनेट औद्योगिक स्वचालन अभिसरण के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण संचार मानक बन रहा है। चूँकि मौजूदा बुनियादी ढाँचा आम तौर पर दो वायर प्रोटोकॉल का उपयोग करता है जो स्थानीय टीसीपी/आईपी का समर्थन नहीं करते हैं, पारंपरिक फ़ील्डबस का उपयोग अभी भी किनारे के उपकरणों के साथ संचार के लिए किया जाता है। चित्र 1 औद्योगिक स्वचालन क्षेत्र में वर्तमान संचार विधियों को दर्शाता है।
चित्र 1: औद्योगिक स्वचालन के क्षेत्र में वर्तमान संचार विधियाँ
औद्योगिक संचार को लागू करने का तरीका परिवर्तन के दौर से गुजर रहा है। एकल {{1}जोड़ी ईथरनेट (एसपीई) मौजूदा दो - वायर सिस्टम आर्किटेक्चर को बनाए रख सकता है, जबकि तेज गति और औद्योगिक ईथरनेट के कई फायदों का भी समर्थन करता है। उन्नत फ़ील्ड डायग्नोस्टिक्स वितरित और केंद्रीकृत निगरानी और संचालन का समर्थन करता है। बेशक, एसपीई कई मौजूदा फील्डबसों द्वारा स्थापित मौजूदा दो {{5}वायर इंफ्रास्ट्रक्चर का पुन: उपयोग कर सकता है, जिससे अभिसरण संचालित अपग्रेड को सरल बनाया जा सकता है और लागत में काफी कमी आ सकती है।
ईथरनेट को समझना
जबकि ईथरनेट एंटरप्राइज़ अनुप्रयोगों में खुला और सर्वव्यापी है, यह वर्तमान में वास्तविक समय के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि आईटी ईथरनेट फ़्रेम ट्रांसमिशन "सर्वोत्तम प्रयास" और अप्रबंधित है; त्रुटियाँ सदैव अवांछनीय होती हैं। वास्तविक समय ओटी के लिए, त्रुटियों के गंभीर परिणाम हो सकते हैं या ख़तरे भी पैदा हो सकते हैं। आरटीसी सिस्टम को सिस्टम के "कमांड सेंटर" के रूप में विश्वसनीय संचार की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सिस्टम इच्छित तरीके से संचालित हो, जिससे उत्पाद विफलताओं या सिस्टम क्षति या व्यक्तिगत चोट से बचा जा सके। चूंकि आईटी ईथरनेट का उपयोग आमतौर पर उद्यम या उपभोक्ता वातावरण में किया जाता है, इसलिए इसे पर्यावरणीय चुनौतियों का सामना शायद ही कभी करना पड़ता है। इसके विपरीत, आरटीसी सिस्टम अक्सर कठोर वातावरण में काम करते हैं।
मजबूत, नियतिवादी व्यवहार (जैसे व्यापक तापमान रेंज, शोर और गंदे वातावरण में विश्वसनीयता) और उच्च डेटा दरों की मांग ने औद्योगिक ईथरनेट के उद्भव को प्रेरित किया है। औद्योगिक ईथरनेट नियतात्मक और मजबूत है, जो आरटीसी सिस्टम का पूरी तरह से लाभ उठाने के लिए अतिरिक्त बैंडविड्थ और अंतर्निहित आईपी कनेक्टिविटी प्रदान करता है।
आइए समय की विशेषताओं पर एक नज़र डालें और वे ईथरनेट भौतिक परत (PHY) पर कैसे लागू होती हैं।
समय की विशेषताओं का महत्व
आरटीसी प्रणालियों में तीन प्रमुख समय विशेषताएँ हैं:
देरी।इस संदर्भ में, विलंब पर विचार किया जाना चाहिए, जैसे कि प्रसार विलंब: डेटा के सिस्टम, सबसिस्टम या सबसिस्टम घटक में प्रवेश करने से लेकर बाहर निकलने तक की अवधि। उदाहरण के लिए, TI के DP83826E 10Mbps/100Mbps ईथरनेट PHY में 208ns की राउंड{4}}ट्रिप देरी है। कम देरी से चक्र का समय कम हो सकता है या बस में नोड्स की संख्या बढ़ सकती है।
नियतिवाद.यदि सिस्टम से गुजरने पर हर बार डेटा के आगमन का समय काफी भिन्न होता है, तो देरी कितनी कम हो यह अप्रासंगिक हो जाता है। आगमन समय में इस भिन्नता को नियतिवाद के रूप में जाना जाता है। कम घबराहट बेहतर नियतिवाद का संकेत देती है। कम नियतिवाद का मतलब है कि आपको अलग-अलग देरी को समायोजित करने के लिए सिस्टम में कम मार्जिन बनाने की आवश्यकता है। चित्र 2 DP83826E की देरी (208ns) और नियतिवाद (±2ns) को दर्शाता है। वास्तविक -समय ईथरनेट प्रोटोकॉल (जैसे ईथरकैट) ईथरनेट PHY की निम्न और नियतात्मक विलंबता विशेषताओं का लाभ उठा सकते हैं।
चित्र 2: विलंब और उसका नियतिवाद
तुल्यकालन.किसी संपूर्ण सिस्टम या कई संपूर्ण सिस्टमों के समय को एक साथ बांधने से भी कुछ फायदे होते हैं। सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करते हुए दक्षता और थ्रूपुट को अधिकतम करने के लिए, विभिन्न उपप्रणालियों को यह जानने की आवश्यकता हो सकती है कि कोई अन्य उपप्रणाली एक निश्चित संचालन कब करती है। सभी औद्योगिक ईथरनेट प्रोटोकॉल किसी न किसी प्रकार के सिंक्रनाइज़ेशन का समर्थन करते हैं। समय-संवेदनशील नेटवर्किंग (टीएसएन) आरटीसी सिस्टम के लिए समय सिंक्रनाइज़ेशन का एक उदाहरण है। इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल एंड इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर्स (IEEE) 1588v2, जिसे प्रिसिजन टाइम प्रोटोकॉल (PTP) के रूप में भी जाना जाता है, कई उपकरणों को एक-दूसरे के साथ सिंक्रनाइज़ेशन बनाए रखने में मदद करता है। आईईईई 802.1एएस, जिसे सामान्यीकृत पीटीपी (जीपीटीपी) के रूप में भी जाना जाता है, आरटीसी जैसे समय-संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए सिंक्रनाइज़ेशन को सक्षम बनाता है।
निष्कर्ष
सफल आरटीसी और संचार परिनियोजन उद्योग 4.0 की आधारशिला हैं। हालाँकि, यह केवल उद्योग 4.0 हासिल करने के बारे में नहीं है; नियतात्मक, सिंक्रनाइज़ और कम विलंबता संचार PHYs और औद्योगिक ईथरनेट प्रोटोकॉल के साथ, सभी उपकरणों को एक सुंदर सिम्फनी बजाने के लिए जोड़ा जा सकता है।