Trong các lĩnh vực phát triển nhanh chóng của tự động hóa, sản xuất và tiến trình điều khiển, đóng các hệ thống vòng lặp lại tạo nên xương sống của các hoạt động chính xác, từ các phản ứng hóa học trong các nhà máy dược phẩm để duy trì vai trò thiết lập cánh tay máy trong đường dây lắp ráp tự động. hiệu quả của các hệ thống này phụ thuộc vào việc liên tục, đáng tin cậy trao đổi dữ liệu giữa các bộ cảm biến, bộ điều khiển, bộ điều khiển và máy tính hoạt động. Các tiêu chuẩn liên tục đóng vai trò quan trọng trong việc cho phép sự liên lạc liên lạc không thay đổi, bảo đảm bảo các thành phần từ các nhà cung cấp đa năng có thể hoạt động tùy ý kiến riêng. Nếu không có các tiêu chuẩn như thế, các nhà máy phát triển thông minh vẫn còn có khả năng biên dịch, các chi phí tăng, và giới hạn định giới hạn, việc giới thiệu các tiêu chuẩn xác định giới hạn, việc xác định giới hạn sử dụng hệ thống này sẽ giảm thiểu các hệ thống công nghiệp, kiểm tra các hệ thống tính năng kết hợp nhất và kiểm tra các hệ thống công nghiệp có thể giải quyết các hệ thống công nghiệp, và kiểm tra các hệ thống phức tạp

Hiểu hệ thống vòng lặp đóng cửa

Hệ thống vòng kín này, cũng được gọi là hệ thống điều khiển phản hồi, liên tục so sánh kết xuất của một tiến trình chống lại điểm đã muốn đặt và điều chỉnh dữ liệu nhập để giảm thiểu lỗi nào. Hệ thống điều chỉnh lỗi này cho phép tự động quy định biến như nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng chảy, tốc độ hay vị trí, với sự can thiệp tối thiểu của con người. Ví dụ, một bộ điều hòa nhiệt độ trong phòng đo nhiệt độ khí hậu, so sánh với nhiệt độ và kích hoạt hoặc làm mát để duy trì điểm đã đặt. Trong việc tạo vòng lặp, việc đóng cửa là sử dụng để kiểm soát chính xác, làm hóa học và bảo đảm chất lượng.

Kiến trúc cơ bản của hệ thống vòng kín bao gồm một bộ cảm biến có khả năng đo mức độ kết xuất, bộ điều khiển xử lý tín hiệu lỗi và tính toán một sự sửa chữa, và một bộ điều chỉnh áp dụng cho quá trình sửa chữa. Vòng phản hồi có thể được tự nó tương tự hoặc điện tử, nối hay không dây, và có thể bao gồm nhiều lớp điều khiển hệ thống phân cấp, từ tính chất đơn giản (các thành phần tương ứng- phụ thuộc trong việc điều khiển- thỏa) trong giao thức logic (P) có thể lập trình (P) để dự đoán tiến trình kiểm soát hệ thống phân phối (DS). Tính đáng tin cậy của vòng này phụ thuộc vào độ chính xác thời gian, tính chính xác và tính trung thực giữa các thành phần giữa các thành phần này hoặc các thành phần khác nhau, từ giao thức thiết lập hệ thống thông thông thường, và các thành phần của công nghệ, trở thành một hệ thống thiết yếu để duy trì sự vận hành.

Khả năng liên kết trong hệ thống vòng khép kín có nghĩa là một bộ nhạy từ một thương hiệu có thể gửi dữ liệu tới bộ điều khiển từ một nhãn khác, và bộ điều khiển có thể ra lệnh cho một bộ điều khiển từ thương hiệu thứ ba, tất cả đều không cần thiết phần cứng hoặc các phiên dịch phần mềm tùy chỉnh. Tính tương thích này giảm nỗ lực kỹ thuật, đơn giản hóa bộ phận quản lý phụ tùng, và cho phép nâng cấp tăng lên. Ngược lại, không có khả năng gián tiếp, hệ thống vòng đóng thường bị khóa vào hệ sinh thái tự động, hạn chế và tăng chi phí bảo trì lâu dài.

Tiêu chuẩn về tính khả thi quan trọng

Các tiêu chuẩn tương tác định nghĩa các quy tắc, định dạng dữ liệu, và giao thức liên lạc cho phép thiết bị và hệ thống trao đổi thông tin một cách hiệu quả. Trong ứng dụng vòng lặp, những tiêu chuẩn này chỉ định nhiều lớp: sự kết nối vật lý (máy tính, kết nối), mã hóa dữ liệu (như thế nào một giá trị nhiệt độ được đại diện), từ ngữ (như lệnh như "tset to 50°C", và thậm chí an ninh cấp cao hơn và cơ chế phát hiện. Việc chấp nhận các tiêu chuẩn mở, không cần thiết tăng tốc độ cải tiến bằng cách tăng tốc độ áp dụng cho người bán hàng và hiệu lực hệ thống để thiết kế các giải quyết các giải pháp đó là khả năng xác định.

Tăng cường tương thích qua các thành phần thuộc lòng

Một trong những lợi ích tức thời nhất của tiêu chuẩn tương tác là khả năng trộn và khớp các thành phần từ các nhà cung cấp khác nhau. Chẳng hạn, một máy phát thanh áp suất hợp nhất với hệ thống IO-Lik có thể được gắn vào một PLC từ bất kỳ nhà sản xuất lớn nào hỗ trợ IO-Lik, cung cấp dữ liệu cân chỉnh kỹ thuật số, cung cấp các giá trị thông qua giao diện chung. Tương tự, OPC (máy tính giao tiếp không xác định khối (DĐT) cho phép một hệ thống điều khiển để nói chuyện với hầu như bất kỳ thiết bị hay ứng dụng nào, từ cổng ra nền tảng đám mây, sử dụng mô hình hợp nhất. Tính tương thích này giảm các giao thức hỗ trợ cho các cổng, hoặc hệ thống định có thể giới thiệu thất bại, và phức tạp.

Trong việc kiểm soát vòng khép kín, tính hiệu suất và định nghĩa thường rất quan trọng. Tiêu chuẩn như EtherCAT và ORFT cung cấp tốc độ cao, xác định giao tiếp để đảm bảo dữ liệu cảm biến và các lệnh kích hoạt được trao đổi trong thời gian hạn chế nghiêm ngặt. Bằng cách tuân thủ các tiêu chuẩn này, các nhà thiết kế hệ thống có thể đảm bảo rằng thời gian đóng lại vòng kết thúc và độc lập trong nhãn hiệu thiết bị đặc trưng. Ví dụ, trong một máy bao vây tốc độ cao, mỗi phần nghìn giây; sử dụng một giao thức không chuẩn hoặc không chuẩn thời gian có thể gây ra hệ thống dao động hoặc thậm chí hư hỏng.

Chứng minh việc trao đổi dữ liệu đáng tin cậy và chính xác

Sự trao đổi dữ liệu là mạch sống của việc kiểm soát phản hồi. Các tiêu chuẩn tương tác đảm bảo rằng giá trị số (v. d., nhiệt độ ở độ C, đơn vị tăng cường, yếu tố tăng cường và kiểu dữ liệu được giải thích một cách nhất quán trên mọi thiết bị. Tính năng nhất quán này ngăn cản việc hiểu sai giá trị của các giá trị cảm biến hoặc sự hiểu sai của các lệnh, có thể dẫn đến hoạt động không an toàn hay không hiệu quả. Chẳng hạn, IEC 631-3 tiêu chuẩn, xác định ngôn ngữ thông dụng cho việc tự động hóa công nghiệp (như thang, cấu trúc văn bản, và chức năng ngăn chặn các biểu đồ), cho phép được viết ra một cách di chuyển qua các cửa hàng khác nhau. Tính năng này giảm chi phí đào tạo và giảm các thư viện đã chứng minh.

Hơn nữa, nhiều tiêu chuẩn hiện đại bao gồm các cơ chế được xây dựng cho chất lượng dữ liệu, nhãn thời gian và thông tin trạng thái. Chẳng hạn, các đối tác này đã phơi bày không những giá trị tiến trình mà còn siêu dữ liệu về sức khỏe nhạy, ngày tháng cân chỉnh, và chế độ mô phỏng. Thông tin phong phú này cho phép bộ điều khiển đưa ra quyết định tốt hơn. Chẳng hạn như chuyển đổi sang bộ nhạy sao lưu nếu người chính đi vào vòng khép kín.

Tạo ra nỗ lực hợp nhất và toàn bộ chi phí cho quyền sở hữu

Khi các tiêu chuẩn tương tác được dùng ngay từ đầu, sự kết hợp hệ thống trở nên dễ dàng hơn. Các kỹ sư có thể dựa vào các hồ sơ đã được kiểm tra trước, xác nhận và cấu hình, thay vì viết mã riêng cho mỗi tổ hợp các thiết bị. Tính năng này giảm giờ kỹ thuật, tăng số ủy nhiệm, và đơn giản hóa việc mở rộng hệ thống tương lai hoặc nâng cấp. Trong một thời gian dài, các cơ sở có các lớp giao tiếp chuẩn đối mặt với tổng giá trị thấp hơn vì chúng không buộc thay thế toàn bộ hệ thống điều khiển khi một thành phần đến kết thúc đời sống. Chúng có thể thay đổi trong một hoạt động cảm biến mới hoặc một thương hiệu khác, cung cấp nó theo cùng một nhãn hiệu khác, không cần thiết lập lại toàn bộ hệ thống điều khiển lý trí.

Tiêu chuẩn tương tác chính cho hệ thống vòng lặp đóng cửa

Một số tiêu chuẩn đã được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, mỗi người phục vụ nhu cầu giao tiếp cụ thể từ cấp độ I/O đến tổng hợp dữ liệu toàn doanh nghiệp. hiểu được vai trò của họ giúp các nhà thiết kế hệ thống chọn ra một bộ thích hợp cho ứng dụng vòng lặp của họ.

Mô tả OPC (Thuyết kiến trúc hợp nhất) Name

Mô tả Mô tả U.S.S., được phát triển bởi Tổ chức OPC. UA, là một giao thức giao thức giao tiếp máy móc để cung cấp các mô hình, bảo mật, và vận chuyển dữ liệu. Không giống như khả năng tiền nhiệm (OPC kinh điển), OPC UA là nền tảng phụ thuộc và có thể chạy mọi thứ từ bộ điều khiển nhúng tới máy chủ đám mây. Nó hỗ trợ cả máy chủ lẫn thiết bị nhập khẩu (P- con) để làm cho nó thích hợp với khả năng điều khiển thời gian thực như phân tích. OPC Mô tả đặc trưng cho các mô hình thông tin khác nhau, như [FP], như là [FP] Cơ chế tạo mô hình máy tính xách tay, và thiết bị ngắt kết nối máy, và ghi chú bằng thiết bị cảm biến đổi tự động.

EtherCAT (Ethernet cho công nghệ tự động hóa điều khiển)

EtherCAT là một trường Ethernet cực nhanh được thiết kế cho các ứng dụng thời gian thực, và đạt được chu kỳ của mười phần triệu giây xử lý dữ liệu trên mỗi thiết bị. hiệu suất này là lý tưởng cho các vòng lặp đóng nhanh như kiểm soát chuyển động phục hồi trong gói, in và xử lý vật liệu. EtherCAT được bảo trì bởi nhóm công nghệ EtherCAT và được tiêu chuẩn hóa như IC 6115. Nó bảo đảm sự chuyển động, I/O, và mã hóa từ các nhà cung cấp khác nhau có thể hỗ trợ cùng một vòng lặp, đóng góp cho mỗi vòng lặp để phân phối.

HIỆN và BIÊN TẬP

PROFINT là một tiêu chuẩn công nghiệp phổ biến khác (IEC 61158 và IEC 61784) hỗ trợ cả hai chức năng an toàn thực tế (TIẾNG) và là tinh vi- thời gian thực (TIẾNG TIẾNG) và phổ biến trong giao tiếp thời gian thực (IT). Nó thường được dùng trong máy phát và hành động DC. Cả hai yếu tố bảo đảm từ các nhà cung cấp dịch vụ hỗ trợ trong hệ thống PFIBIEB. BORFIUS (EFBBBUS)

IO-Lik

IO-Lik là một tiêu chuẩn giao tiếp điểm- đến điểm kết nối các cảm biến và bộ điều khiển với một thiết bị chủ (thường là một trung tâm PLC hay IO-Lik) dùng một cáp ba dây chuẩn. Nó cung cấp thông tin liên lạc số với các tín hiệu chuyển đổi truyền thống, cho phép xác định tham số, và nhận diện thiết bị. I-O-Link đặc biệt có giá trị trong vòng đóng, nơi cần thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết thiết bị cảm biến từ xa hoặc nơi mà dữ liệu bảo trì dự đoán có thể được cung cấp trở lại bộ điều khiển. I-Link Constium bảo đảm sự tương tác thông qua các tập tin mô tả (ODDDDD) thông qua bất kỳ máy chủ nào.

IEC 61131-3

Trong khi một tiêu chuẩn ngôn ngữ lập trình, IEC 61131-3 đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển logic tương tác. Nó định nghĩa năm ngôn ngữ lập trình (bản đồ, Biểu đồ khối hàm, bản đồ khối, bản đồ cấu trúc, danh sách hướng dẫn, và Bảng chỉ dẫn, và biểu đồ chức năng Sequettal (Scition inter) được dùng qua các công ty lớn. Một thuật toán điều khiển được viết trong văn bản cấu hình Srud cho một hệ thống cấu hình hệ thống tài liệu nền có thể được chuyển sang một trình điều khiển Rockwell hay Beckhoff với các thay đổi nhỏ, cung cấp các tiêu chuẩn giao diện phần cứng, được dùng để giảm tính năng khóa và sử dụng lại các thuật toán được chứng minh.

Tiêu chuẩn phụ như MQTT cho tin nhắn IoT nhẹ và Modbus TCP cho thiết bị di động kết nối trong bối cảnh vòng lặp kín, mặc dù chúng có thể cần thêm sự chăm sóc xác định thời điểm. Sự pha trộn bên phải phụ thuộc vào những quy định cụ thể của ứng dụng cho tốc độ, định đoạt, an ninh và hệ sinh thái tương thích.

Những thử thách trong việc vượt qua thử thách

Mặc dù các lợi thế rõ ràng, thực hiện các tiêu chuẩn tương tác trong hệ thống khép kín không phải là không có chướng ngại. Một rào cản quan trọng là sự phổ biến của các thiết bị di động có sẵn từ một thời đại trước khi tiêu chuẩn mở phổ biến. Việc sử dụng hệ thống này có thể đòi hỏi các giao thức chuyển đổi hoặc thậm chí là những người thay thế hoàn toàn, mà một số cơ sở không sẵn sàng thực hiện do sản xuất giảm chi phí. Hơn nữa, ngay cả khi tiêu chuẩn hiện, các nhà cung cấp khác nhau có thể thực hiện chúng với các tính năng khác nhau hoặc tùy chọn không hoàn chỉnh, dẫn đến sự khác nhau, dẫn đến sự thiếu hụt có thể được gọi là "sự gián đoạn" cho cả hai thiết bị này, cả hai thiết bị này đều cho rằng có thể không hỗ trợ cụ thể không cụ thể được liên kết nếu chúng không có thông tin cụ thể liên quan đến thông tin đặc biệt.

Một thách thức khác là việc cần thiết giao tiếp định kỳ, độ trễ của thời gian thực. Dùng chúng trong vòng lặp có thể cần thiết chu kỳ dưới một phần nghìn giây khép kín. Một số tiêu chuẩn (như MQTT hay HTTP chung) được thiết kế để thiết lập giao tiếp linh động, định hướng đám mây thay vì kiểm soát thời gian thực khó khăn. Dùng chúng trong một vòng lặp cần thiết số vòng lặp dưới một phần nghìn giây có thể gây ra sự hoảng loạn hoặc giảm dữ liệu. Các kiến trúc sư hệ thống phải cẩn thận phù hợp với các yêu cầu hoạt động. Hơn nữa, các mối quan tâm an ninh trở thành hệ mật thiết lập hơn. Tiêu chuẩn như OP UA bao gồm tính năng bảo mật mạnh (sự bảo mật, chứng nhận), nhưng không phải thực hiện tất cả các tính năng hay các tính năng cần thiết bị này, tạo ra các tính năng cần thiết bị cần thiết bị, phải tăng dần dần lên các tiêu chuẩn.

Nhà cung cấp khoá cũng tiếp tục, như một số nhà sản xuất cung cấp tăng cường trên các tiêu chuẩn mà chỉ làm việc với các sản phẩm riêng của họ. Ví dụ, ổ đĩa có thể hỗ trợ proFINT chuẩn, nhưng các tham số điều chỉnh cao của nó có thể chỉ có thể truy cập được qua một công cụ sở hữu độc quyền. Điều này tạo một vùng màu xám khả năng tương thích một phần mà có thể phức tạp hóa hệ thống nâng cấp hoặc cấu hình đa chiều. Hơn nữa, những thách thức này đòi hỏi sự hợp tác đang tiếp diễn giữa các cơ thể tiêu chuẩn, nhà sản xuất thiết bị, và kết thúc để xác định và thực sự áp dụng, các chương trình tự quảng cáo, và mở mở mở rộng.

Những hướng đi trong tương lai và những cuộc công nghiệp

Quỹ đạo của các tiêu chuẩn liên kết trong hệ thống khép kín được định hình bởi các xu hướng rộng hơn trong công nghệ 4, 0, Internet công nghiệp của mọi thứ (llT), và kỹ thuật số hóa. Một phát triển lớn là sự hội tụ của công nghệ thông tin (IT) và công nghệ hoạt động (OT). Tiêu chuẩn như hệ thống thông tin thời gian phụ thuộc vào hệ thống định giờ (thời gian và mạng lưới thời gian) để đưa sự liên lạc xác định, thực đến Ethernet, hệ thống điều khiển nhà máy kết hợp với dữ liệu kinh doanh. TSN cho phép phần cứng theo thời gian ít hơn, cho phép vòng lặp lại hệ thống video hỗ trợ hoặc kết nối lại với một cách liên lạc từ xa và giảm khả năng xử lý sự phức tạp.

Một xu hướng khác đang nổi lên là việc sử dụng các mô hình thông tin được chuẩn hóa, đôi khi được gọi là vỏ bọc tài sản hay cặp song sinh số, tóm tắt toàn bộ các vòng đời của một thiết bị — cụ thể hóa, cấu hình, trình bày lịch sử, và thậm chí mô hình mô phỏng. Những mô hình này giúp dễ dàng hơn cho việc điều khiển vòng lặp khép kín để lý luận về khả năng và sức khỏe của thiết bị, điều khiển nó theo đúng cách. Chẳng hạn, một máy bơm với một cặp song sinh có thể mặc vào bộ điều khiển, thúc đẩy người điều khiển để tránh vận tốc, qua giao diện chuẩn. [FL: 0] Công nghệ điện tử [C], chương trình trợ giúp điều khiển [C], trang web], 6C: 6C], và các tiêu chuẩn IOP, và E.

Máy tính cạnh và trí thông minh nhân tạo cũng ảnh hưởng đến khả năng tương tác. Thiết bị cạnh tích hợp dữ liệu từ nhiều vòng lặp khép lại có thể áp dụng máy học để phát hiện hoặc dự đoán nhu cầu bảo trì. Để hệ thống này có hiệu quả, chúng phải nhận được tính năng giao tiếp cấp cao [FL1] nhắm vào tiêu chuẩn cấu hình và điều khiển, mà một lần nữa phụ thuộc vào các tiêu chuẩn tương tác. Việc thiết lập như khả năng [FL: 0] Sáng kiến giao tiếp cấp của Quỹ tín hiệu [FL] [FL: 1] Mục tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu chuẩn hóa cảm biến và hoạt động để kết nối với cổng ra và hiệu lực, và bật và bật.

Cuối cùng, các tiêu chuẩn an ninh mạng đang trở nên không thể thiếu trong các khuôn khổ liên quan đến sự liên kết. loạt mục IEC 62443 cung cấp một tập hợp toàn diện các tiêu chuẩn cho hệ thống tự động và kiểm soát công nghiệp. Các thiết bị có thể xử lý không chỉ phải chỉ giao tiếp hiệu quả mà còn còn xác thực lẫn nhau, mã hóa dữ liệu, và phản hồi lại các sự kiện an ninh theo cách phối hợp. Hệ thống vòng thời gian tương lai sẽ ngày càng đòi hỏi tất cả các thành phần đáp ứng mức độ an ninh để được xem là có thể tương tác.

Trong kết luận, các tiêu chuẩn tương tác giữa các cơ quan có nền tảng cho hệ thống vòng kín hiện đại. họ cho phép sự tương thích đa chiều, giảm chi phí tích hợp, tăng độ tin cậy dữ liệu, và mở đường cho khả năng tiên tiến như cặp song sinh kỹ thuật và phân tích. trong khi thách thức như sự kết hợp di sản, hạn chế hiệu suất, và an ninh vẫn còn tồn tại, những phát triển liên tục trong hệ thống TSN, mô hình ngữ và an ninh mạng đang tăng dần những gì có thể. cho các kỹ sư và các nhà sản xuất và kiểm soát tiến trình, đầu tư vào tiêu chuẩn mở không chỉ là một sự lựa chọn chiến lược bảo đảm sự linh hoạt, và giá trị tự động trong vòng tay lái.