Le visage de la vague de transition « Industrie 4.0 » (Industry 4.0), les fabricants sont en train de planifier une connaissance approfondie et de la sagesse pour construire l'intégration future des technologies de l'information pour la fabrication de ces entreprises (technologies de l'information, IT). Et technologies opérationnelles (technologie opérationnelle; OT) deux domaines, la construction d'une nouvelle génération de systèmes plus intelligents, contribuant ainsi à la production, à améliorer leurs opérations, d'améliorer le soutien à la clientèle, nous pouvons analyser les choses industrielles (Internet industriel des choses, IIoT) pour fournir des informations en temps réel.
Le concept le plus simple des choses (IdO) est relié au reste du monde à travers les systèmes embarqués (système embarqué). Sur le plan plus large, il implique également l'analyse des données (généralement effectuée dans le nuage), l'interaction homme-ordinateur et de la sécurité Le défi est que les fabricants doivent intégrer pleinement quatre technologies industrielles IoT indispensables: les technologies Web, les technologies de traitement, les technologies d'interface utilisateur et les technologies de sécurité.
Rapidité de l'Internet
connecter Seuls les deux domaines de l'informatique et OT en ajustant le réseau afin d'assurer l'intégration des deux. Parce que la fonction de ce domaine varient, leur réseau est également très différent. champ IT inclut la conversion des données dans le système d'information utile pour les fabricants, il comprend non seulement des systèmes à usage général, tels que la finance, le courrier électronique et système de gestion de la relation client, comprend également un système de planification et de la logistique de gestion de fabrication dédiée. ces systèmes sont informatisés, en temps réel n'est pas absolument nécessaire Conditionnellement, les réseaux informatiques peuvent utiliser la technologie Ethernet commune «best-effort».
OT domaine comprend la conversion des matières premières en produits, systèmes et en temps réel des systèmes embarqués pour le suivi des processus et la gestion des flux de travail de l'usine en utilisant la technologie Ethernet industriel, en ajustant le standard Ethernet pour fournir une réponse immédiate et l'utilisation de vieux Protocole de communication industrielle pour effectuer l'opération. Malheureusement, beaucoup protocole Ethernet industriel ne peut ni être interopérable avec les autres, il ne peut pas fonctionner avec Ethernet standard, ce qui limite le développement de fournisseur de technologie à grande échelle, ce qui ralentit le rythme de l'innovation Une seule machine dans une usine peut se connecter à différents réseaux Ethernet industriels, chaque réseau exécutant un protocole spécifique pour différentes fonctions de contrôle, comme le montre la Figure 1. Les fabricants doivent déployer des passerelles sur différents réseaux Entre la transmission d'informations ou la transmission de données au système informatique.
En raison de ces limitations interconnexion de protocole Ethernet industriel traditionnel, il est pas parfait soutenir les industries 4.0. En outre, IT orienté Ethernet standard ne sera pas en mesure de fournir des performances en temps réel système de contrôle nécessaire. Cependant, électriques et électroniques L'Institut des ingénieurs (IEEE) a formé une équipe en 2004 pour développer des normes de transmission audio / vidéo pour les applications grand public et, plus tard, pour les applications professionnelles basées sur des normes qui ont développé un ensemble de pontage audio / vidéo. ; AVB) standards pour la synchronisation temporelle des périphériques réseau (référencés à IEEE 1588), le contrôle du trafic et le contrôle d'accès.Sans répondre pleinement aux besoins des applications industrielles, ces normes fournissent une architecture de gestion plus précise pour le trafic Ethernet .
Après avoir reconnu le potentiel d'AVB à des fins industrielles, l'équipe de l'IEEE l'a rebaptisée Time-Sensitive Networking (TSN) et a commencé à réviser la norme 802 pour répondre aux applications industrielles et automobiles. la demande, tout en améliorant les performances des applications audio et vidéo professionnelles. la nouvelle norme définit la rapidité du contrôle du trafic et de la politique de planification du trafic critique. afin de faciliter la programmation, la nouvelle norme ajoute la politique d'ordonnancement des architectures non-critiques, nouvelles pour les chemins de réseau redondants norme améliorer la fiabilité du réseau. désormais, les opérateurs peuvent déployer uniquement un Ethernet standard IEEE, mais les deux systèmes de transmission OT pour demander un contrôle en temps réel du trafic, mais aussi à l'informatique des systèmes de transport en général Ethernet Trafic routier Avec les technologies Internet clés de l'Internet des objets industriel (IoT), les fabricants peuvent se concentrer sur les avantages stratégiques de la convergence OT-IT et de l'industrie 4.0.
Comme le réseau doit prendre en charge les fonctions critiques en temps, comme, le processus doit également être vrai. Utilise le système d'exploitation en temps réel (RTOS) aide à faire en sorte que le paquet de commande atteint le support de passerelle de TSN, unité centrale de traitement peut recevoir des informations et être traitement de l'information de contrôle capacités de réaction aide à l'entrée du processeur à partir d'autres événements de processeur, et exécute le processeur de système de commande en boucle appartient. ces circuits peuvent avoir besoin de fonctionner à moins de 30 cycle de microsecondes, ce qui est le système traditionnel de fonctionnement iT-dérivé ne peut pas répondre L'étendue de
Pour augmenter le degré d'automatisation est nécessaire d'améliorer la capacité de traitement du contrôleur embarqué peut être utilisé plus du traitement de la performance pour réduire le circuit de commande de synchronisation, et donc plus rapide montage et le déplacement du bras robotisé et d'améliorer la sortie d'usine. De plus, augmentent également le nombre de contrôleur de mouvement monoaxe gère le robot a plusieurs articulations, puis travailler dans des espaces plus étroits, ou la génération de robots d'usine pour effectuer des tâches ne peut pas être résolu. par le processus d'apprentissage et les robots simulent des opérateurs humains ont également besoin Capacités de traitement d'images et nouveaux algorithmes d'apprentissage automatique.
Y compris VxWorks RTOS Nucleus commerciales et Wind River de Mentor Graphics, qui soutiennent le fournisseur à long terme NXP Semiconductors (NXP Semiconductors) série et les précédentes générations de produits QorIQ. Avec l'émergence de classe industrielle Linux et des solutions open source deviennent une autre Ces options permettent aux fabricants et aux équipementiers d'ajouter facilement de nouvelles fonctionnalités à leurs systèmes.
Très différent des distributions Linux embarquées non temps réel qui se concentrent sur l'informatique, Industrial Linux offre les attributs OT, y compris la prise de décision, la facilité de gestion, le réseautage industriel et la sécurité. Appliquez le correctif PREEMPT_RT au noyau pour éliminer la situation où un programme logiciel a été bloqué par un autre programme, auquel cas l'application peut être codée comme une API Linux régulière.
Une autre approche de Xenomai consiste à ajouter une API RTOS typique à un système Linux pour acheminer des applications RTOS traditionnelles vers Linux.Xenomai fournit également un mécanisme permettant aux pilotes de périphériques de répondre instantanément aux périphériques pour sécuriser davantage les capacités immédiates de Linux. NXP travaille avec la communauté Linux industrielle pour lancer des distributions Linux afin de consolider diverses améliorations instantanées et des piles de protocoles TSN tout en conservant les fonctionnalités standard de Linux.
fonctions de traitement doivent également être disponibles pour l'analyse. Les choses non seulement au réseau des systèmes embarqués, comprend également l'obtention de données provenant de capteurs, d'analyser la réponse du système d'information et d'orientation. En général, considéré comme généralement effectuer une analyse à partir d'un serveur distant à travers le nuage. Cependant, La quantité de données à transmettre et à analyser, la capacité à prendre des décisions en temps opportun et la confidentialité des données contribuent à la gestion locale des informations de fabrication par le fabricant.
Tant que le processeur est suffisamment puissant, le processus d'analyse peut être effectuée non seulement sur l'ordinateur de l'installation peut être réalisée même dans une installation de production. En outre, le traitement peut également être utilisé dans la mise en œuvre industrielle de l'extrémité distale 4.0 opération de gestion des spécifications, la machine Pour atteindre une plus grande autonomie et atteindre une plus grande efficacité en reliant les ressources productives et les systèmes informatiques (tels que les systèmes de planification des ressources de l'entreprise).
Interface homme-machine
Une autre fonction de la capacité de traitement est l'interface homme-machine (IHM). Formule Smartphone plus pénétrer dans l'interface équipement industriel relativement Confit d'interface visuelle facile à utiliser plaque multi-touch peut être intégré dans un équipement industriel Dispositif qui simplifie le contrôle de l'opérateur sur la machine La sortie de l'écran de prise de vue haute résolution (ou meilleure) peut être visualisée à travers un écran haute résolution pour vérifier la production de marchandises. Ces écrans seront du même type que les smartphones . l'unité de traitement graphique (GPU) afin de réduire les coûts et la consommation d'énergie, les performances 3D de ces GPU, bien que quelque peu réduite par rapport aux téléphones intelligents, mais soutiendra un grand écran haute résolution, peut afficher des graphiques, de la vidéo et le texte en même temps, et l'utilisation de Belle interface utilisateur.
IHM parfaitement usine numérique moderne recherchée par les systèmes informatiques et l'intégration de systèmes OT. Les applications IHM utilisent généralement Java SDK ou construiront une suite d'outils Web. Cela accélère non seulement le développement d'applications, mais permettent également aux fabricants de processus de mise à niveau facilement la plante entière. cela doit être connecté à un réseau informatique typique pour soutenir les mises à jour logicielles IHM ou fournir une connexion sans interruption au serveur Web. Toutefois, l'IHM est utilisé pour contrôler l'équipement industriel, fournissent généralement un contrôle de sécurité, et doit donc être connecté au champ OT.
Sécurité
L'intégration de l'informatique et OT souffrent également le risque de menaces de sécurité réseau a augmenté. Dans le passé, les opérations de protection de l'isolement, presque totalement isolé du monde extérieur. Les pirates informatiques ont besoin d'utiliser les périphériques réseau physiques connectés à l'attaque après la fusion de l'environnement d'exploitation industrielle affaibli Protection d'isolement, de sorte que le système peut partager des informations entre pour améliorer l'efficacité.
Par conséquent, nous devons établir une nouvelle barrière de protection pour assurer l'intégrité du système tout en maintenant le flux d'échange d'informations. Les fabricants d'appareils doivent d'abord assurer la sécurité de la plate-forme de traitement de l'appareil, afin d'assurer que leur système est exécuté seul logiciel approuvé, ainsi qu'avec d'autres systèmes Liens sécurisés: Ces systèmes doivent être sous licence sécurisée et régulièrement mis à jour pour éviter toute altération matérielle et logicielle.
NXP a récemment publié un livre blanc sur la sécurité IoT détaillant les facteurs de sécurité et de confiance, et bien que le contexte décrit dans le livre blanc soit Consumer Internet of Things, le même facteur s'applique à l'Internet industriel des objets. Les risques financiers et de sécurité sont plus élevés et le besoin de systèmes de sécurité est encore plus pressant.
Conclusion
Afin d'aider les fabricants d'équipement de l'industrie 4.0, processeur NXP via un nouveau QorIQ Layerscape LS1028A pour leur permettre d'intégrer l'environnement de réseau de pointe, les performances de traitement, interface homme-machine et la sécurité dans la conception. Le SoC intègre une nouvelle génération de systèmes industriels Technologies requises: mise en réseau time-lapse, traitement haute performance, interface utilisateur accélérée par le matériel et haute sécurité.
LS1028 commutateur intégré Gigabit Ethernet à quatre ports, et deux autres vitesses d'exécution jusqu'à ports Ethernet 2.5Gbps et soutenir tout accord TSN. Deux puissants 64 yuans CPU ARM pour les applications industrielles modernes et RTOS (par exemple, ayant un patch de Linux priorité instantanée, Xenomai Linux, Mentor Graphics Nucleus et Wind River VxWorks) pour fournir la puissance de calcul requise. le processeur et les interfaces GPU support écran LCD haute résolution et l'entrée de l'écran tactile. NXP et fournir des outils logiciels comprennent open source Linux SDK industrie, offrant des performances en temps réel et soutenir les normes TSN. important, l'architecture de la plate-forme de processeur intégré de confiance de NXP, aide fiable pour assurer la sécurité des choses.