En vista de la transición a Industry 4.0, los fabricantes perspicaces están ocupados planificando y construyendo el futuro de una fabricación más inteligente que combina tecnología de la información (TI) con tecnología operativa (OT). En ambas áreas, se construye una nueva generación de sistemas inteligentes para impulsar la producción, mejorar las operaciones, mejorar la atención al cliente y analizar datos en tiempo real del Internet Industrial of Things (IIoT).
El concepto más simple de Internet of Things (IoT) es conectarse al mundo en general a través de un sistema integrado, y en un nivel más amplio involucra análisis de datos (usualmente hechos en la nube), interacción humano-computadora y seguridad El desafío es que los fabricantes necesitan integrar completamente cuatro tecnologías indispensables de IoT industrial: tecnologías web, tecnologías de procesamiento, tecnologías de interfaz de usuario y tecnologías de seguridad.
Puntualidad de Internet
Solo ajustando la red que conecta TI y OT convergen las dos redes, porque las capacidades en esta área varían y sus redes son distintas. El mundo de TI incluye sistemas que convierten los datos en información útil. Para los fabricantes, incluye no solo sistemas comunes tales como finanzas, correo electrónico y sistemas de gestión de relaciones con los clientes, sino también sistemas de planificación y logística de gestión específicos de la fabricación que están basados en computadora y no tienen el requisito en tiempo real Condicional, las redes de TI pueden usar la tecnología Ethernet común de 'mejor esfuerzo'.
El área de OT incluye sistemas para convertir materias primas en productos, así como sistemas incorporados en tiempo real para la supervisión del proceso y la gestión del flujo de trabajo. Las fábricas pueden usar la tecnología Industrial Ethernet para ajustar las redes Ethernet estándar para una respuesta instantánea y legado Implementación del protocolo de comunicación industrial Desafortunadamente, muchos protocolos Ethernet industriales no son mutuamente interoperables ni interdependientes con las redes Ethernet estándar, lo que limita el crecimiento a gran escala de los proveedores de tecnología y ralentiza el ritmo de la innovación. Una sola máquina en una planta puede conectarse a diferentes redes Ethernet industriales, con cada red ejecutándose un protocolo específico para diferentes funciones de control, como se muestra en la Figura 1. Los fabricantes deben implementar puertas de enlace en diferentes redes. Entre la transmisión de información o la transmisión de datos al sistema de TI.
Debido a las limitaciones de interconexión anteriores de los protocolos Ethernet industriales tradicionales, Industry 4.0 no se puede perfeccionar, y las redes Ethernet estándar orientadas a TI no pueden proporcionar el rendimiento inmediato requerido para controlar el sistema. El Instituto de Ingenieros (IEEE) formó un equipo en 2004 para desarrollar estándares de transmisión de audio / video para aplicaciones de consumo y luego a aplicaciones profesionales basadas en estándares que desarrollaron un conjunto de puentes de Audio / Video ; AVB) estándares para la sincronización de tiempo de dispositivos de red (referenciados a IEEE 1588), control de tráfico y control de acceso. Si bien no satisfacen completamente las necesidades de las aplicaciones industriales, estos estándares proporcionan una arquitectura de gestión más precisa para el tráfico de Ethernet .
IEEE AVB después de que el equipo de potencial cognitivo para uso industrial, cambió su nombre a 'la red puntualidad' (Redes sensible al tiempo; TSN), y se puso a revisar el estándar de la serie 802, dedicada a satisfacer las aplicaciones industriales y de automoción la demanda, al tiempo que mejora el rendimiento de las aplicaciones de audio y vídeo profesional. la nueva norma define la puntualidad del control del tráfico y la política fundamental la programación del tráfico. con el fin de facilitar la programación, el nuevo estándar añade política de planificación de arquitecturas que no son críticas, nuevo para rutas de red redundantes estándar de mejorar la fiabilidad de la red. ahora, los operadores pueden desplegar solamente una red Ethernet estándar IEEE, pero ambos sistemas de transmisión de OT para exigir control en tiempo real del tráfico, sino también para el transporte de los sistemas de TI en general Ethernet el tráfico por carretera. en el caso de Internet se ha determinado clave de la industria de la tecnología de las cosas, la industria manufacturera puede centrarse en la integración de políticas y la eficacia de la industria OT-IT 4.0 trae.
A medida que la red debe admitir funciones críticas en el tiempo, al igual que, el proceso debe también ser verdad. Utiliza el sistema operativo en tiempo real (RTOS) ayuda a asegurar que el paquete de control alcanza el soporte de pasarela de TSN, la CPU puede recibir información y ser el procesamiento de información de control ayuda en la capacidad de respuesta de entrada de procesamiento de la CPU de otros eventos del procesador, y realiza procesador del sistema de control de bucle pertenece. estos circuitos pueden necesitar para funcionar a menos de 30 microsegundos ciclo, que es el sistema operativo tradicional de origen no puede cumplir grado.
Para aumentar el grado de automatización es necesario mejorar la capacidad de procesamiento del controlador embebido puede usarse mayor operación de procesamiento de rendimiento para reducir el circuito de control de temporización, y por lo tanto más rápido montaje y mover el brazo robótico y mejorar la salida de fábrica. Además, también aumentan el número de controlador de movimiento de un solo eje gestiona el robot tiene más articulaciones, y luego trabajar en espacios más estrictos, o la generación de robots de fábrica para realizar tareas no se puede resolver. través del proceso de aprendizaje y robots imitan los operadores humanos también necesitan funciones de procesamiento de imágenes y nuevos algoritmos de aprendizaje automático.
Los RTOS comerciales incluyen VxWorks de Wind River y Nucleus de Mentor Graphics, que durante mucho tiempo han sido compatibles con la familia QorIQ de NXP Semiconductors y las generaciones anteriores. Con el advenimiento de Linux de grado industrial, las soluciones de código abierto se han convertido en otro Estas opciones facilitan que tanto los fabricantes como los OEM agreguen de manera flexible nuevas funcionalidades a sus sistemas.
Mucho diferente de las distribuciones de Linux integradas no en tiempo real que se enfocan en TI, Industrial Linux ofrece los atributos que requiere OT, incluida la toma de decisiones, la capacidad de administración, las redes industriales y la seguridad. Una forma de agregar capacidades instantáneas a Linux es Aplique el parche PREEMPT_RT al núcleo para eliminar la situación en la que un programa de software ha sido bloqueado por otro programa, en cuyo caso la aplicación puede codificarse como una API de Linux normal.
Otro enfoque de Xenomai es agregar una típica API RTOS a un sistema Linux para portar aplicaciones RTOS tradicionales a Linux. Xenomai también proporciona un mecanismo para que los controladores de dispositivos respondan instantáneamente a los periféricos para asegurar aún más las capacidades inmediatas de Linux. Reduzca la dificultad de cambiar de RTOS tradicional a Linux, NXP está trabajando con la comunidad industrial de Linux para lanzar distribuciones de Linux para consolidar varias mejoras instantáneas y pilas de protocolos TSN al tiempo que conserva la funcionalidad estándar de Linux.
Las funciones de procesamiento también deben estar disponibles para el análisis. Cosas no sólo a la red de sistemas embebidos, también incluye la obtención de datos de los sensores, analizar la respuesta de información y orientación del sistema. Generalmente se considera que en general realizar el análisis desde un servidor remoto a través de la nube. Sin embargo, La cantidad de datos que se deben transmitir y analizar, la capacidad de tomar decisiones oportunas y la confidencialidad de los datos contribuyen a que el fabricante maneje la información de fabricación a nivel local.
Mientras las capacidades del procesador sean lo suficientemente fuertes, el análisis puede realizarse no solo en la computadora de la fábrica, sino incluso en el equipo de producción, y además de las capacidades de procesamiento de la especificación Industry 4.0 para la gestión de operaciones remotas que permite a la máquina Lograr una mayor autonomía y lograr una mayor eficiencia vinculando los recursos productivos y los sistemas de TI (como los sistemas de planificación de recursos empresariales).
Interfaz hombre-máquina
Otra característica que requiere poder de procesamiento es la interfaz hombre-máquina (HMI), que se está infiltrando cada vez más en dispositivos industriales relativamente conservadores. La interfaz visual fácil de usar cuenta con una tableta multitáctil que puede integrarse en cualquier sistema industrial. Dispositivo que simplifica el control del operador de la máquina La salida de la pantalla de disparo de alta resolución (o mejor) se puede ver a través de una pantalla de alta resolución para verificar la producción de mercancías. Dichas pantallas serán del mismo tipo que los teléfonos inteligentes. Unidades de procesamiento de gráficos (GPU). Para reducir el costo y el consumo de energía, las GPU de estas GPU, aunque tienen un rendimiento en 3D más pequeño que los teléfonos inteligentes, admitirán pantallas grandes de alta resolución, gráficos de pantalla, video y texto simultáneamente; Hermosa interfaz de usuario.
La combinación perfecta de sistemas informáticos y sistemas OT buscados por las plantas digitales modernas, HMI normalmente se construyen utilizando el SDK de Java o conjunto de herramientas basadas en web, que acelera el desarrollo de aplicaciones y permite a los fabricantes actualizar fácilmente los flujos de procesos en toda la planta. Esto requiere conectarse a una red informática típica, admitir actualizaciones al software HMI o proporcionar conectividad ininterrumpida a servidores web, sin embargo, estos HMI se utilizan para controlar equipos industriales y a menudo proporcionan controles de seguridad y, por lo tanto, deben conectarse al área de OT.
Seguridad
La combinación de OT e IT también aumentó el riesgo de comprometer la red, que en el pasado estaba aislada y prácticamente aislada del mundo exterior, y los piratas informáticos necesitaban enlaces de red físicos para atacar el dispositivo. El entorno industrial convergente mermó las operaciones Protección de aislamiento, para que el sistema pueda compartir información entre ellos para mejorar la eficiencia.
Por lo tanto, se deben establecer nuevas barreras de protección para garantizar la integridad del sistema mientras se mantiene el uso común de los datos. Los fabricantes de equipos primero deben garantizar la seguridad de la plataforma de procesamiento en el dispositivo para garantizar que su propio sistema solo ejecute software aprobado. Enlaces seguros. Estos sistemas deben contar con una licencia segura y una actualización periódica para evitar la manipulación de hardware y software.
Recientemente, NXP lanzó un libro blanco sobre seguridad IoT que detalla factores de seguridad y confianza, y aunque el fondo descrito en el libro blanco es Internet de las cosas para consumidores, el mismo factor se aplica al Internet industrial de las cosas. Los riesgos financieros y de seguridad son más altos, y la necesidad de sistemas de seguridad es aún más apremiante.
Conclusión
Para ayudar a los fabricantes de equipos Industrial 4.0, NXP permitió la integración de un entorno de red, rendimiento, interfaz hombre-máquina y seguridad de vanguardia en el diseño a través del nuevo procesador QorIQ Layerscape LS1028A. El SoC incorpora una nueva generación de sistemas industriales Tecnologías requeridas: redes de lapso de tiempo, procesamiento de alto rendimiento, interfaz de usuario acelerada por hardware y alta seguridad.
El LS1028 integra un conmutador Gigabit Ethernet de cuatro puertos y otros dos puertos Ethernet que funcionan a velocidades de hasta 2,5 Gbps y ambos admiten el protocolo TSN. Dos potentes CPU ARM de 64 bits están diseñadas para aplicaciones industriales modernas y RTOS (Como Linux con hotfixes priorizados, Xenomai Linux, Mentor Graphics Nucleus y Wind River VxWorks.) Las interfaces GPU y LCD del procesador admiten pantalla de alta resolución y entrada de pantalla táctil. Y proporciona herramientas de software que incluyen Open Source Industrial Linux SDK para un rendimiento inmediato y soporte para el estándar TSN. "Es importante destacar que el procesador integra la arquitectura de plataforma confiable de NXP para una seguridad confiable de IoT.