Page 66 - Inżynieria & Utrzyamnie Ruchu I kw. 2023

Przemysł 4.0
SIECI PRZEMYSŁOWE
Użytkownicy w przemyśle potrzebują rozwiązań prawdziwych sterowników brzegowych, posiadających konstrukcję odporną na trudne warunki otoczenia, aby mogły pewnie wykonywać swoje zadania.
Hipernadzorca czasu rzeczywistego dzieli na segmenty zasoby sprzętowe – rdzenie procesora, pamięć oraz interfejsy sieciowe. Następnie przydziela je do każdej indywidualnej ma- szyny wirtualnej, na której uruchamiany jest osobny system operacyjny. Ta segmentacja pozwala systemowi RTOS współ- pracować bezpiecznie z systemem GPOS bez wzajemnego wpływu na działanie. Oznacza to, że można ewentualnie zre- startować system GPOS i nie będzie to miało żadnego wpływu na system RTOS, na którym jest uruchomiony jakiś kluczowy proces sterowania.
Ta możliwość jest bardzo ważna, ponieważ użytkowni- cy będą chcieli, aby sterowanie kluczowymi maszynami czy procesami za pomocą systemu RTOS działało zawsze i to na stałym poziomie, nawet gdy będą aktualizowali swoje opro- gramowanie do analityki brzegowej, działające pod GPOS, w znacznie szybszym tempie, aby otrzymywać lepsze prak- tyczne informacje w wyniku przetwarzania zbieranych danych. Ponadto z punktu widzenia cyberbezpieczeństwa segregowane maszyny wirtualne zapewniają lepsze bezpieczeństwo poprzez ułatwianie ograniczania dostępu z zewnątrz do systemu RTOS.
Architektura brzegowa oparta na aplikacjach. Dla wielu użytkowników kluczową cechą sterownika brzegowego jest to, ile oraz jakiego typu aplikacji brzegowych ogólnego użytku – ponad podstawową funkcją sterowania deterministycznego – jest dostępnych dla tego sterownika w celu optymalizacji sterowania procesem czy maszyną (patrz rys. 2). Aplikacje ogólnego przeznaczenia mogą zawierać dowolną kombinację następujących funkcjonalności:
• wizualizacja maszyn za pomocą interfejsu operator- skiego (HMI),
• obsługa protokołu MQTT dla połączeń z chmurą,
• środowisko programistyczne Node-RED do wizual-
nego łączenia przepływów danych,
• aplikacja internetowa Grafana do analityki danych
oraz interaktywnego tworzenia raportów gra cznych typu dashboard,
Rys. 2. Sterownik brzegowy PACSystems RX3i CPL410
firmy Emerson wykorzystuje wirtualizację sprzętową do zapewnienia wydajności
oraz niezależności pomiędzy sterowaniem opartym o system RTOS a aplikacjami działającymi
w systemie operacyjnym ogólnego przeznaczenia GPOS. Do realizacji wirtualizacji na poziomie systemu operacyjnego (konteneryzacji) służy tu otwarte oprogramowanie Docker.
Źródło: Emerson
Silnik logiki sterowania
System operacyjny czasu rzeczywistego (VxWorks)
takie czynniki jak wibracje, wilgotność powietrza i zanieczysz- czenia. Zwiększanie liczby rdzeni procesorów CPU w celu zwiększenia mocy obliczeniowej powoduje zwiększanie ilości wydzielającego się ciepła, dlatego też sprzęt musi być zapro- jektowany tak, aby zapewniał stałą, odpowiednią wydajność w całym zakresie zmian temperatur bez żadnych punktów awarii, takich jak wirujące wentylatory.
Sterowanie deterministyczne. Zarządzanie każdym klu- czowym zautomatyzowanym procesem w przemyśle wymaga deterministycznego systemu operacyjnego czasu rzeczywiste- go – RTOS. Zwykłe systemy operacyjne po prostu nie oferują determinizmu i stabilności, które są wymagane dla każdej aplikacji bezpośredniego sterowania w przemyśle. Wdrożenie sterownika brzegowego z systemem RTOS jest niezbędne, aby zapewnić utrzymanie responsywności i determinizmu sterownika przez cały czas. Dlatego właśnie w sterownikach brzegowych musi być uruchamiany system RTOS, taki jak VxWorks, do sterowania deterministycznego, a następnie uruchamiany zwykły OS, taki jak Linux, do obliczeń na kra- wędzi sieci.
Wirtualizacja. Jednym z podejść do sterowania brzego- wego jest wykorzystanie tradycyjnego sterownika PLC w po- łączeniu z koprocesorem jako indywidualnych kart zainstalo- wanych razem w tym samym chassis. Drugie podejście polega na wykorzystaniu pojedynczego, autonomicznego sterownika brzegowego wraz z hipernadzorcą5 czasu rzeczywistego do po- działu zadań procesora wielordzeniowego na różne maszyny wirtualne (VM). W ten sposób uzyskuje się niezależność ste- rowania deterministycznego oraz obliczeń ogólnych na jednej platformie sprzętowej.
Aplikacje brzegowe
Aplikacje użytkownika
Docker
System operacyjny zwykły (Linux) Hipernadzorca czasu rzeczywistego
Sprzęt obliczeniowy
64
I kwartał 2023
INŻYNIERIA & UTRZYMANIE RUCHU – www.utrzymanieruchu.pl