Komunikacja w dobie Industry 4.0 – jak usprawnić działanie sieci maszynowych?

fot. Phoenix Contact

Sieci maszynowe odgrywają kluczową rolę w funkcjonowaniu przedsiębiorstw. Dlatego tak ważna jest prawidłowa wymiana danych pomiędzy urządzeniami, zwłaszcza tych przesyłanych z poziomu obiektowego do aplikacji biurowych, działających w obszarze sieci Ethernet.

Tylko sieci przemysłowe zbudowane w oparciu o sprawdzone komponenty, umożliwią sprawną komunikację. Mając to na uwadze, producent Phoenix Contact stworzył rozwiązania, które pozwalają na bezproblemowy i bezpieczny przepływ danych.

Sieci przemysłowe – co ma wpływ na komunikację?

By komunikacja przebiegała bez problemów, należy zadbać o to, by funkcjonowała w oparciu o jednolity język i była uregulowana. To podstawowe warunki, które umożliwią swobodną wymianę informacji i pozwolą uniknąć nieporozumień. Dotyczy to nie tylko kontaktów międzyludzkich – sieci przemysłowe również działają w podobny sposób.

Warto pamiętać, że ważne jest także bezpieczeństwo procesu wymiany danych. Sieć Ethernet, z której korzysta wiele przedsiębiorstw, jest obsługiwana przez stale zwiększającą się liczbę komponentów. To sprawia, że coraz łatwiej o niepożądany ruch danych w sieci, wynikający np. z zastosowania nieautoryzowanych maszyn albo przypadkowo ustawionych pętli. Może on mieć negatywny wpływ na ciągłość procesów produkcyjnych. W związku z tym, przedsiębiorstwo powinno korzystać z protokołów typu PROFINET lub EtherNet/IP™. Jeżeli jednak mają one poprawnie działać, urządzenia muszą mieć odpowiednie parametry. Inaczej przesyłanie informacji nie obejdzie się bez zakłóceń.

Trendy technologiczne również mają wpływ na to, jak funkcjonują sieci przemysłowe i jak przebiega w nich proces komunikacji. Coraz więcej firm przechowuje dane w chmurze, a do wykonywania prac wykorzystuje inteligentne urządzenia. Na dodatek często stosowane są rozwiązania z obszaru cyberbezpieczeństwa i komunikatory online. Co to wszystko oznacza dla konstruktorów maszyn? Są oni zobowiązani do tego, by tworzone przez nich sieci przemysłowe były coraz obszerniejsze. Muszą też mieć na uwadze, że każda taka sieć powinna umożliwiać późniejsze podłączenie dodatkowych, innowacyjnych rozwiązań.

Większa liczba komponentów w sieciach maszynowych

Tak duże wymagania sprawiły, że sieci maszynowe wykorzystują teraz nie tylko przełączniki, łączące komponenty i sterujące transmisją danych – obecnie stosowane są w nich też zupełnie nowe rodzaje urządzeń. Należą do nich m.in. komponenty bezpieczeństwa, mające na celu zapewnienie bezpiecznej integracji maszyn z siecią produkcyjną i wykorzystujące technologię szyfrowania. To dzięki nim możliwy jest bezpieczny zdalny dostęp do maszyn. Innym przykładem takiego urządzenia jest moduł bezprzewodowy. Jest on wykorzystywany do łączenia mobilnych urządzeń końcowych lub systemów transportowych z siecią automatyki.

Nowoczesne sieci maszynowe składają się obecnie z wielu komponentów. Najlepiej, by pochodziły one od jednego producenta. Dlaczego? Dzięki temu łatwiej będzie nauczyć się ich obsługi i przy okazji można będzie mieć pewność, że wszystkie rozwiązania są ze sobą kompatybilne. Firma będzie mogła dzięki temu również wynegocjować korzystniejsze ceny i zaoszczędzić. Jakie rozwiązania warto zastosować w swoim przedsiębiorstwie? Rodzina produktów FL WLAN 1100, FL Switch 2000, FL mGuard i TC Cloud Client Phoenix Contact to rozwiązania dostosowane do wymagań, jakie stawiają nowoczesne sieci przemysłowe (rys. 1).

Rys. 1. Bogata oferta produktów Phoenix Contact obejmuje wszystkie komponenty potrzebne do utworzenia sieci maszynowej.

Więcej informacji o komponentach można znaleźć na stronie www.phoenixcontact.pl.

Switche inteligentne – korzystniejsza alternatywa dla niezarządzalnych?

Wcześniej standardem było wykorzystywanie switchy niezarządzalnych jako interfejsów pomiędzy uczestnikami sieci przemysłowej. Skąd brała się ich popularność? Przyczyną był przede wszystkim łatwy rozruch oraz stosunkowo niewielka cena. Obecnie jednak sieci szybko się rozrastają – ciągle przybywa nowych użytkowników, którzy mają większe potrzeby komunikacyjne. Switche niezarządzalne nie zawsze potrafią zapewnić nowoczesnym sieciom maszynowym wszystko, czego potrzebują. Nie dysponują mechanizmami diagnostyki sieci ani nie pozwalają na zmniejszenie obciążenia danymi. To wszystko sprawia, że aktualnie są stosowane wyłącznie w ograniczonym zakresie.

Dotychczasowe miejsce switchy niezarządzalnych zajęły inteligentne switche. Oferują one szeroki zakres możliwości, dając dostęp zarówno do funkcji switchy zarządzalnych, jak i niezarządzalnych.  Producent komponentów do sieci przemysłowych Phoenix Contact, tworząc rodzinę produktów FL Switch 2000, dodatkowo zadbał o to, by obsługiwały one mechanizmy redundancji do tłumienia pętli, a także podstawowe funkcje standardów transmisji PROFINET i EtherNet/IP™.  Dzięki tym rozwiązaniom urządzenie może funkcjonować jako switch niezarządzalny (co ułatwia obsługę urządzenia), a jednocześnie w tle mogą przez cały czas działać wszystkie funkcje zarządzania, które pozwalają na stabilizację sieci. Ponadto w komponentach FL Switch 2100 istnieje możliwość konfiguracji sieci maszynowych do komunikacji gigabitowej.

Rozwiązania bezprzewodowe dla sieci przemysłowych

Coraz częściej urządzenia mobilne i systemy transportu autonomicznego są integrowane z siecią maszynową. To powoduje, że konieczna staje się bezprzewodowa transmisja danych (np. przy wykorzystaniu sieci WLAN). Jak sprawić, by proces przekazywania danych do odbiornika nie ulegał zakłóceniom? Wiele zależy od tego, czy punkt dostępowy wysyłający sygnał WLAN zostanie zamontowany na właściwych urządzeniach. Standardowo punkt dostępowy znajduje się w szafie sterowniczej, natomiast anteny są umieszczane na maszynie.

Na rynku są już dostępne komponenty pozwalające na pełny odbiór WLAN w urządzeniach i systemach. Oferuje je rodzina produktów FL WLAN 1100 firmy Phoenix Contact (rys. 2). Są one wyposażone w moduł bezprzewodowy, którego rola polega m.in. na tym, że mogą funkcjonować jednocześnie jako punkt dostępowy i antena. Poza tym, można je z łatwością montować na maszynie, a także szafie sterowniczej oraz na pojeździe mobilnym (np. jako doposażenie). Co więcej, dwie anteny zintegrowane w punkcie dostępowym mogą obsługiwać każdy popularny standard WLAN (IEC 802.11a/b/g/n), jak również częstotliwości (2,4 GHz oraz 5 GHz). Rozwiązania Phoenix Contact obsługują także technologię anten MIMO (wielokrotne wejście, wielokrotne wyjście). Te funkcjonalności przekładają się na bardziej efektywną i niczym niezakłóconą komunikację.

Rys. 2. Kompaktowy moduł bezprzewodowy / punkt dostępowy FL WLAN 1100 może służyć do integracji urządzeń mobilnych w sieci.

Zdalny dostęp do urządzeń – sprawne i bezpieczne połączenie

Sieci przemysłowe muszą być tworzone przy wykorzystaniu rozwiązań umożliwiających zdalny dostęp do usług i funkcjonalności. Ważna jest przede wszystkim możliwość zdalnego podłączenia maszyny do sieci produkcyjnej, integracja z chmurą oraz zdalna konserwacja przez producenta maszyn. Ta ostatnia powinna być możliwa niezależnie od aplikacji, a także szyfrowana i tym samym w pełni bezpieczna. Rodziny produktów TC Cloud Client i FL mGuard zostały wyposażone w moduły zdalnej konserwacji, co pozwala personelowi serwisowemu na zdalne łączenie się z systemami – potrzebny do tego jest tylko dostęp do sieci internetowej. Można go ustanowić na dwa sposoby: za pośrednictwem sieci operatora albo za pośrednictwem globalnej sieci komórkowej 4G LTE (rys.3).

Rys. 3. Usługa mGuardSecureCloud umożliwia bezpieczną zdalną konserwację maszyn i systemów.

Przykładowo mGuard Secure Cloud to rozwiązanie, które pozwala na skonfigurowanie skalowalnej infrastruktury VPN z szyfrowaniem przy zastosowaniu protokołu bezpieczeństwa IPsec. W efekcie można mieć pewność, że komunikacja jest poufna, a wszystkie przesyłane informacje są integralne. Co sprawia, że połączenie pomiędzy maszyną a siecią przemysłową jest bezpieczne? Urządzenia FL mGuard wykorzystują w tym celu rozbudowane funkcje zapory – ich funkcją jest ochrona sieci komputerów przed nieautoryzowanym dostępem (rys. 4).

Rys. 4. Zdalna konserwacja sieci maszynowych za pomocą inteligentnych urządzeń

Krótszy proces przeprowadzania konfiguracji

Często się zdarza, że firmy produkujące maszyny stawiają na sprzęty, które można z łatwością obsłużyć w ich własnych sieciach. Osoby odpowiedzialne za konstrukcję maszyn nierzadko chcą jednak zaoszczędzić na czasie i kosztach, które pociąga za sobą konfiguracja skomplikowanych komponentów. Tym samym decydują się na ograniczenie korzyści płynących ze stosowania sieci poddających się diagnostyce. W tym celu wybierają opisane wcześniej switche niezarządzalne z funkcją plug-and-play, które trzeba tylko podłączyć do źródła zasilania i sieci. Później nie trzeba martwić się już konfiguracją ustawień, ponieważ nie jest ona wymagana.

Co można zrobić, gdy trzeba skorzystać z komponentów z funkcjami zarządzania wraz z wszystkimi ich zaletami i jednocześnie zredukować czas poświęcany na konfigurację? Rozwiązaniem mogą być urządzenia Phoenix Contact, które zostały w taki sposób zaprojektowane, by służyć przy budowie maszyn i maksymalnie ułatwiać proces konfiguracji. Oferują nie tylko standardowe opcje konfiguracji, takie jak np. zarządzanie przy użyciu przeglądarki internetowej i Simple Network Management Protocol (SNMP). Ponadto przełączniki rodziny produktów 2000 i TC Cloud Client zostały wyposażone w kartę SD. Z jej pomocą można replikować ustawione wcześniej konfiguracje zawsze wtedy, gdy zachodzi taka potrzeba. Ta funkcja będzie przydatna np. gdy któryś z komponentów ulegnie zniszczeniu i trzeba będzie go wymienić na urządzenie zastępcze. Nowy sprzęt nie będzie już musiał być ponownie konfigurowany. Warto wiedzieć, że poza tymi funkcjonalnościami, moduły bezprzewodowe rodzin produktów FL WLAN 1100 i FL Switch 2000 pozwalają też na konfigurację poprzez wiersz poleceń (CLI).

Ułatwienia w zarządzaniu siecią maszyn

W dobie Industry 4.0 sieci automatyzacji nieustannie ulegają rozbudowie, co ma pewne wady. Przede wszystkim utrudnia to producentom maszyn zarządzanie nimi, pociąga za sobą wysokie koszty i zabiera wiele czasu. Dlatego najlepiej korzystać z rozwiązań, dzięki którym zarządzanie siecią staje się łatwiejsze, takich jak oprogramowanie FL Network Manager firmy Phoenix Contact. To narzędzie, które pozwala korzystać z wszystkich istotnych funkcji zarządzania switchami, a do tego jest wyposażone w elementy WLAN i systemy zabezpieczeń. Oprogramowanie Phoenix Contact ma dodatkowo opcję monitorowania pracy w czasie rzeczywistym i można z jego pomocą zarządzać oprogramowaniem układowym.

Zamiast aktualizować oprogramowanie układowe na każdym sprzęcie z osobna, można teraz w tym samym czasie aktualizować wszystkie składniki za pomocą oprogramowania FL Network Manager. Zwłaszcza, że jego konfiguracja w sieci nie jest trudna, a do tego każdy plik konfiguracyjny można szybko zapisać na lokalnym dysku. To przydatna opcja, gdy trzeba je umieścić na zamiennym urządzeniu. Ponadto dzięki temu oprogramowaniu nie trzeba korzystać z zestawu narzędzi do konfiguracji – umożliwiają to zintegrowane funkcje serwera BootP/DHCP i TFTP. To wszystko można osiągnąć tylko przy zastosowaniu FL Network Managera, który oferuje szybki dostęp do szeregu najistotniejszych funkcji zarządzania siecią automatyzacji.

Więcej informacji: www.phoenixcontact.pl