चौथी औद्योगिक क्रांति के संदर्भ में औद्योगिक नेटवर्क

सबसे पहले, चौथी औद्योगिक क्रांति के बारे में एक छोटा सा ऐतिहासिक विषयांतर, पिछले साल की घोषणा की ।

• उद्योग का आगमन। पहली औद्योगिक क्रांति 19 वीं शताब्दी की शुरुआत में हुई और मांसपेशियों की शक्ति से भाप इंजन की ऊर्जा तक बड़े पैमाने पर संक्रमण से जुड़ी थी। प्रमुख प्रौद्योगिकियां - भाप इंजन, कारखाना। बड़े पैमाने पर उत्पादन की संभावना थी, लेकिन इसके उत्पाद महंगे थे।
• बड़े पैमाने पर उत्पादन। दूसरी क्रांति 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में हुई, और सस्ते बड़े पैमाने पर उत्पादन की शुरुआत हुई। प्रमुख प्रौद्योगिकियां वाहक और टेलरवाद हैं । बड़े पैमाने पर उत्पादित उत्पाद परिमाण के एक क्रम से गिर गए।
  
• स्वचालन। उद्योग में तीसरी क्रांति 80 के दशक में हुई। सीएनसी मशीनों और रोबोटों ने आधुनिक कारखानों को लगभग निर्जन बना दिया है। (विकासशील देशों के लिए मैनुअल श्रम की आउटसोर्सिंग ने इस प्रवृत्ति को सुचारू कर दिया।) बड़े पैमाने पर उत्पादित उत्पादों की कीमत एक परिमाण के क्रम से गिर गई है (यह मरम्मत की तुलना में बाहर फेंकना सस्ता हो गया है)।
• विकेंद्रीकरण। चार बिंदु शून्य क्रांति अब हो रही है। प्रमुख प्रौद्योगिकी उद्योग और आईटी, 3 डी प्रिंटर का अभिसरण है। एक बड़ी श्रृंखला में उसी की लागत के करीब पहुंचने की कीमत पर एक छोटी श्रृंखला या एक अद्वितीय उत्पाद बनाने की संभावना है।

यह औद्योगिक विकास के 4 चार चरणों पर एक जर्मन नज़र है । एक अमेरिकी भी है जो तीसरे और चौथे चरण को अलग नहीं करता है।

यह मुझे लगता है कि परिचय में मैंने कई सामान्य वाक्यांश लिखे और बहुत कम तकनीकी कट्टर। मैं औद्योगिक नेटवर्क और उनसे संबंधित इंटेल उत्पादों (+ एक रोबोट के साथ एक और तस्वीर) के बारे में कुछ तकनीकी विवरणों का वर्णन करते हुए, कट के नीचे इसे ठीक करूंगा।

मेरे लिए व्यक्तिगत रूप से, चौथी औद्योगिक क्रांति का मुख्य सवाल यह है कि कौन, व्हेल या हाथी किसको इकट्ठा करेगा? उद्योग मुख्य आइटम्स के साथ जाने-माने आईटी उद्योग के इतिहास को दोहराता है या नहीं-> मिनी कंप्यूटर-> पीसी या नहीं। मैं समझा दूंगा। चूंकि आईटी और उद्योग का अभिसरण एक सुलझा हुआ मुद्दा है, इसलिए यह सवाल बना हुआ है कि यह किसकी शर्तों पर होगा? उद्योग के दिग्गज - सीमेंस, रॉकवेल, मित्सुबिशी, एबीबी, श्नाइडर, आदि अच्छी तरह से प्रवृत्ति को समझते हैं और औद्योगिक क्रांति 4.0 के वादे को पूरा करने के लिए आईटी प्रौद्योगिकियों को पूरी गति से तैनात कर रहे हैं ताकि छोटे पैमाने पर उत्पादन की लागत को कम किया जा सके। हालांकि, 3 डी प्रिंटर और स्टार्टअप के रूप में आईटी से प्रतिस्पर्धा है, औद्योगिक रोबोट की लागत में उल्लेखनीय कमी का वादा करता है। कहीं, एक नया होमब्रे कंप्यूटर उद्योग क्लब इकट्ठा करने वाला है, जहां युवा हैकर आईबीएम और डीईसी के औद्योगिक समकक्षों से लड़ने की तैयारी कर रहे हैं। आप किस पर दांव लगाएंगे ??

मैंने ऊपर दिए गए मंत्र को दोहराया - "आईटी प्रौद्योगिकियां उद्योग में आती हैं, और मौलिक रूप से उत्पादन की लागत को कम करती हैं।" निराधार नहीं होने के लिए, यह आवश्यक है कि कौन सी प्रौद्योगिकियों को सूचीबद्ध किया जाए। मुझे तीन मुख्य तत्व दिखाई देते हैं।
1. सामान्य प्रयोजन प्रोसेसर / चिपसेट पर आधारित नियंत्रण उपकरणों का उपयोग, उद्योग की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए थोड़ा संशोधित (विश्वसनीयता, रीयलटाइम, तापमान, फैनलेस, आदि)। मैंने पहले से ही इस प्रवृत्ति के बारे में लिखा था ।
2. नियंत्रण तत्वों के साथ सेंसर, एक्चुएटर, रोबोट, स्वचालित मशीनों के संचार के लिए आईटी नेटवर्क बुनियादी ढांचे का उपयोग। इस पोस्ट के बारे में आज।
3. दो पिछले पैराग्राफ स्वचालित रूप से औद्योगिक उत्पादों आईटी में प्रोग्रामिंग, सिस्टम प्रशासन और सूचना सुरक्षा के लिए उपयोग करने की आवश्यकता को इंगित करते हैं। यहाँ के खेत की जुताई नहीं की जाती है! (वैसे, क्या सीएनसी मशीनों और रोबोटों की प्रोग्रामिंग की विशेषताओं पर एक पोस्ट की आवश्यकता है, और हम उन प्रोग्रामिंग तकनीकों का उपयोग कैसे करते हैं जो हम आईटी में उपयोग किए जाते हैं?

उद्योग में आईटी प्रौद्योगिकी का उपयोग करने के लिए आर्थिक तर्क बहुत सरल है। अरबों लैपटॉप और व्यक्तिगत कंप्यूटर उपयोगकर्ताओं ने पहले से ही अनुसंधान और विकास और संबंधित प्रौद्योगिकियों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए भुगतान किया है। उदाहरण के लिए, एचपीसी में इसका उपयोग उसी तरह से क्यों नहीं किया जाता है? (अधिकांश सुपर कंप्यूटरों के प्रोसेसर बहु-बिलियन डॉलर के कारखाने में निर्मित होते हैं, जो ज्यादातर लैपटॉप प्रोसेसर से भरे होते हैं। एक्सोन ईपी और कोर आई 3 कोर का माइक्रोआर्किटेक्चर अलग नहीं होता है।)

इसलिए, औद्योगिक नेटवर्क ( फाइलबस ) के बारे में अधिक। तीसरी औद्योगिक क्रांति के दौरान, कई फील्डबस मानकों का निर्माण किया गया: प्रोफिबस, मोडबस, सेरोक्स, और इसी तरह से ... वे सभी विशेष phy का उपयोग करते हैं, और परिणामस्वरूप, विक्रेताओं को विशेष हार्डवेयर (ASIC या FPGA) और विशेष जलाऊ लकड़ी का विकास और रखरखाव करना पड़ा, और उपयोगकर्ता - गैर-मानक केबल खींचने और विदेशी कनेक्टर का उपयोग करने के लिए।

आईटी में, नेटवर्क का एक ही चिड़ियाघर एक बार अस्तित्व में था (याद रखें टोकन रिंग, Apple नेट, ARCNET, समाक्षीय के माध्यम से ईथरनेट?)। अंत में, मुड़ जोड़ी और टीसीपी / आईपी पर ईथरनेट ने सभी को हराया। उद्योग में phy स्तर पर अभिसरण के आधार पर, कोई प्रश्न भी नहीं है। जाहिर है, औद्योगिक नेटवर्क का भविष्य ईथरनेट-आधारित प्रोटोकॉल पर आधारित एक मानक मुड़ जोड़ी केबल पर आधारित है: प्रोनेट , एथरकट , सीरोक्स III और एथेरनेट / आईपी । वास्तव में, ईथरनेट पर आधारित औद्योगिक नेटवर्क के प्रकारों की संख्या कुछ बड़ी है। उदाहरण के लिए, यहां तक ​​कि एक कोरियाई राष्ट्रीय मानक भी है। लेकिन उपरोक्त सबसे आम हैं, और इसलिए इस समीक्षा में मैं खुद को उनके पास सीमित करूंगा।

वे सभी आईटी उद्योग में उपयोग के वर्षों में सिद्ध केबल और नेटवर्क बुनियादी ढांचे का उपयोग कर सकते हैं। आप उन्हें विंडशार्क के साथ डिबग कर सकते हैं, न कि पुराने फील्डबस की तरह आस्टसीलस्कप से। प्रत्येक मानक में एक बड़ी "माँ" (Profinet - Siemens, Ethercat - Beckhoff, Ethernet / IP - Rockwell, Sercos III - Bosch) और इसे बढ़ावा देने वाली कंपनियों का एक संघ है। हालांकि, प्रत्येक प्रमुख निर्माता का उपकरण न केवल औद्योगिक नेटवर्क के अपने "पसंदीदा" मानक का समर्थन करता है, बल्कि बाकी के अधिकांश भी। इसलिए, बाजार पर इन नेटवर्कों के बीच ब्रिज ऑप्शन के असंख्य हैं। ऐसा विखंडन बहुत सुखदायक नहीं है, और इसमें संदेह है कि कुछ वर्षों में 1-2 बुनियादी मानक रहेंगे। आप एंटी-साइंटिफिक फॉर्च्यून-टेस्टिंग कर सकते हैं और सबसे सामान्य प्रोटोकॉल की विशेषताओं की तुलना करते हुए एक टैबलेट स्केच कर सकते हैं।

प्रोटोकॉल	एक खंड में उपकरण	न्यूनतम चक्र	इंटरनेट की अनुकूलता	टोपोलॉजी
EtherCAT	65536	12.5us	बहुत नहीं	मनमाने लेकिन तार्किक छल्ले
PROFINET	dofiga	31.25us	अच्छा	मनमाना
सर्कोस III	511	31.25us	अच्छा	रिंग लाइन
ईथरनेट / आईपी	dofiga	~ 1 मी	सबसे अच्छा	मनमाना

मैंने कुछ बिंदुओं को सरल किया, लेकिन किसी तरह पूरे पर। यह अनुमान लगाना दिलचस्प होगा कि आखिरकार कौन सा मानक प्रबल होगा। (बेशक, अगर हम यह मान लें कि केवल एक ही अंत में रहेगा)।

मैंने टीसीपी / आईपी नेटवर्क प्रोटोकॉल के लिए समर्थन की डिग्री द्वारा इंटरनेट संगतता के स्तर का मूल्यांकन किया। एथरकट, प्रॉफिनेट और सर्कोस III नेटवर्कों में से प्रत्येक के पैकेट ईथरनेट फ्रेम में प्रेषित होते हैं और उनके स्वयं के ईथर (जैसे आईपी या एआरपी) होते हैं। ईथरनेट / IP, उनके विपरीत, रिंग टोपोलॉजी के मामले के अपवाद के साथ, IP का उपयोग करता है, तो यह इसके ईथर का भी उपयोग करता है। इस प्रकार, ईथरनेट / IP कई औद्योगिक ईथरनेट मानकों का सबसे आईटी-उन्मुख है। यह इसकी मुख्य विशेषता है, लेकिन यह मुख्य दोष भी है - तेज चक्र के साथ वास्तविक समय प्रदान करना मुश्किल है। फिर प्रॉफेट और सर्कोस III आते हैं, जिसमें डिज़ाइन द्वारा इंटरनेट ट्रैफ़िक समान तारों के साथ जाता है, ऐसे समय में जब वे महत्वपूर्ण डेटा प्रसारित करने में व्यस्त नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, एक प्रॉफनेट नेटवर्क पर, आप आईपी, यूडीपी, टीसीपी का उपयोग कर सकते हैं, डीएचसीपी के माध्यम से पते वितरित कर सकते हैं (या इसके छोटे भाई - डीसीपी का उपयोग कर सकते हैं)।

आईटी से सबसे दूर एथरकट है, लेकिन यह संभावित रूप से सबसे तेज है। एथरकट, प्रॉफेट और सर्कोस III नेटवर्क इस तथ्य से प्रतिष्ठित हैं कि उनके पास उपकरणों के दो वर्ग हैं - मास्टर और दास (नियंत्रक और उपकरण)। मास्टर को नियमित नेटवर्क कार्ड पर लागू किया जा सकता है, और एक दास कार्ड थोड़ा पेचीदा काम करता है। इसे मक्खी पर आने वाले पैकेट को पढ़ना चाहिए, इसमें अपना डेटा डालना चाहिए और इसे आगे भेजना चाहिए (या इसके विपरीत अगर यह इथरकट लाइन के अंत में है)। यह पता चला है कि यह एक मैक एक अंगूठी की तरह मैक को लागू करता है।

मैंने औद्योगिक सरंचना का उपयोग कैसे किया जा सकता है इसका वर्णन करके चीजों को थोड़ा सरल किया। बेशक, केबल और कनेक्टर काम करेंगे, साथ ही साथ कुछ स्विच (हालांकि, उनके साथ बारीकियां संभव हैं)। लेकिन साधारण नेटवर्क कार्ड और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि दसियों माइक्रोसेकंड के निर्धारक चक्रों के साथ उनके ड्राइवर काम करने के लिए अनुकूलित नहीं हैं। संख्याओं में विशिष्ट आवश्यकताएं क्या हैं? आपको एक नेटवर्क सेगमेंट में कई उपकरणों को जोड़ने में सक्षम होना चाहिए, छोटे डेटा पैकेट (इकाइयों से सैकड़ों बाइट तक) को किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्ति के साथ, और हर चक्र पर समय पर गारंटीकृत डेटा वितरण के साथ। 30 किलोहर्ट्ज़ की अधिकतम आवृत्ति का मतलब है कि न्यूनतम चक्र 33 माइक्रोसेकंड है। इसलिए, Profinet IRT और SERCOS III मानकों में, न्यूनतम चक्र को 31.25 माइक्रोसेकंड के रूप में परिभाषित किया गया है। सैकड़ों बाइट्स का स्थानांतरण प्रत्येक चक्र प्रति डिवाइस 25 मेगाबिट्स तक होता है। औद्योगिक नेटवर्क अभी भी 100BASE-TX पर अच्छी तरह से रहते हैं। 1 गीगाबिट में संक्रमण अभी शुरुआत है, और मुख्य रूप से घटती विलंबता ("पाइप की चौड़ाई" के कारणों के लिए, जैसा कि मैंने सौ मेगाबिट्स के लिए पर्याप्त दिखाया)।

सभी विक्रेताओं के पास एक नियमित ईथरनेट phy ट्रांसीवर के साथ विशेष कार्ड हैं, और संबंधित नेटवर्क स्टैक की उच्च परतों को लागू करने के लिए एक विशेष बॉडी किट है। FPGA Xilinx और Altera के लिए इन नेटवर्कों के कार्यान्वयन के साथ विभिन्न प्रकार के सशुल्क फर्मवेयर भी हैं। हर कोई जानता है कि प्रोसेसर और चिपसेट के अलावा, इंटेल नेटवर्क कार्ड का उत्पादन करता है। हाल ही में, एक I210 (स्प्रिंगविले) कार्ड जारी किया गया है, जो कुछ सुविधाओं को लागू करता है जो इसके आधार पर एक फास्ट साइकिल फील्डबस एडाप्टर को लागू करना संभव बनाता है।

क्या इंटेल I210 विशेष रूप से औद्योगिक phy ईथरनेट आधारित नेटवर्क के लिए अनुकूल है? इसका अपना RT टाइमर है, जो पढ़ने और लिखने के लिए उपलब्ध है, और आपको व्यवधान उत्पन्न करने की अनुमति देता है। यह लोहे में लागू करने की अनुमति दी
IEEE 1588 / 802.1AS सिंक्रोनाइज़ेशन, जो कि प्रॉफेट और सर्कोस III प्रोटोकॉल में शामिल है। यह टाइमर पर फ़्रेम को प्रसारित करना भी संभव बनाता है, जो किसी भी फील्डबस प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए उपयोगी है। ट्रांसमिशन के लिए 4 स्वतंत्र कतारें और रिसेप्शन के लिए 4 का उपयोग रियलटाइम और गैर-रियलटाइम ट्रैफ़िक को अलग करने या कई वर्चुअल मशीनों (वीएमडीक्यू के साथ) को संचालित करने के लिए किया जा सकता है।

मैंने दो महीने पहले एंबेडेड वर्ल्ड 2013 में रूबिक के क्यूब्स को इंटेल एक्सपोज में इकट्ठा करने वाले इस लोहे के दोस्त की तस्वीर खींची थी। इसे प्रॉफ़िनेट नेटवर्क, इंटेल I210 नेटवर्क अडैप्टर और KW-Software के प्रफिनेट IRT स्टैक के माध्यम से बैकग्राउंड में मदरबोर्ड से नियंत्रित किया जाता है।

मुझे उम्मीद है कि मैंने हाकर को तकनीकी विवरणों को कर दिया था, और अब मुझे कुछ सामान्य वाक्यांशों के साथ पद समाप्त करने की अनुमति दी जाएगी। हम आईटी उद्योग में प्रचार करने के आदी हैं - नई तकनीक की वार्षिक उपस्थिति जो दुनिया (क्रांति, वेब 2.0, आदि) में क्रांति लाती है। उद्योग में एक प्रचार है - इंटरनेट ऑफ थिंग्स, एम 2 एम, आदि। लेकिन मुझे लगता है कि चौथी औद्योगिक क्रांति में ठोस तकनीकी और आर्थिक नींव है। और आप इसमें भाग ले सकते हैं। 70-2010 के दशक में इस तरह के एक सामान्य अभिभावक अभिशाप था - आप अच्छी तरह से अध्ययन नहीं करेंगे, आप व्यावसायिक स्कूल में जाएंगे, और फिर कारखाने में। लेकिन अब ऐसा लग रहा है कि फैक्ट्री का काम फिर से सेक्सी बन सकता है! (सच है, कारखाने पूरी तरह से अलग होंगे)

प्रत्यक्ष काम करने के अनुभव के अलावा (दुर्भाग्य से, ईथरनेट / आईपी यूरोप में बहुत आम नहीं है, इसलिए मैं कभी भी इसके पार नहीं आया और विकिपीडिया से डेटा लिया), पोस्ट ने दो अकादमिक लेखों से डेटा का उपयोग किया:
2. "ईथरनेट-आधारित रियल-टाइम प्रोटोकॉल का न्यूनतम चक्र समय विश्लेषण"
2. "bus fldbus war: इतिहास या लड़ाई के बीच छोटा ब्रेक?"