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为数字主线(Digital Thread)中3种不同类型的数据确定优先级

来源:控制工程网2019.11.18阅读 758

  随着越来越多的工业企业,寻求成为跨生产、办公和远程工作领域的端到端数字企业,一个关键的事实正变得清晰:网络是实现这一目标的基础。通过网络运行的数据充当数字主线(Digital Thread),将跨领域运营绑定在一起。但是,数据主线中的所有这些数据,并不都是相同的。
  某些数据,尤其是工业运行中的数据,必须优先于其它数据。否则,运营性能和资产可用性可能会受到影响。更糟糕的情况下,可能会发生成本高昂甚至对人身安全造成影响的生产中断。
  这些可能导致严重的伤害、诉讼、监管罚款、无法兑现承诺和损害品牌声誉。停机时间的影响超出了设施范围,可能会影响许多人,具体取决于应用程序的不同,甚至可能会造成大规模停电等灾难。
  这就是信息技术(IT)和运营技术(OT)团队必须协作的原因CONTROL ENGINEERING China版权所有,从而可以确保制造企业网络的设计,能够为某些数据提供更高的优先级,并提供弹性和可用性以将数据传输到需要它的地方。

  计算机科学家和程序员通过数据包有效载荷是否携带文本、数字或某种多媒体来区分数据。
  根据应用情境和关键性,以下3种重点数据类型都需要设定不同的网络优先级:
  1.基于信息的数据
  数据传输信息是否可接受100毫秒(ms)的延迟或更长时间?从源到接收器的数据线程,可靠性是99.9%还是需要更高,一年内停机时间不超过8小时?
  此数据类型通常在企业IT网络上传输,包括电子邮件、文件检索和共享、数据库请求和应用程序响应。在大多数公司中,IP语音(VoIP)技术还使用基于信息的数据,来提供个人对个人的通信和群组会议。
  在所有这些应用情况中,数据包路由可以是“尽力而为”, 并根据需要重新发送数据包,以满足服务质量(QoS)规范。服务质量根据延迟、抖动和丢失定义,由使用可靠设置和拓扑的网络设计管理。
  通常,如果发生网络抖动,用户不会察觉数据包传送的延迟。例如CONTROL ENGINEERING China版权所有,如果文件被发送到办公室打印机上并被搁置几秒钟,大多数用户都不会察觉。但是,语音和会议应用程序的用户CONTROL ENGINEERING China版权所有,马上就知道是否满足IP语音服务质量规范,这就是为什么其数据优先于其它基于信息的数据的原因。
  企业IT网络存在于办公环境中,覆盖工厂楼层和仓库。这使工厂人员以及他们的办公室同事或远程工作人员,可以安全地进行通信和访问信息。
  在某些情况下,基于信息的数据可以通过为特定应用设置的外部工业网络传输控制工程网版权所有,并通过蜂窝、广域网甚至卫星网络以非实时方式运行。比如www.cechina.cn,将废水泵送到市政处理厂的远程提升站。由于其数据对运营不是时间关键的,因此它可以以低传输速率定期批量模式,将数据发送到集中控制服务器,从而消耗很少的带宽。
  2.实时数据
  数据是否在一致的基础上提供运营信息而不会危及运营,这些信息具有最小的延迟(通常小于20 ms),包括计数、工况参数和控制命令? 数据线程是否有99.99%的可用时间,一年内停机时间不超过48分钟?实时数据的区别在于它支持对时间敏感的生产运营。
  例如CONTROL ENGINEERING China版权所有,循环执行过程程序需要实时更新输入数据以向组件发出控制命令。机器人和漫游自动导引车(AGV)还必须具有实时数据,以便与所有联网的工厂安全系统一起有效地完成工作。
  实时数据需要一致且可预测或确定的网络,以实现持续和不间断的生产。此外,为了支持实时数据的延迟需求,有时需要以毫秒甚至微秒为单位,这些数据必须优先于基于信息的数据。OT网络作为现场级复杂、混合技术领域的骨干,负责传感器、可编程逻辑控制器、继电器、执行器、阀门和仪表等众多现场设备的通信。
  这些组件必须具有精确的、确定性的设置,而且通常需要在恶劣的环境下运行。这些元件还向动态垂直基础设施提供和提取运营数据,该基础设施包括各种数据集中器、信号控制器、边缘计算机和系统范围的控制系统。
  数据包延迟可能会触发设备故障,从而导致意外的生产停机和增加成本。例如CONTROL ENGINEERING China版权所有,连续处理的工厂可能需要数小时才能恢复到正常速度和所需的温度。原料和在制品可能不得不报废,可能还需要清洁设备和管道。意外停机也会损坏敏感设备,这可能需要维修、维修或更换,其中任何一项都可以增加生产重新上线的时间。
  3.关键任务数据
  数据是否能够实时提供运营设备和系统所需的信息,否则可能发生灾难?支持这些数据线程的冗余是否足以提供24X7 X 365的可用性,而几乎没有停机时间?
  任务关键数据支持关键基础设施,如公共通信网络、能源网及其组成的公用设施、核电站、石油和天然气运营、运输系统和军事应用。这些应用程序必须在实时或接近实时的情况下全天候运行,并且正常运行时间为99.999%或更高。
  这种类型的数据具有最高的可靠性、持续性以及可用性要求,这就是为什么在共享网络上传输的所有数据中,必须给这种类型的数据包赋予最高优先级。此外,这些网络必须具有即时故障转移弹性以及足够的冗余以确保弹性。这样,即使没有消除,也可以最大限度地减少设备故障的可能性。例如CONTROL ENGINEERING China版权所有,高压变电站中的保护继电器是变电站环境中最关键的设备之一。
  不仅单个继电器需要对环境具有弹性,而且多个继电器必须能够彼此通信,处理数据并实时运行。这些实时保护方案是关键任务,因为需要保护高价值资产、故障检测和电网恢复以及其它关键操作,以便向消费者提供持续可靠的电力供应。
  如果有一项任务,希望成为数字化企业的公司需要其OT和IT团队协作完成的,那就是:确保在其网络上进行适当的数据优先级排序,并确定数据是基于信息的、实时的还是任务关键的。这样做将大大有助于保护生产资产,同时最大限度地提高其可用性和性能。(作者:Jonathan Simpson)


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