Endüstride bir dönüm noktası

Çelik kollar kusursuz bir uyumla birbiri ardına hareket ediyor ve uçlarındaki kıskaçlarını hedeflerine doğru yönlendiriyor. Bu endüstriyel robotlar inanılmaz derecede zarif makine balesini sergilerken en ufak bir uyumsuzluk bile göstermiyor. Bu mükemmel koordinasyon aslında endüstriyel iletişimin yeni çağıyla birlikte ortaya çıkan muazzam bir teknolojinin eseri: Zamana Duyarlı Ağlar (TSN). Son 40 yıl hatta daha fazla zamandır dijital verilerin kablolar aracılığıyla iletilmesi söz konusu olduğunda Ethernet bu alanın tartışmasız lideridir. Bu yüzden Siemens bu iş başladığı andan itibaren daima orada olmuştur ve hatta endüstriyel ethernet ağı olan SINEC H1’i de piyasaya ilk süren Siemens olmuştur. Sonuçta ethernet sadece ofislerde değil ama özellikle de endüstriyel imalatta kullanılır hale gelmiştir. Ancak bu standardın ilk ortaya çıktığı andan itibaren süregelen bir sorunu vardı: Gönderici tarafından nakledilen veri paketlerinin alıcıya belirli bir zaman süresinde ulaşmasının garantisi yoktu. Bu durum endüstriyel kumanda aygıtlarınca kabul edilemezdi, çünkü sonuçta bir makineyi güvenilir bir şekilde çalıştırmak için sensör ölçümlerinin ve kumanda sinyallerinin varış noktalarına ulaşması çok uzun sürmemelidir. Onların milisaniyeler içinde anlık iletişim yapabilmeleri gerekir ki bu ethernetin başlangıçta hedeflediği işlerden biri değildi. İşte bu yüzden ethernet ile anlık iletişim isteyen kullanıcıların yaygın kullanımı olan Profinet standardı gibi teknolojik eklentiler kullanması gerekiyor. Örneğin makinelerde bu standart ethernete anlık veri transferi özelliği kazandırarak sensörleri, aktüatörleri (devindiricileri) ve sürücüleri merkezi kumanda birimine bağlıyor ve uygulamaların sorunsuz çalışmasını ve servo sürücülerinin hassas kumandasını sağlıyor. Siemens’in Simatic Kumanda Birimi’nde sistem müdürü olan Matthias Gartner, “Ancak bunu başarabilmek için genellikle ağa bağlanan cihazların içinde özel donanım bileşenlerinin olması gerekir. Üstelik aynı ethernet ortamında birbirleriyle paralel olarak farklı gerçek zamanlı ethernet çözümlerini de çalıştıramazsınız” diyor. Bu sorun çok yakında mazide kalacak, çünkü çeşitli sistemlerin standartlaştırılmasından sorumlu Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Odası (IEEE), gerçek zamanlı iletişim için 

acilen gerek duyulan mekanizmaları ekleyerek ethernet mimarisinin kapsamını genişletiyor. Bu eklentilerin içinde zaman kontrollü iletim, veri senkronizasyonu ve bant genişliği rezervasyonu var. Bu şekilde IEEE, TSN sayesinde hizmet kalitesini artırıyor. Bununla ethernetin genişletilmiş bu standartları destekleyen tüm bağlı cihazlara aynı zaman bilgisini göndermesi sağlanacak. Sonuçta ağın tamamı doğru bir şekilde eş zamanlı hale getirilecek. Bunun dışında rezervasyon protokolleri de sürece dahil olan tüm şalterleri önceden tanımlanmış bir çizelgeye göre ayarlayarak göndericiden nakledilen veri paketlerinin alıcıya anında ulaşmasını sağlayacak. Bu TSN standartları aynı zamanda söz konusu ağın topolojisini de hesaba katıyor, yani ağın bir yıldız mı, halka mı yoksa düz bir mimariye mi sahip olduğunu ve göndericiyle alıcı arasındaki şalter sayılarını da dikkate alıyor. Üstelik bu standartların içinde kusursuz çalışan yedekleme süreçleri de var. Tüm veriler için tek bir ağ Gartner, “Bu ethernet için tarihi bir an. Gelecekte TSN’yi baz alan Profinet ve diğer gerçek zamanlı endüstriyel iletişim protokollerinde standart donanım bileşenlerini kullanmak mümkün olacak. Bu sayede içinde gerçek zamanlı bilgilerin de olduğu tüm veriler aynı anda tek bir ağ içinde nakledilebilecek” diyor. Otomasyon sistemlerinin giderek artan IP bağlanırlıklarının bir sonucu olarak her geçen gün daha fazla gerek duyulan standart ethernetin bant genişliğinin sürekli olarak artırılmasından kullanıcılar da otomatikman faydalanacak. TSN şalterleri içindeki anahtarlama kaynakları sadece talep edilen gerçek zamanlı iletişim gereksinimlerine tahsis edildiğinden ve dolayısıyla bilgilerin artık arabellek aşımı yüzünden kaybedilme olasılığı kalmadığından iletişim de çok daha güvenilir olacak. Makinelerde Profinet ile gerçek zamanlı iletişime yönelik talebin artmasının yanı sıra farklı makineler arasında deterministik (yani önceden saptanmış) veri alışverişine de büyük bir talep var. Bunun örnekleri arasında aynı iş üzerinde birlikte çalışan ve bu yüzden kendi hareketlerini karşısındaki hareketlerle hassas bir şekilde uydurmak zorunda olan yardımlaşmacı robotları sayabiliriz. PubSub (Yayıncı/Abone) eklentisi olan OPC UA standardı bu alanda ön plana çıkıyor. Burada aynı zamanda nakil aracı olarak TSN’li ethernet de kullanılabiliyor. Gartner, “Endüstriyel imalat süreçlerinin hepsinde TSN’li ethernetin kullanılmasını bekliyorum. Ancak hepsi bu kadarla sınırlı değil. Araba imalatçıları araç içindeki geri gitme kameralarından gelen büyük miktardaki verileri nakletmek veya kaliteli servis mekanizmaları içeren araç içi ağlar olmaksızın asla başarılamayacak otonom sürüşü mümkün kılmak için bu yeni standardı kullanmak isteyecektir” diyor. Artık bunun zamanı geldi. İlk TSN bileşenleri bugünlerde piyasaya sürülüyor ve Siemens de Hannover Messe 2018’de OPC UA PubSub üzerinden deterministik makineden makineye iletişim sunumunda kendi TSN ürünlerini kullanacak. Bu ürünler yıl sonunda yani TSN’li ethernetin nihayet modern dijitalleşme dünyasına ve “Endüstri 4.0”a ulaştığı anda satın alınabilir hale gelecek.