MTCONNECT

Modelo de Informação MTConnect

Você pode encontrar muitas definições para modelos de informação na internet. Por exemplo: “Um modelo de informação é um mecanismo padronizado para descrever os dados em um domínio sem restringir como essa descrição é mapeada para uma implementação real”.

Há dois pontos importantes nessa definição. Primeiro, um modelo de informação é uma descrição padronizada de dados em um domínio particular. É uma maneira comum de entidades, humanas ou de computação, padronizar como fazer referência a itens específicos em um domínio. Em segundo lugar, o modelo de informação normalmente não tem relação com a forma como esses dados existem em uma implementação real. Ele existe independentemente do mecanismo usado para implementar esse modelo em um aplicativo real.

Os modelos de informação em MTConnect estão em conformidade com a primeira metade desta definição, mas, para simplificar, não estão em conformidade com a segunda. A norma define um modelo de informação altamente específico e padronizado que estrutura como falar sobre equipamentos de ferramentas. Ele define os nomes de dispositivos, nomes de dados e componentes e fornece uma estrutura para especificar esses itens em um aplicativo. XML é o veículo que MTConnect usa para comunicar seu modelo de informação.

Os esquemas XML que o MTConnect define são os arquivos que são transferidos de um agente para um programa aplicativo. O XML foi escolhido porque, juntamente com o HTTP, existem mecanismos abertos e padronizados para mover arquivos XML entre uma origem e um destino. No MTConnect, um agente é um servidor web HTTP. Ele responde a solicitações HTTP Get padrão de um aplicativo e entrega um arquivo XML em resposta. A resposta é sempre um arquivo XML padrão contendo estrutura e terminologia muito específicas que detalham o esquema da solicitação, os valores de dados atuais, valores de dados armazenados em buffer ou informações de erro. O formato e a estrutura dos arquivos XML são definidos pelo padrão.

Existem quatro modelos de informação no MTConnect: Dispositivos, Fluxos, Ativos e Erros.

Devices Information Model – Fornece o esquema para o aplicativo. Contém a lista de todos os dispositivos conhecidos pelo agente. O agente coleta esses dados de todos os adaptadores conectados a ele e estrutura esses dados em um arquivo XML de dispositivos. O arquivo XML de dispositivos contém esses elementos.

• Um conjunto de palavras-chave de dispositivo que definem todos os dispositivos conhecidos por ele
• Os componentes (todas as peças lógicas do equipamento) de cada dispositivo
• Os itens de dados associados a cada componente e cada dispositivo
• Metadados (as informações e a estrutura dos dados, não os dados em si)

O arquivo XML de Dispositivos contém o esquema do sistema conhecido pelo agente. Não contém dados. Ele simplesmente define todas as partes do sistema que podem ser solicitadas por um programa aplicativo.

Modelo de informações de fluxos – fornece valores de dados (dados atuais, de amostra, de condição ou de evento) para o programa aplicativo. Os dados atuais são os valores de dados mais recentes disponíveis para o agente. Os dados de amostra são um ou mais dos valores de dados armazenados em buffer que existem no agente. Dados de condição são dados de estado da máquina. Os dados de eventos contêm notificações de eventos disponíveis para o agente.

Todos os arquivos XML do Streams são precedidos por um carimbo de data/hora especificando quando esses dados foram recebidos e um número de sequência que organiza os dados em ordem numérica.

Modelo de informações de ativos – fornece uma lista de pares chave/valor que contém informações sobre todos os dispositivos de todos os adaptadores conectados ao agente.

Modelo de informações de erros – fornece informações sobre erros relacionados ao protocolo.

Informações detalhadas sobre esses modelos de informação e seus conteúdos específicos estão disponíveis na Especificação MTConnect .

Um mergulho mais profundo no adaptador MTConnect

Figura 2 – Visão geral do adaptador MTConnect

O adaptador MTConnect é o componente de software que “adapta” a comunicação com algum dispositivo industrial às mensagens esperadas por um adaptador.

Muitos dispositivos de automação, especialmente equipamentos de automação legados, usam protocolos de comunicação e mídia física especializados e, às vezes, obsoletos. Esses dispositivos podem armazenar dados de maneiras não padronizadas e usar mensagens personalizadas altamente específicas para fornecer acesso a esses dados.

MTConnect adota a abordagem oposta. Ele usa um vocabulário muito estruturado, modelos de informação bem definidos e abertos e protocolos de comunicação abertos e padronizados. Um adaptador e um agente associado são os componentes que preenchem essa lacuna.

Um adaptador entende a estrutura de dados e as mensagens de um dispositivo. Sua missão é usar os mecanismos de comunicação do dispositivo para obter os dados do dispositivo e reembalá-los para atender aos requisitos de um agente. Embora a Especificação MTConnect não especifique como um adaptador deve operar, ela especifica exatamente como os dados devem ser transmitidos do adaptador para o agente.

Os adaptadores são, por definição, fora do padrão. Eles são muito específicos para um determinado dispositivo e, muitas vezes, para um modelo específico desse dispositivo. As empresas que constroem dispositivos de automação podem incluir um software adaptador como parte de seu dispositivo (consulte CNC/Adaptador no diagrama). Ou eles podem criar software rodando em alguma outra plataforma que tenha as conexões de mídia corretas para acessar o dispositivo e o conhecimento para acessar os dados fora do padrão. Quando não são construídos pelos fornecedores de dispositivos, os adaptadores são construídos por terceiros que entendem como adaptar o meio de comunicação e a estrutura de dados ao MTConnect.

Noções básicas sobre adaptadores

1. Todos os dispositivos que se conectam ao MTConnect requerem um adaptador. Um adaptador não faz parte da Especificação MTConnect, é simplesmente o software necessário para mover os dados para algum local (um agente) onde eles possam ser manipulados e entregues a um aplicativo no formato especificado pelo padrão.
2. Os adaptadores podem ser incorporados a um dispositivo ou podem existir em uma peça separada de hardware. Somente os fabricantes originais de um dispositivo podem incluir um adaptador em seu dispositivo.
3. Os adaptadores que existem em uma peça separada de hardware devem ter o meio físico de comunicação suportado pelo dispositivo e o conhecimento da estrutura de dados interna e mensagens do dispositivo.
4. Um adaptador tem apenas um requisito: transformar os dados do dispositivo na estrutura de dados e mensagens esperadas por um agente.
5. Os adaptadores devem entregar mensagens a um agente em conformidade com a rigorosa Especificação MTConnect.
6. Um único dispositivo pode ter vários adaptadores.
7. Um agente pode obter dados de vários adaptadores.
8. Os agentes podem se conectar a adaptadores de várias maneiras, embora uma conexão Ethernet seja normalmente usada.
9. Cada agente entrega dados de um dispositivo específico para um aplicativo usando a conversão apropriada. Não há adaptador genérico: eles são específicos para o dispositivo. (Dispositivos que, por exemplo, suportam um protocolo como o Modbus, podem ter um adaptador que os faça parecer uma máquina CNC ou um robô.)

Um mergulho mais profundo no agente MTConnect

Figura 3 – Visão geral do agente MTConnect

O agente é o componente de software que fornece dados para algum aplicativo do usuário. O agente obtém dados de um ou mais adaptadores e disponibiliza esses dados para um ou mais aplicativos de usuário.

O agente é o componente visível do MTConnect. É o componente que se conecta aos aplicativos do usuário e fornece dados formatados. Ele armazena em buffer uma certa quantidade de dados para que o aplicativo do usuário possa solicitar dados para várias amostras. Quando o aplicativo do usuário emite um comando Get, ele pode solicitar dados de um dispositivo, de vários dispositivos, de todos os dispositivos, de um determinado conjunto de números de sequência e assim por diante. O agente armazena esses dados e responde ao aplicativo do usuário com os dados solicitados em um formato padrão.

Um agente tem uma capacidade limitada de arquivar dados por um curto período de tempo. Se a conexão entre o aplicativo do usuário e o agente for perdida, o agente armazena os dados até que a conexão seja restaurada. Os recursos disponíveis para armazenar dados variam de acordo com a implementação específica do agente. Os dados são armazenados em um buffer FIFO. Novos dados substituem os dados mais antigos no buffer.

Existem quatro solicitações básicas que os aplicativos de usuário podem usar para recuperar dados.

Probe – O comando probe retorna o documento dos dispositivos. É o modelo do dispositivo para todos os dispositivos conectados a ele. Isso pode ser chamado de esquema ou modelo de informação: ele fornece a “imagem” de quais dispositivos estão no sistema e quais dados o aplicativo do usuário pode solicitar.
Amostra – Uma solicitação de amostra retorna um certo número de entradas dos dados no agente. Os parâmetros no comando podem limitar os dados retornados a um dispositivo específico ou a um conjunto específico de números de sequência. Existe até a capacidade de fazer algum streaming de dados.
Atual– Uma solicitação atual fornece um instantâneo dos dados do dispositivo no momento atual. Os parâmetros podem ser usados ​​para especificar algum subconjunto dos dados, como restringir os dados fornecidos a apenas alguns dispositivos, apenas algumas variáveis ​​ou apenas valores para algum intervalo. Por padrão, todos os dados são retornados.
Ativo – A solicitação de ativo fornece dados detalhados sobre o equipamento conectado a um agente. Os parâmetros na solicitação de ativo podem filtrar os dados entregues por dispositivo ou ativo específico.

Os agentes são componentes de software executados na mesma plataforma que os aplicativos do usuário ou em plataformas independentes. Eles usam os dados fornecidos pelos adaptadores para entregar os dados especificados pelas solicitações listadas acima. Os agentes têm duas funções principais. Primeiro, colete dados de um ou mais adaptadores. E dois, forneça esses dados aos aplicativos. Os agentes se comunicam com os adaptadores em qualquer mecanismo de comunicação suportado por esse adaptador. Este é um ponto muito importante. A Especificação MTConnect não define como os dados se movem do adaptador para o agente.

Os designers são livres para criar adaptadores da maneira que escolherem e expor os dados usando qualquer mecanismo que faça sentido para o aplicativo. Não há uma maneira padrão de mover dados entre um adaptador e um agente. A comunicação entre a aplicação do usuário e os agentes é o que está especificado na norma. O padrão especifica as solicitações HTTP Get que os aplicativos usam para obter dados de um agente. O padrão também especifica o formato dos arquivos XML que um agente entrega a um aplicativo de usuário. Todos os agentes são obrigados a suportar a linguagem XPATH, que é como as solicitações são limitadas a valores específicos.

Resumo do MTConnect

Muitos comparam o MTConnect ao OPC UA. Embora tenham os mesmos objetivos, se tudo o que você deseja é entregar dados operacionais de um sistema de ferramentas para uma aplicação, nada melhor do que o MTConnect.

Vantagens MTConnect

• Os usuários podem analisar padrões de tempo de inatividade, adicionar ou remover máquinas da linha de produção, atualizar ou substituir máquinas, ajustar cronogramas de manutenção e reorganizar o fluxo de trabalho.
• Integração rápida com aplicativos usando HTTP JSON padrão.
• Extensa filtragem de dados por equipamento, data de coleta ou número de sequência.
• Um dicionário padronizado que fornece um vocabulário comum para dispositivos, componentes e valores de dados nesses componentes.
• Os projetistas de dispositivos e equipamentos podem criar dispositivos que fornecem dados valiosos em vez de apenas executar operações de ferramentas.

Desvantagens do MTConnect

• É uma tecnologia de um domínio. Ele foi projetado e construído para fornecer dados de ferramentas de tipos específicos de ferramentas para aplicativos que coletam esses dados. Estendê-lo a outros domínios, embora possível, é improvável devido ao domínio do OPC UA e de outros protocolos na maioria dos outros domínios.
• Os adaptadores IMTConnect não estão disponíveis para todos os tipos de máquinas-ferramenta e CNCs. Os usuários podem ter dificuldade em encontrar adaptadores para tudo em sua planta. Este é um desafio ainda maior para plantas mais antigas com um número significativo de equipamentos legados.

Antes do MTConnect, o monitoramento do chão de fábrica das diferentes ferramentas de diferentes fornecedores era impraticável para todos, exceto para as oficinas mecânicas maiores, mais lucrativas e mais tecnologicamente aptas. Agora, a equipe de operações pode reagir rapidamente a ferramentas desativadas ou com baixo desempenho, atualizar ou substituir máquinas com facilidade e analisar padrões de tempo de inatividade quando suas máquinas estão conectadas ao MTConnect.

Como outras tecnologias, o MTConnect é um meio, não um fim. Embora seja fácil de usar e padronizado para a indústria de ferramentas, seu valor real está nos ganhos de produtividade que seus aplicativos oferecem. É aí que os sistemas automatizados de ferramentas com MTConnect podem realmente se beneficiar.