Obecne instalacje przemysłowe funkcjonują według prostej zasady: chodzi o automatyzację realizowaną przez niezależne, zautomatyzowane urządzenia, które są przyłączone do scentralizowanego systemu sterowania. Sieć jest tylko rodzajem wehikułu przenoszącego dane, przewodem łączącym. Z punktu widzenia automatyki taka organizacja jest zupełnie wystarczająca.

Wraz z Przemysłem 4.0 pojawiają się nowe wyzwania dla techniki sieciowej, a co za tym idzie dla techniki przyłączeniowej. W tej koncepcji produkcja przemysłowa ma być bardziej elastyczna i wydajna. Funkcje sterowania przechodzą z centrali na sam system, a maszyny są połączone we współpracujące zespoły. Dla struktury urządzeń produkcyjnych oznacza to całkowitą zmianę koncepcji – z systemu mocno zhierarchizowanego do zdecentralizowanego. Urządzenia zbudowane są modułowo, a zadania sterowania przeniesione do systemu. Sieć staje się decydującym elementem.

Integracja różnych technologii
Co pozornie brzmi prosto i logicznie, w praktyce powiązane jest z całym szeregiem warunków do spełnienia, z których najistotniejsza jest integracja sieci cyberfizycznych (CPS) z materialnym światem produkcji. Idea Przemysłu 4.0 opiera się na głębokim oddziaływaniu na siebie rzeczywistych i wirtualnych światów, które stają się trzonem procesu produkcyjnego. Zarówno sprzęt do produkcji, jak i wytwarzane dobra są teraz w stanie gromadzić, przetwarzać i analizować dane o świecie fizycznym i oddziałują na siebie w sposób autonomiczny. Komputery są nie tylko scentralizowanymi urządzeniami sterującymi, ale budulcem infrastruktury wytwórczej. Fizyczna materia zostaje zespolona mikroprocesorowo z systemami informatycznymi, które znajdują się w dowolnym elemencie urządzenia.

Pociąga to za sobą integrację różnych technologii w inteligentnej fabryce (Smart Factory): automatyki, czujników nowej generacji, RFID oraz – co bardzo ważne – technologii informacyjnej. W inteligentnej fabryce produkcja kontrolowana jest przez komponenty i produkty w dużej mierze zdecentralizowane i autonomiczne. Obiekty poprzez czujniki wykrywają stan swojego otoczenia, mogą być jednoznacznie identyfikowane, mają wbudowaną pamięć i zdolność wymiany informacji z innymi obiektami. Przez dodanie systemów wbudowanych obiekty stają się układami cyberfizycznymi (CPS). Rezultatem jest maksymalna elastyczność i zdolność do opłacalnej produkcji nawet najmniejszej partii produktów.

Wszystkie elementy składające na systemy produkcyjne w Przemyśle 4.0 stają się inteligentnymi węzłami sieci, mogą łatwo uzyskać autonomiczność i zostać zintegrowane z sieciami opartymi na protokole IP. W rezultacie wszystkie informacje zgromadzone przez dany węzeł dostępne są w całej sieci. Wymaga to jednak opracowania standardów – i to na wielu poziomach, którymi posługiwać się będę wszystkie, nawet najdrobniejsze elementy infrastruktury inteligentnej fabryki, by można je było dowolnie ze sobą łączyć niczym klocki Lego.

Inteligentne połączenia
W przypadku przemysłu zintegrowanego oprócz technologii informatycznych należy wziąć pod uwagę aspekty związane ze sprzętem. W szczególności są to interfejsy elektromechaniczne, które zapewniają połączenie z infrastrukturą, czyli podstawą użyteczności złącza. Muszą one nie tylko przesyłać energię elektryczną niezawodnie i bez błędów, ale także przekazywać dane i informacje w czasie rzeczywistym. Powinny być odpowiednie dla wszystkich mediów w istniejącym systemie, jak i mediów zewnętrznych. W związku z tym złącza pracują w obszarze zasilania, połączeń z portami Gigabit Ethernet, komunikacyjnych (sygnałowych), różnych połączeń pomocniczych oraz dla zasilania sprężonym powietrzem urządzeń wykonawczych.

Złącza monoblokowe dobrze sprawdzają się przy przesyłaniu sygnałów silnoprądowych i sterujących, gorzej radzą sobie z transmisją danych. W przypadku Smart Factory danych krążących w sieci jest dużo, ponieważ trzeba łączyć ze sobą wiele maszyn, zbierać duże ilości informacji i wymieniać je między sobą. Stosuje się tu zatem sieci o przepustowości nawet 10 Gb/s, a niezawodność połączenia jest kluczowa. W tym przypadku idealnym rozwiązaniem są złącza modułowe, które można precyzyjnie dobrać, uwzględniając ścieżki do transmisji sygnałów, elementy zasilające oraz moduły zapewniające wysokiej jakości połączenie komunikacyjne.

Nowością są wersje inteligentne, które pozwalają zapisywać dane do pamięci modułu. Są to złącza z modułami pamięci lub nawet transponderami RFID. Dają one możliwość przechowywania w złączu dokumentacji obejmującej m.in. rozkład pinów, konfigurację złącza, daty przeglądów i inne informacje serwisowe. Inteligentne złącza wyposażone w czujniki mogą nie tylko rejestrować dane, ale również przetwarzać je, a tym samym zapewniać dane wejściowe wykorzystywane do kontroli innych systemów. Są one uważane za podstawowe elementy przyszłych systemów infrastruktury wysokiej dostępności, ponieważ odgrywają kluczową rolę w gromadzeniu danych i są niezwykle ważne dla ogólnego działania systemu. Dane systemu, które mogą dostarczyć informacji o stanie podłączenia, ukończonych cyklach łączeniowych, przekazanym zasilaniu lub temperaturze styków nadają się nie tylko do monitorowania punktów połączenia, mogą również zapewnić wgląd w stan całej topologii instalacji sieciowej. Jeśli istnieje możliwość zapisania zmian w złączu wewnątrz zakładu lub systemu, można przewidzieć niedopuszczalne stany operacyjne i wykorzystać je do zapobiegania awariom maszyn.

Rewolucyjne zmiany, jakie niesie przemysł zintegrowany, mają wpływ na konstrukcje urządzeń przemysłowych w zakładach produkcyjnych. Przyszłość należy do konstrukcji w formie modułowej, które z kolei wymagają infrastruktury niezależnej od modułowości, czyli neutralnej. Ponadto w przyszłości infrastruktura dla Smart Factory ma być skalowalna, powszechnie dostępna i oferująca wszystkie niezbędne topologie.