У чому різниця між типами ethernet

При виборі Ethernet-технології, найкращим чином підходить для вашої промислової системи, вам спочатку потрібно зібрати деяку базову інформацію, а саме:

• Скільки буде точок введення-виведення?
• Яка повинна бути швидкість передачі даних?
• Який діапазон контролю (кількість пристроїв, які контролюють операції введення / виводу)?
• Який досвід або знання мають люди, які в подальшому будуть експлуатувати дане електрообладнання?

Ця інформація може допомогти визначити конкретний тип Ethernet, але це також може привести і до вибору декількох типів Ethernet. «У кінцевому рахунку, це схоже на відправку листів», - каже Erick Rudaitis, директор по маркетингу Parker Hannifin. «Можна відправити різними службами доставки, але лист прибуде».

По-перше, одне з істотних відмінностей між Ethernet і промисловим Ethernet є м'яке і жорстке реальний час. «Система реального часу гарантує, що всі входи, виходи, а також обчислення обробляються протягом певного тимчасового обмеження, часто званого граничним терміном (deadline)», - каже Маттео Даріол, розробник Bosch Rexroth. «Жорстка система реального часу вважає, що невиконання завдання в граничний термін це збій системи з подальшою зупинкою виробничого процесу. З іншого боку, м'яка система реального часу допускає пропуски деяких крайніх термінів (дедлайнів), навіть якщо це погіршує якість продукції. Кожен раз, коли програма в програмованому логічному контролері компілюється, він обчислює, чи доступні необхідні ресурси для виконання всіх операцій, які нам необхідно виконати. Потім він пропонує рішення для досягнення дедлайну ».

Мережі повинні знати, які дані передаються і як часто. Це вкаже пропускну здатність і надійність потрібної мережі. Крім того, він може змінити тип Ethernet, який буде використовуватися. Наприклад, Ethernet / IP і PROFINET RT призначені тільки для систем м'якого реального часу.

Якщо говорити просто, то протоколи зв'язку гарантують, що інформація буде передана до місця призначення. Пакети даних можуть бути зруйновані в разі «зіткнення» з іншим сигналом, який намагається використовувати цей же шлях для передачі даних. Маючи інформацію, яка не "стикається» з іншими даними, забезпечуючи при цьому передачу першочерговим інформації не перериваючи передачу другорядних даних, є величезною проблемою для більшості протоколів зв'язку.

Існує три підходи до роботи реального часу в польових шинах:

• Стандартне програмне забезпечення / стандартний Ethernet (S / S): на основі протоколу управління передачею / Інтернет-протоколу (TCP / IP), який є основною мовою або протоколом зв'язку, що використовуються для рівнів інтернету і інтрамережі. Механізми реального часу вбудовані в верхній рівень. Зверніть увагу, що цей підхід може мати обмеження в продуктивності.
• Відкрите програмне забезпечення / стандартний Ethernet (O / S): можна слідувати стандартам, але є пристрої, які можуть мати свої особливості і не будуть сумісні з іншими. Стандарт в цій галузі означає те ж, що і в механічних системах - різні запчастини не можуть підійти до одного механізму. Open Software / Standard Ethernet (O / S) дозволяє виробникам дотримуватися стандартів будь-якими зручними їм способами, але головною умовою є реалізація сумісності з іншими пристроями.
• Відкрите програмне забезпечення / модифікований Ethernet (O / M): використовуючи новий протокол і деякий апаратне забезпечення, цей підхід дозволяє використовувати переваги існуючого Ethernet і гарантує виконання жорсткого реального часу. Крім того, програмне забезпечення часто є з відкритим вихідним кодом.

Промислові інтернет речей (IIoT) і все більш автоматизовані виробничі лінії лише збільшують важливість комунікаційних і мережних протоколів.

Нижче наводиться короткий опис цих п'яти промислових Ethernet варіантів, і який підхід, компанія і функції пов'язані з кожним з них.

Ethernet / IP

Розроблений Rockwell Automation і Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), Ethernet / IP використовує синхронний протокол Common Industrial Protocol (CIP). Він дотримується як стандарту синхронізації часу IEEE тисячу п'ятсот вісімдесят вісім, так і стандарту Ethernet-TCP / IP.

Ethernet / IP дозволяє одній мережі охоплювати безліч кінцевих точок і підтримувати зв'язок між електроприводами. Він сумісний з багатьма стандартними протоколами - Ethernet і Інтернетом, але має обмежені можливості в реальному часі. Незважаючи на це, значення часу циклу і джиттером досить низькі для управління сервомоторами. Продуктивність Ethernet / IP залежить від часу, а не від кількості циклів. Таким чином, до тих пір, поки станції будуть прийняті командами до встановленого терміну, це не буде помилкою. Таким чином, поки команди будуть приходити вчасно, помилка не з'явиться.

UDP / IP відхиляє перевірку помилок, що уповільнює час циклу. Наприклад, це не дуже велика проблема, якщо діагностика і дані конфігурації пропускають кілька пакетів даних. Однак якщо ви хочете гарантувати доставку пріоритетних даних, вам не слід використовувати UDP / IP в системах жорсткого реального часу.

розроблений B R Automation, але в даний час керований стандартної групою Ethernet POWERLINK, використовує циклічний метод синхронізації часу протоколу і підхід Open Software / Standard Ethernet.

По суті, POWERLINK використовує майстер для управління часом мережі, яке встановлює, коли дані відправляються з кожного вузла. Цей метод синхронізації часу IEEE +1588 дозволяє зберігати високоточне час в мережі. Майстер накладає часовий інтервал для відправки даних за механізмом множинного доступу з контролем несучої / виявлення конфліктів (CSMA / CD). CSMA / CD складається з правил, які визначають, як довго пристрій повинен чекати, якщо є зіткнення. Контролер опитує накопичувачі з виділеним періодом циклу.

Оскільки всі пристрої видно відразу, пріоритетні дані можуть бути відправлені першими. У час, що залишився циклу відправляються будь-яких загальних дані. Крім того, він використовує мультиплексування - кілька сигналів об'єднуються в один сигнал по спільно використовуваної середовищі. Це локальна обчислювальна мережа (ЛОМ), яка спільно використовує пропускну здатність всіх передавальних станцій.

Розроблений Beckhoff Automation, EtherCAT використовує метод підсумовування і метод Open Software / Modified Ethernet.

Цей підхід може мати додаткові витрати. Хоча EtherCAT використовує Open Software / Modified Ethernet, EtherCAT Technology Group можна назвати гібридом між асоціацією та приватним партнерством. Незважаючи на це, EtherCAT зазвичай добре працює з іншими виробниками. Потрібно просто бути впевненим в наявності підтримуваних драйверів.

Sercos III

Керований Sercos International постійно розвивається і гнучкий підхід, який використовує метод підсумовування кадрів і відкрите програмне забезпечення модифікованих локальних мереж.

Sercos III працює без концентраторів або комутаторів, які скорочують час циклу. Кожна станція має ASIC або FPGA. Це може працювати краще для топології замкнутого кільця або лінії (гірляндного ланцюга). Дані обробляються при проходженні через пристрій з використанням різних типів телеграм для різних типів зв'язку. З полнодуплексной системою (дві сторони можуть спілкуватися одночасно), ланцюжок спрацьовує як кільце. Кільце забезпечує надлишкову передачу даних. Крім того, два комунікаційні порти забезпечують прямий крос-трафік. Sercos III обробляє дані двічі за такт, а це означає, що пристрої можуть з'єднуватися один з одним, не взаємодіючи з блоком «майстер».

PROFINET IRT

PROFINET IRT, розроблений Siemens і входять до складу організації PROFIBUS, об'єднує синхронізовані комутатори, які керують зв'язком, а опитування забезпечується за допомогою підходу Open Software / Modified Ethernet. Цікаво відзначити, що PROFINET широко використовується в Siemens і GE контролерах і обладнанні, але практично жодна компанія, крім згаданих вище, не підтримує цей стандарт.

Еволюція локальних мереж

У минулому році ABB, Bosch Rexroth, B R, Cisco, General Electric, KUKA, NI, Parker Hannifin, Schneider Electric, SEW-EURODRIVE і TTTech співпрацювали під егідою Industrial Internet Consortium (IIC) і OPC Foundation (Object Linking and Embedding for Process Control), щоб прийняти уніфіковану архітектуру OPC через чутливу до часу мережу (OPC UA TSN). Група компаній прагне зробити це єдиним стандартом для підтримки майбутніх поколінь промислових мереж.

Продовження розробки стандартів матиме важливе значення для розвитку Ethernet, особливо коли мова йде про безпеку. У гру вступає більше мереж безпеки. Компанії тепер впроваджують функції безпеки через Ethernet, в порівнянні з окремими системами.

Як і в більшості випадків, при пошуку рішення з Ethernet вам необхідно ставити правильні питання. Важливо знати час циклу, смугу пропускання і точність годин (якщо ви використовуєте протокол, який їх включає), щоб переконатися, що мережа буде працювати на швидкості, необхідної для вашої програми. Дізнайтеся, які типи архітектур і мереж використовують інші компанії, оскільки це безпосередньо впливає на сумісність обладнання.

Деякі виробники пропонують обладнання для пробних випробувань, а інші компанії роблять сторонні продукти, щоб допомогти підключити вироби, які можуть погано працювати разом. Наприклад, Anybus є стороннім рішенням, яке може зв'язуватися між будь-промислової шиною, промисловим Ethernet або бездротовою мережею. Це може допомогти налагодити нормальний зв'язок між обладнанням, яке погано працює в парі один з одним, або подолати технічний розрив між старими і новими машинами.

Іншими факторами, які необхідно враховувати, є стандартне, відкрите або модифіковане програмне забезпечення і Ethernet. В кінцевому рахунку, поговоріть зі своїми ІТ-фахівцями і постарайтеся прийти до взаєморозуміння. Не розуміння переваг побудови мережі, її топології - може привести до того, що одна машина зможе відключити всю лінію.

Крім того, апаратне забезпечення і ліцензування можуть привести до того, що ви інвестуєте більше грошей, ніж очікували, якщо не зверніться до постачальника з самого початку можливості модернізації та оновлення обладнання для вашого конкретного випадку. Саме тут наявність кваліфікованого професіонала на вашому боці може допомогти вам уникнути ситуації - «Чому я не можу просто натиснути кнопку і змусити її працювати!»