Print

Ethernet ako hlavný automatizačný protokol strojov

-- 11.10.16

Aj keď stále existuje množstvo fieldbus (aplikačno-zbernicových) protokolov v priemysle, používaných v rámci automatizácie strojov, priemyselný Ethernet mnoho z nich nahradzuje na základe viacerých faktorov.

Technológia fieldbus bola vítaným pokrokom po dvojbodovom prepojení hneď ako sa objavila v priebehu posledných desaťročí 20. storočia a zaznamenala odvtedy pekný rozbeh v priemysle. Mnoho fieldbus protokolov prišlo a následne odišlo, ale všetky disponovali prepojenými senzormi, I/O zariadeniami a inými terénnymi prístrojmi automatizačných systémov.

Pre dnešné priemyselné siete už môže byť Ethernet atraktívnejšou voľbou ako konkurenčné protokoly, keďže výkonnosť môže nielen dosahovať, ale i presahovať technológie fieldbus. Zriadenie Ethernetovej siete je obvykle menej finančne ako aj konfiguračne náročné, než v prípade ostatných protokolov.

V rannom štádiu sa používali základné sériové štandardy otvorenej komunikácie, akými boli RS232 a RS422/485. Popri iných tvorili základný prvok štandardov, akými bol Modbus, ktorý využíval sériové komunikačné štandardy ako základ pre to, čo sa stalo hlavným priemyselným protokolom.

Ethernet nebol ešte vyvinutý a protokoly fieldbus ponúkali dostatočný výkon a spoľahlivosť v rámci viacerých aplikácií. Avšak technológia fieldbus bola často drahá a zložitá na zostavenie, pričom rôzne protokoly boli nekompatibilné ako na úrovni hardwaru, tak i softwaru.

Mnohé počiatočné fieldbus implementácie boli navrhnuté pre prepojenie diaľkových I/O k programovateľným logickým automatom (PLC). Mnoho komunikačných štandardov bolo založených na štandarde RS422/485, ale veľa z nich bolo výhradným majetkom do doby, než sa stali súčasťou nezávislých základov a ponechali sa voľné dostupné.

Napríklad DeviceNet, Modbus, a Profibus DP – všetky boli najprv protokolmi s vyhradeným vlastníctvom spoločností Rockwell Automation, Modicon a Siemens (po poradí). Každý z nich sa napokon stal voľne dostupným štandardom, spravovaným nezávislou inštitúciou.

Dnes existuje niekoľko fieldbusových možností pre prepojenie PLC k diaľkovým vstupom/výstupom a iným jednoduchým zariadeniam, akými sú štartéry, rozvody senzorov a pneumatických ventilov.

Súčasné možnosti fieldbus protokolov

Zatiaľčo rast priemyselného Ethernetu je rýchlejší, než rast fieldbus technológie v rámci prístupových zariadení a podľa IMS Research sa očakáva, že sa stane dominantnejšou technológiou v priebehu najbližších 15 rokov, ostatné fieldbus siete disponujú rozsiahlou nainštalovanou základňou, keďže pred rozvinutím technológie Ethernetu boli jedinou možnosťou. Mnoho aplikácií stále ťaží zo značne deterministickej zostavy, ktorú ponúkajú siete fieldbus, akými sú DeviceNet a Profibus DP. S takýmito protokolmi môže byť vhodné pridať zariadenia s použitím vonku namontovaných I/O blokov.

Ďalším fieldbus protokolom je IO-Link, čo je dvojbodová (P2P) sieť, používaná pre spájanie terénnych zariadení k ovládačom, často prostredníctvom konvertoru (viz Obrázok 2). Niektoré novšie zariadenia môžu poskytnúť spracovanie dát, dátovú konfiguráciu, identifikáciu, operačné parametre a diagnostiku.

Schopnosť prenosu dát diagnostiky môže znížiť prestoje prístroja prostredníctvom sofistikovanej diagnostiky presnej položky zlyhania, prípadne môže predchádzať prestojom poskytovaním informácií o bezprostredne hroziacom zlyhaní.

Aj keď IO-Link a nízkoúrovňové fieldbus protokoly pracujú dobre pri prepájaní jednoduchých zariadení a ovládačov, komplexnejšie prepojenia môžu ťažiť z výkonnosti, rýchlosti a flexibility, ktorú Ethernet ponúka.

Priemyselný prokotol Ethernetu je možné vziať od úvahy namiesto fieldbus komunikačnej technológie v rámci viacerých nových, strojových, automatizačných aplikácií, ktoré vyžadujú vysokú úroveň výmeny informácií, akými sú prepojenia obrazového systému k PLC. Ako sa znižujú náklady hardwaru, stáva sa stále výhodnejším z hľadiska nákladov i v prípade jednoduchých aplikácií, akými sú prepojenia diaľkových I/O a fieldbus zariadení.

Dôvody v prospech Ethernetu

Mnoho ľudí stále považuje priemyselný Ethernet za niečo rozdielne od fieldbus technológie, ale keď človek zváži, čo už dosiahla fieldbus technológia v minulosti a porovná to s tým, čo Ethernet môže uskutočniť dnes, jedná sa skutočne o tú istú kategóriu. Fieldbus technológie sa tradične pýšili vysoko deterministickým poskytovaním dát a Ethernet je schopný toho istého, akurát s vyššou rýchlosťou a časovo krátkymi synchronizačnými metódami. Energia môže byť dodaná prístrojom cez mnoho fieldbus káblov a to isté platí aj pre energiu prostredníctvom technológie Ethernetu. Existuje veľmi málo priemyselných sieťových aplikácií, pri ktorých nie je možné použiť ani špeciálne nastavený priemyselný Ethernet.

Pri prvotných sieťach Ethernetu bol determinizmus slabý a nestabilita značná, čo malo za následok kratšie procesné rýchlosti. Menej sofistikované sieťové zariadenia, akými boli jednoduché Ethernetové rozbočovače, boli pravidlom.

Výsledkom bolo, že kolízie dát a opakovania boli častým javom. S príchodom nízkonákladového, priemyselného Ethernetu, neovládaných a následne ovládaných spínačov, sa kolízie vytratili. Procesný výkon sa zvýšil a zredukoval oneskorenia prenosu dát na nevýznamnú úroveň v rámci väčšiny aplikácií.

Dokonca i so štandardnými, bežnými Ethernetovými čipmi je nestabilita dostatočne nízka pri väčšine aplikácií za použitia plánovacích mechanizmov, akými sú Trieda 1 I/O Messenger v rámci EtherNet/IP. Pre časovo náročnejšie aplikácie používajú protokoly ako EtherCAT presnú protokolovú časovú synchronizáciu (IEEE 1588).

Zatiaľčo väčšina sietí Ethernetu používa hviezdicovú topológiu, pri ktorej tvorí spínač, alebo spínače Ethernetu centrum a zariadenia tvoria vetvy, mnoho zariadení disponuje switch portmi s početnými rozhraniami RJ-45 v záujme nákladovo efektívnejšieho uzavretého cyklu.

Voľba protokolu

Na rozdiel od ostatných komunikačných technológií povoľuje Ethernet početným protokolom, aby bežali na rovnakej sieti. Medzi hlavné Ethernetové protokoly patrí EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus TCP, Powerlink, Profinet, a SERCOS. Dodávateľ automatizačného systému je často rozhodujúcim fakorom voľby Ethernetového protokolu pre aplikáciu; rôzni dodávatelia preferujú rozdielne protokoly.

Síce mnoho dodávateľov uprednostňuje určitý Ethernet protokol, ale často nie sú obmedzení výhradne na jeden typ. Je často výhodné použiť preferovaný protokol od dodávateľa, keďže pri ňom býva poskytnutá najlepšia podpora a šíroká škála kompatibilných produktov. V prípade, že aplikácia vyžaduje mix dodávateľov a oba protokoly sú k dispozícii pre ovládače a prístroje, požiadavky na čas a rýchlosť sú často rozhodujúce faktory.

Aplikácia Vám napomôže nadefinovať, ktoré fieldbus technológie sa majú použiť. V rámci mnohých aplikácií môže dávať zmysel použitie niekoľkých protokolov, každý s využitím na najvhodnejšej úrovni. Zmiešanie protokolov a komunikačných zostáv v záujme prepojenia prístrojov a ovládačov, spojenia ovládačov a rozhraní človek stroj (HMI), a prepojenia HMI rozhraní s výpočetnými systémami vyššej úrovne je obvykle ta správna voľba. Aby sme to dosiahli, je potrebné zvoliť ovládač, ktorý podporuje rozmanité protokoly.

IO-Link alebo podobný protokol sa často využívajú pre spojenie početných prístrojov k ovládaču, keďže sa jedná o nákladovo výhodnejšiu voľbu ako v prípade pevného pripojenia každého prístroja k vstupnému bodu ovládaču. S IO-Link je bežné za pomoci EtherNet/IP brány, aby sa spojila s prístrojmi a spätne s ovládačom prostredníctvom EtherNet/IP.

Brána funguje ako multiplexor prostredníctvom prepájania početných prístrojov IO-Link a sprístupňovaním informácií od nich pre ovládač cez jediný kábel EtherNet/IP. Aj keď IO-Link podporuje relatívne krátku vzdialenosť medzi senzorom a master zariadením IO-Link, môže sa pripojiť na množstvo rôznych brán a príslušných protokolov v záujme rozšírenia jeho dosahu k ovládaču.

Vo veľkých výrobných a skladových dopravníkových aplikáciach je možné dosahovať vyšších vzdialeností medzi ovládačom a prístrojmi prostredníctvom brán, ktoré ležia na EtherNet/ IP sieti. Použitie ľahko dostupných, ovládaných a neovládaných spínačov taktiež napomáha rozvodu Ethernetových spojov.

Pri vzájomných prepojeniach medzi ovládačmi alebo prepojeniach ovládačov s HMI sú niektoré varianty Ethernetu preferovanou voľbou; hardwarová podpora môže zvoliť konkrétny protokol.

Ethernet dominuje prepojeniam vyššej úrovne, zatiaľčo prepojenia nižšej úrovne od ovládačov po diaľkové I/O a prístroje môžu byť uskutočnené prostredníctvom IOLink, Device- Net, Profibus DP, alebo niektorým z variantov Ethernetu.

Ako sa znižujú náklady na Ethernetový hardware, zatiaľčo jeho možnosti sú čoraz širšie, špeciálne s vyššou rýchlosťou a rozšírenejším determinizmom, môžu inžiniery od neho očakávať, že sa stane širšie používaným v rámci priemyslových komunikácií. ce

Chris Harris je team leaderom asistenčno-technologickej skupiny v AutomationDirect. Editor: Chris Vavra, produkčný editor, Control Engineering, CFE Media, cvavra@cfemedia.com.

Autor: Chris Harris, AutomationDirect


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

ARaP 2019
2019-11-19 - 2019-11-20
Místo: Fakulta strojní ČVUT v Praze, Technická 4, Praha 6
EPLAN Efficiency days 2019
2019-11-20 - 2019-11-20
Místo: Clarion Congress Hotel, Ostrava
EPLAN Efficiency days 2019
2019-11-21 - 2019-11-21
Místo: Hotel Magnus, Trenčín
Výroba nové generace: Technologické trendy
2019-11-27 - 2019-11-27
Místo: Plzeň

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI