Print

Protokoly pro průmyslový Ethernet

-- 01.07.08

Potřeba zajistit možnost práce s širokou řadou aplikací a schopnost fungování v nejrůznějších prostředích je hnací silou vývoje protokolů a oživuje zájem uživatelů.

Ach, ten digitální věk! Zdá se to teprve nedávno (ve skutečnosti to je jen pár dekád), kdy řídicí technici začali usilovat o nahrazení starého protokolu analogového řídicího systému 4–20 mA jeho digitální verzí. Přínosy digitálního řízení byly bezesporu vzrušující – determinismus, jednodušší kabeláž, vysoká rychlost, schopnost vzdálené kalibrace a kontrola zdraví přístrojové techniky, …abychom uvedli jen pár příkladů. Tyto snahy měly úspěšný start, a když začaly přicházet inovace, komunita řídicích techniků držela pomocí standardizace věci pod kontrolou. Jak tomu skutečnost chtěla, protokoly průmyslového Ethernetu se staly pravými nástroji digitálního řízení a jako takové se přizpůsobily nejrůznějším aplikacím.

Pět let stará studie organizace Reed Corporate Research zjistila, že produkty využívající standard 4–20 mA dominovaly scéně řídicích produktů. To se mění. V nejnovějším průzkumu na téma protokolů průmyslového Ethernetu odpovídalo 295 respondentů. Vzhledem k tomu, že jedním z nejvýznamnějších přínosů Ethernetu je vnitrofiremní konektivita, nepřekvapuje, že 53 % respondentů uvedlo, že předmětem zájmu jejich technického zajištění byly zejména interdisciplinární týmy pro průmyslový Ethernet společně s informační technologií (34 %), technické zajištění výrobního závodu (23 %), management výroby (22 %) a v menší míře zákaznická podpora (8 %), kontrola a zajištění jakosti (8 %) a další.

Využívání sítě

Řídící technici používají Ethernet pro řadu funkcí uvnitř výrobního závodu. (Viz graf.) Využívání Ethernetu v aplikacích řízení obchodu začalo ve větší míře teprve v posledních letech, což signalizuje rostoucí angažovanost všech úrovní managementu v každodenní výrobě a je charakteristickým znakem nadnárodních firem v globální ekonomice.

 

Systém pro průmyslové řízení a sběr dat (SCADA) je s přehledem nejvýznamnější aplikací pro Ethernet na základní řídicí úrovni, jak uvádějí respondenti, kteří mu dali téměř o polovinu více hlasů než druhé nejvýznamnější aplikaci: diagnostika, testování a údržba.

 

Tyto aplikace využívají Ethernet specifickým způsobem na mnoha úrovních. Patří zde monitorování nebo sběr dat (78 %), řízení (68 %), výrobní operace nebo realizace (63 %) a podnikové operace (58 %). K aplikacím na nižší úrovni patřily I/O (48 %), akční členy (37 %) a senzory (24 %). V rámci řídicích systémů se sítě průmyslového Ethernetu soustředí okolo logiky (PC 89 %, PLC 79 % a PAC 66 %), ve srovnání se senzory (obrazové snímače 37 %, teplotní senzory/ snímače 18 % a senzory/snímače průtoku 17 %) nebo akční členy (oddělovací ventily 18 % a regulační ventily 14 %).

Nejpoužívanější protokoly

Podle respondentů průzkumu se pro průmyslové aplikace nejvíce používá následujících 10 protokolů průmyslového Ethernetu (v sestupném pořadí):

  • TCP/IP (nativní) – 95 %
  • EtherNet/IP – 88 %
  • Modbus TCP – 81 %
  • UDP (nativní) – 79 %
  • Fieldbus Foundation High Speed Internet(HSE) – 43 %
  • EtherCAT – 41 %
  • SERCOS III – 38 %
  • Profibus Profinet – 36 %
  • CC-Link IE (Gigabitový Ethernet) – 31 %
  • Ethernet Powerlink – 27 %

    K dalším uváděným protokolům průmyslového Ethernetu patří VARAN (Versatile Automation Random Access Network), FL-net (OPCN-2) sdružení Japan Electrical Manufacturers Association, synqNet, Mechatrolink III a SafetyNet. Popis deseti nejpoužívanějších a dalších protokolů naleznete v produktové sekci níže.

    Všechny tyto protokoly se považují za standardy a jsou prezentovány organizacemi, což je vlastnost, která byla poměrně často zmiňována na dlouhém seznamu otázek, jež profesionálové v oblasti řízení považují za velmi důležité při svém výběru protokolu pro průmyslový Ethernet (viz přiložený graf).

    Ze 34 zmíněných atributů byla jako nejdůležitější uvedena schopnost vysoké rychlosti (66 %). Těsně ji následovala dostupnost zařízení, která využívají tento protokol (65 %), možnost upgradu (60 %), možnost používat komerční, běžně dostupné komponenty a možnost jej používat pro řídicí aplikace (60 %).

    Těchto nejvýznamnějších pět vlastností se shoduje s výsledkem posledního průzkumu provedeného v roce 2006, s jednou výjimkou: Důležitost použití Ethernetových médií 10/100 base T/ TX poklesla z první pětky na desáté místo. Byla nahrazena snadností přenosu dat na systémy vyšší úrovně a odsunula rozšíření ethernetových protokolů do rozsáhlejších a ještě složitějších podnikových systémů.

    Podle respondentů průzkumu již 92 % z nich začalo používat Ethernet na základní řídicí úrovni. Zbývajících 8 % se teprve začít chystá. Z těch, kteří jej plánují začít používat, 59 % uvedlo, že začnou během příštího roku a 41 % během příštích 13–24 měsíců.

    Mnoho řídicích systémů využívajících Ethernet již existuje delší dobu. Pracovníci v oblasti řízení, kteří jej využívají více než 10 let, tvoří 17 % respondentů. Mnoho z nich nemusí být samostatně instalované systémy, ale mohou být součástí stávajících distribuovaných řídicích systémů DCS. Systémy DCS již dlouho využívají systémy na bázi Ethernetu. Systémy staré 6–10 let se podílely na celkovém počtu 29 %. Systémy staré 2–5 let se podílely na celkovém počtu 34 %. Systémy, jejichž provoz byl zahájen před 13–24 měsíci nebo v posledním roce, se na celkovém počtu podílely 12 % a 8 %.

     

    Respondenti si cenili mnoha „velmi důležitých“ vlastností skoro stejně – nejvýznamnějších sedm dělí pouhých sedm procentních bodů.

     

    Bez ohledu na velké množství dostupných řídicích protokolů na bázi Ethernetu a složitost spouštění provozu na základní řídicí úrovni pracovníci v oblasti řízení tvrdí, že jsou se svým ethernetovým protokolem nadmíru spokojeni, ve srovnání s jinou oblíbenou průmyslovou sítí. Šedesát tři procent uvedlo, že byli velmi spokojeni, a 36 % uvedlo, že byli celkem spokojeni. Pouze 1 % uvedlo, že se svým výběrem nebyli spokojeni.

    Na požádání o radu k instalaci řídicího systému na bázi Ethernetu se řídicí technici bez pobízení rozhovořili o množství potřebných zkušeností a úsilí. Obvyklé byly odpovědi typu „udělejte si nejprve pečlivou přípravu“ nebo „získejte vlastní zkušenosti s prací s Ethernetem v reálném čase“. Další často uváděnou radou bylo „nespěchejte a pečlivě si prozkoumejte všechny dostupné možnosti“. Avšak s ohledem na 99procentní spokojenost s používáním protokolu průmyslového Ethernetu se zdá, že čas vynaložený na specifikování, vypracování doporučení, nákup a instalaci řešení řízení na bázi Ethernetu se vyplatí.

    TCP/IP: Zbloudění od původního záměru?

    TCP/IP, původní protokol Ethernetu, považuje organizace Internet Engineering Task Force (IETF) za dominantní. Tento protokol, vyvinutý pro datové sítě v komerčních aplikacích, se stal jedním z převládajících přenosových protokolů pro použití u průmyslového Ethernetu. Ethernet TCP/IP je soubor komunikačních protokolů používaných k připojení účastníků k Internetu a stal se de facto standardem pro přenos dat po síti.

    Internet Engineering Task Force www.arcweb.com

    EtherNet/IP: Výroba

    EtherNet/IP je členem rodiny sítí využívajících svrchní vrstvy protokolu Common Industrial Protocol (CIP). CIP využívá sadu zpráv a služeb pro aplikace automatizace ve výrobě (řízení, bezpečnost, synchronizace, polohování, konfigurace a informace). Je nezávislý na médiu, podporují jej stovky dodavatelů a zavádí jednotnost do komunikace ve výrobě. Služby pro výrobce a spotřebitele dovolují uživatelům souběžně řídit, konfigurovat a shromažďovat data z inteligentních síťových zařízení nebo používat jednu síť jako páteřní síť pro několik distribuovaných sítí CIP. Je kompatibilní se standardními internetovými protokoly, jako je protokol OPC, určený pro přístup k datům.

    ODVA www.odva.org

    Modbus TCP: O stupínek výše

    Protokol Modbus TCP je struktura pro výměnu zpráv, původně uvedená na trh v roce 1979. Používá se pro ustavení komunikace typu master-slave/ client-server mezi inteligentními zařízeními. Jakožto jednoduchá struktura pro zasílání zpráv je protokol Modbus nezávislý na nosné fyzické vrstvě. Je spojením všestranné, škálovatelné a všudypřítomné fyzické sítě (Ethernet), univerzálního síťového standardu (TCP/IP) a prezentací dat nezávislých na dodavateli. Ethernetový port 502 je vyhrazen pro protokol Modbus TCP. Modbus TCP je implementován pro Ethernet, optické vlákno a nejvýznamnější bezdrátové technologie, včetně Wi/Fi, rádia, GPRS a Bluetooth. Protokol Modbus TCP „balí“ protokol TCP/IP na Modbus.

    Modbus-IDA www.modbus.org

    UDP: Transakce na prvním místě

    Protokol UDP (User Datagram Protocol) umožňuje datagramový režim paketově přepínané počítačové komunikace pro propojený soubor počítačových sítí. UDP předpokládá, že internetový protokol (IP) je nosným protokolem a poskytuje proceduru pro aplikační programy k zasílání zpráv jiným programům s minimem mechanismu samotného protokolu. Tento protokol je orientovaný na transakce, dodání a ochrana před duplikací nejsou zaručeny.

    IETF www.ietf.org

    HSE: Úplná kontrola závodu

    Protokol High Speed Ethernet (HSE) je považován za klíčovou technologii pro integraci podniku pro kriticky významné aplikace. HSE je vysoce výkonná síť organizace Fieldbus Foundation provozující Ethernet a TCP/IP, vhodná pro páteřní síť pro řízení závodu. S rychlostí 100 Mbit/s je protokol HSE určen pro integraci zařízení a subsystémů. Umožňuje integraci technologie datového serveru, jako je OPC. Podporuje možnosti sběrnice fieldbus (standardní funkční bloky, popisný jazyk elektronických zařízení a flexibilní funkční bloky specifické pro aplikaci pro pokročilé procesní a diskrétní / hybridní / dávkové aplikace).

    Fieldbus Foundation www.fieldbus.org

    EtherCAT: Rychlý a hospodárný

    EtherCAT je otevřenou sítí Ethernet pracující v reálném čase, která dokáže aktualizovat 1 000 distribuovaných digitálních I/O bodů během 30 μs nebo 100 os každých 100 μs s vedením po kroucené dvoulince nebo optickém kabelu. Tato rychlá a hospodárná technologie může obsluhovat síť o téměř neomezené velikosti a dosahuje optimální vertikální integrace díky otevřeným technologiím pro Ethernet a Internet. EtherCAT nevyžaduje použití přepínačů nebo hubů, a tím snižuje náklady. Je rovněž standardem IEC, ISO a SEMI.

    EtherCAT Technology Group www.ethercat.org

    SERCOS III: Polohování, I/O

    SERCOS III je otevřeným protokolem pro průmyslový Ethernet, pracujícím v reálném čase, a je součástí standardů IEC 61784-2 a IEC 61158. Zajišťuje deterministické řízení s vysokou přesností, krátkou dobou cyklu a nízkou hodnotou síťového jitteru, je zpětně kompatibilní s předchozími verzemi protokolu SERCOS a může fungovat bez přepínačů nebo hubů. K novým funkcím patří synchronizace a komunikace mezi několika řídicími prvky polohování a výkonný profil pro zařízení pro decentralizované moduly I/O.

    SERCOS North America www.sercos.com

    Profinet: Kompatibilita

    Profinet lze použít pro každou funkci vyžadovanou v automatizaci: diskrétní řízení, procesní řízení, polohování, integrace peer-to-peer, vertikální integrace, bezpečnost a další. Využívá standard Ethernetu IEEE 802.3, takže funguje i v rámci bezdrátového připojení na bázi IEEE 802.11. Řídí 150 polohovacích os s cyklem 1 ms a jitterem 1 μs. Je považován za jediný standard průmyslového Ethernetu, který definuje komunikaci pro správu aktiv závodu a dalších informací potřebných pro systémy MES.

    Profibus Trade Organization www.profinet.com

    CC-Link IE: Gigabitový Ethernet

    Asociace CLPA (CC-Link Partner Association) vyvinula protokol pro gigabitový průmyslový Ethernet (IE), CC-Link IE umožňující síťovou komunikaci rychlostí blížící se komunikaci na systémové desce. Jde o první globálně uvolněnou síť určenou pro výrobu s otevřeným standardem a rychlostí 1 Gb/s. Síť využívá vícevidový optický kabel standardu Ethernet IEEE 802.3z s architekturou dvojitého kruhu. Její determinismus zajišťuje použití sdílené síťové paměti bez přidaných hubů či přepínačů.

    CC-Link Partner Association www.cc-link.org

    Ethernet-Powerlink: Větší hodnota, špičková rychlost

    Standardizační organizace Ethernet-Powerlink Standardization Group (EPSG) uvádí, že její protokol přidává hodnotu, včetně následujících funkcí pro operátory strojů a závodu: bezpečnost (certifikováno TÜV Rheinland, použitelné se systémy vyžadujícími ochranu SIL 3), možnost redundance, kompatibilita se sběrnicí CANopen, možnost uživatelů zvolit si topologii sítě, schopnost připojení za provozu (hot-plug), možnost přímého zasílání dat (cross-traffic) a snadná diagnostika systému.

    Ethernet Powerlink Standardization Group www.ethernet-powerlink.org

    FL-Net: Spojení se základní řídicí úrovní

    Protokol FL-net (OPCN-2), vyvinutý sdružením Japan Electrical Manufacturers’ Association (JEMA), spojuje PLC a jednotky numerického řízení prostřednictvím ethernetového kabelu a umožňuje vzájemnou výměnu řídicích dat mezi řídicími prvky při vysoké rychlosti. FL-net (OPCN-2) podporuje řadu protokolů včetně UDP/ IP a FA link, umístěných v horní vrstvě UDP/IP.

    Japan Electrical Manufacturers Association www.jema-net.or.jp/English

    Dick Johnson je externí redaktor magazínu Control

    Engineering. Můžete jej kontaktovat na adrese

    djtheme2003@aol.com.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

parts2clean
2017-10-24 - 2017-10-26
Místo: Exhibition Center Stuttgart, Germany
Beckhoff roadshow: Novinky a aplikace
2017-10-24 - 2017-10-24
Místo: Trenčín, Hotel Magnus
LOGISTIKA DISTRIBUCE A SKLADOVÁNÍ
2017-10-24 - 2017-10-25
Místo: Křenová 409/52, 602 00 Brno
Výrobný manažment
2017-10-25 - 2017-10-26
Místo: Holiday Inn, Žilina
Beckhoff roadshow: Novinky a aplikace
2017-10-25 - 2017-10-25
Místo: Praha, Clarion Congress Hotel

Katalog

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

Mitsubishi Electric Europe B.V.
Mitsubishi Electric Europe B.V.
Pekařská 621/7
155 00 Praha 5
tel. +420 251 551 470

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 737 489 292

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

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Ano, proto se je snažíme minimalizovat
Ne, jsou na odpovídající úrovni
Nejsou vysoké, ale rychle rostou

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2017 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