Хейдън Али, мрежов инженер
Индустриален Ethernet речник
Индустриални Ethernet комуникационни протоколи
Ethernet става повсеместен и рентабилен, с общи физически връзки и повишена скорост. Поради това много индустриални комуникационни протоколи преминават към решения, базирани на Ethernet. Ethernet комуникациите с TCP/IP обикновено са недетерминирани и времето за реакция често е около 100 ms. Индустриалните Ethernet протоколи използват модифициран слой за контрол на достъпа до медиите (MAC), за да постигнат много ниска латентност и детерминистични отговори. Ethernet също позволява гъвкава мрежова топология и гъвкав брой възли в системата. Нека разгледаме подробно някои от популярните индустриални Ethernet протоколи.
EtherCAT, протокол, оптимизиран за данни от процеса, използва стандартни IEEE 802.3 Ethernet рамки. Всеки подчинен възел обработва своята дейтаграма и вмъква новите данни в кадъра, докато всеки кадър преминава през него. Процесът се управлява хардуерно, така че всеки възел въвежда минимално забавяне на обработката, позволявайки възможно най-бързото време за реакция. EtherCAT е протоколът на MAC слоя и е прозрачен за всички Ethernet протоколи от по-високо ниво като TCP/IP, UDP, уеб сървър и т.н. EtherCAT може да свърже до 65,535 XNUMX възли в система, а EtherCAT master може да бъде стандартен Ethernet контролер, като по този начин опростява мрежовата конфигурация. Благодарение на ниската латентност на всеки възел на агент, EtherCAT предоставя гъвкави, евтини и мрежово съвместими индустриални Ethernet решения.
EtherNet / IP е протокол от приложно ниво върху TCP/IP. EtherNet/IP използва стандартен физически Ethernet слой, ниво на връзка за данни, мрежови и транспортни слоеве, докато използва Common Industrial Protocol (CIP) през TCP/IP. CIP предоставя стандартен набор от съобщения и услуги за системи за управление на промишлена автоматизация и може да се използва в множество физически медии. Например CIP през CAN шина се нарича DeviceNet, CIP през специална мрежа се нарича ControlNet и CIP през Ethernet се нарича EtherNet/IP. EtherNet/IP установява комуникация от един приложен възел към друг чрез CIP връзки през TCP връзка и множество CIP връзки могат да бъдат установени през една TCP връзка.
ПРОФИНЕТ е широко използван индустриален Ethernet от големи производители на промишлено оборудване като Siemens и GE. Има три различни класа. PROFINET клас A осигурява достъп до PROFIBUS мрежа чрез прокси, свързващ Ethernet и PROFIBUS с отдалечена процедура, извикваща TCP/IP. Времето на цикъла му е около 100 ms и е така
използва се най-вече за параметрични данни и циклични I/O. Типичното приложение включва инфраструктура и сградна автоматизация. PROFINET клас B, наричан още PROFINET Real-Time (PROFINET RT), въвежда базиран на софтуер подход в реално време и намалява времето на цикъла до около 10 ms. Клас B обикновено се използва във фабрична автоматизация и автоматизация на процеси. PROFINET клас C (PROFINET IRT) е изохронен и в реално време, изискващ специален хардуер за намаляване на времето на цикъла до по-малко от 1ms, за да се осигури достатъчна производителност на индустриалния Ethernet в реално време за операции за управление на движението. PROFINET RT може да се използва в приложения от тип PLC, докато PROFINET IRT е подходящ за приложения за движение. Разклонение и звезда са общите топологии, използвани за PROFINET. За PROFINET мрежите е необходимо внимателно планиране на топологията, за да се постигне необходимата производителност на системата.
POWERLINK първоначално е разработен от B&R. Ethernet POWERLINK е реализиран върху IEEE 802.3 и следователно позволява свободен избор на мрежова топология, кръстосано свързване и горещо включване. Той използва механизъм за анкетиране и разрязване на времето за обмен на данни в реално време. Главен POWERLINK или „Управляван възел“ контролира времевата синхронизация чрез трептене на пакети в диапазона от 10s наносекунди. Такава система е подходяща за всички видове системи за автоматизация, вариращи от PLC към PLC комуникация и визуализация до управление на движение и I/O. Бариерите пред прилагането на POWERLINK са доста ниски поради наличието на стеков софтуер с отворен код. Освен това CANopen е част от стандарта, който позволява лесни системни надстройки от предишни протоколи Fieldbus.
Серкос III е третото поколение на серийната комуникационна система в реално време (Sercos). Той комбинира обработка на пакети в движение за доставяне на Ethernet в реално време и стандартна TCP/IP комуникация, за да достави индустриален Ethernet с ниска латентност. Подобно на EtherCAT, Sercos III slave обработва пакета чрез извличане и вмъкване на данни в Ethernet рамката в движение, за да постигне ниска латентност. Sercos III разделя входните и изходните данни на два кадъра. С продължителност на цикъла от 31.25 микросекунди, той е толкова бърз, колкото EtherCAT и PROFINET IRT. Sercos III поддържа пръстеновидна или линейна топология. Едно ключово предимство при използването на пръстеновидна топология е комуникационният излишък. Дори ако пръстенът се счупи поради повреда на едно подчинено устройство, всички останали подчинени устройства все още получават кадрите Sercos III с входни/изходни данни. Sercos III може да има 511 подчинени възли в една мрежа и се използва най-често в контролите на серво задвижванията.
Чувствителна към времето мрежа (TSN) е Ethernet разширение, дефинирано от Института на инженерите по електротехника и електроника (IEEE), предназначено да направи базираните на Ethernet мрежи по-детерминистични. TSN е локална мрежа (LAN) - решение на ниво, което може да работи с не-TSN Ethernet, но навременността е гарантирана само в рамките на TSN LAN. Можете да групирате TSN стандарти въз основа на това какъв случай на употреба решава: общ изглед на времето, гарантирана максимална латентност или съвместно съществуване с фонов или друг трафик. Като всеки популярен стандарт, наборът от стандарти на TSN се развива.