Hayden Ali, netværksingeniør
Industrielt Ethernet-ordliste
Industrielle Ethernet kommunikationsprotokoller
Ethernet bliver allestedsnærværende og omkostningseffektivt med fælles fysiske links og øget hastighed. Som sådan flytter mange industrielle kommunikationsprotokoller til Ethernet-baserede løsninger. Ethernet-kommunikation med TCP/IP er typisk ikke-deterministisk, og reaktionstiden er ofte omkring 100 ms. Industrielle Ethernet-protokoller bruger et modificeret Media Access Control-lag (MAC) for at opnå meget lav latenstid og deterministiske svar. Ethernet muliggør også en fleksibel netværkstopologi og et fleksibelt antal noder i systemet. Lad os se på nogle af de populære industrielle Ethernet-protokoller i detaljer.
EtherCAT, en protokol optimeret til procesdata, bruger standard IEEE 802.3 Ethernet Frames. Hver slaveknude behandler sit datagram og indsætter de nye data i rammen, mens hver ramme passerer igennem. Processen håndteres i hardware, så hver node introducerer minimum behandlingsforsinkelse, hvilket muliggør den hurtigst mulige responstid. EtherCAT er MAC-lagprotokollen og er gennemsigtig for ethvert højere niveau Ethernet-protokoller såsom TCP/IP, UDP, webserver osv. EtherCAT kan forbinde op til 65,535 noder i et system, og EtherCAT-master kan være en standard Ethernet-controller, dermed forenkle netværkskonfigurationen. På grund af den lave latenstid for hver agentknude leverer EtherCAT fleksible, billige og netværkskompatible industrielle Ethernet-løsninger.
EtherNet / IP er en applikationslagsprotokol oven på TCP/IP. EtherNet/IP bruger standard Ethernet fysisk, datalink, netværk og transport lag, mens der bruges Common Industrial Protocol (CIP) over TCP/IP. CIP leverer et standardsæt af beskeder og tjenester til industrielle automationskontrolsystemer, og det kan bruges i flere fysiske medier. For eksempel kaldes CIP over CAN-bus DeviceNet, CIP over det dedikerede netværk kaldes ControlNet og CIP over Ethernet kaldes EtherNet/IP. EtherNet/IP etablerer kommunikation fra én applikationsknude til en anden gennem CIP-forbindelser over en TCP-forbindelse, og flere CIP-forbindelser kan etableres over én TCP-forbindelse.
PROFINET er et meget brugt industrielt Ethernet af store industrielt udstyrsproducenter som Siemens og GE. Den har tre forskellige klasser. PROFINET Klasse A giver adgang til et PROFIBUS-netværk via en proxy, der forbinder Ethernet og PROFIBUS med en fjernprocedure, der kalder på TCP/IP. Dens cyklustid er omkring 100 ms, og det er den
bruges mest til parameterdata og cyklisk I/O. Den typiske applikation omfatter infrastruktur og bygningsautomatisering. PROFINET Klasse B, også kaldet PROFINET Real-Time (PROFINET RT), introducerer en softwarebaseret realtidstilgang og har reduceret cyklustiden til omkring 10 ms. Klasse B bruges typisk i fabriksautomatisering og procesautomatisering. PROFINET Klasse C (PROFINET IRT), er isokron og real-time, der kræver speciel hardware for at reducere cyklustiden til mindre end 1 ms for at levere tilstrækkelig ydeevne på real-time industrielle Ethernet til bevægelseskontrol operationer. PROFINET RT kan bruges i PLC-type applikationer, mens PROFINET IRT passer godt til motion applikationer. Branch og Star er de almindelige topologier, der bruges til PROFINET. Omhyggelig topologiplanlægning er påkrævet for at PROFINET-netværk kan opnå den krævede ydeevne af systemet.
POWERLINK blev oprindeligt udviklet af B&R. Ethernet POWERLINK er implementeret oven på IEEE 802.3 og giver derfor et frit udvalg af netværkstopologi, krydsforbindelse og hotplug. Den bruger en polling- og tidsudskæringsmekanisme til dataudveksling i realtid. En POWERLINK-master eller "Managed Node" styrer tidssynkroniseringen gennem pakkejitter i intervallet 10s nanosekunder. Et sådant system er velegnet til alle slags automationssystemer lige fra PLC-til-PLC-kommunikation og visualisering ned til bevægelse og I/O-styring. Barrierer for implementering af POWERLINK er ret lave på grund af tilgængeligheden af open source stacksoftware. Derudover er CANopen en del af standarden, som giver mulighed for nemme systemopgraderinger fra tidligere Fieldbus-protokoller.
Sercos III er tredje generation af det serielle realtidskommunikationssystem (Sercos). Den kombinerer on-the-fly pakkebehandling for at levere Ethernet i realtid og standard TCP/IP-kommunikation for at levere industrielt Ethernet med lav latency. Ligesom EtherCAT behandler en Sercos III-slave pakken ved at udtrække og indsætte data til Ethernet-rammen på farten for at opnå lav latenstid. Sercos III adskiller input- og outputdata i to rammer. Med cyklustider fra 31.25 mikrosekunder er den lige så hurtig som EtherCAT og PROFINET IRT. Sercos III understøtter ring- eller linjetopologi. En vigtig fordel ved at bruge ringtopologi er kommunikationsredundans. Selvom ringen går i stykker på grund af svigt af én slave, får alle resterende slaver stadig Sercos III-rammerne med input/outputdata. Sercos III kan have 511 slaveknuder i ét netværk og bruges mest i servodrevstyringer.
Tidsfølsomt netværk (TSN) er en Ethernet-udvidelse defineret af Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) designet til at gøre Ethernet-baserede netværk mere deterministiske. TSN er et lokalt netværk (LAN) - en løsning på niveau, der kan fungere med ikke-TSN Ethernet, men aktualitet er kun garanteret inde i TSN LAN. Du kan gruppere TSN-standarder baseret på, hvilken use case det løser: et fælles syn på tid, garanteret maksimal latenstid eller sameksistens med baggrund eller anden trafik. Som enhver populær standard er TSN-værktøjskassen med standarder under udvikling.