Hayden Ali, verkkoinsinööri
Industrial Ethernet -sanasto
Teollisuuden Ethernet-kommunikaatioprotokollat
Ethernetistä on tulossa kaikkialle levinnyt ja kustannustehokas yhteisten fyysisten linkkien ja lisääntyneen nopeuden ansiosta. Sellaisenaan monet teolliset viestintäprotokollat ovat siirtymässä Ethernet-pohjaisiin ratkaisuihin. Ethernet-viestintä TCP/IP:n kanssa on tyypillisesti epädeterminististä ja reaktioaika on usein noin 100 ms. Teolliset Ethernet-protokollat käyttävät modifioitua Media Access Control (MAC) -kerrosta erittäin alhaisen latenssin ja determinististen vasteiden saavuttamiseksi. Ethernet mahdollistaa myös joustavan verkkotopologian ja joustavan solmumäärän järjestelmässä. Katsotaanpa joitain suosittuja Industrial Ethernet -protokollia yksityiskohtaisesti.
EtherCAT, prosessidatalle optimoitu protokolla, käyttää standardinmukaisia IEEE 802.3 Ethernet -kehyksiä. Jokainen orjasolmu käsittelee datagramminsa ja lisää uuden datan kehykseen kunkin kehyksen kulkiessa läpi. Prosessi hoidetaan laitteistolla, joten jokainen solmu ottaa käyttöön vähimmäiskäsittelyviiveen, mikä mahdollistaa nopeimman mahdollisen vasteajan. EtherCAT on MAC-kerroksen protokolla ja se on läpinäkyvä kaikille korkeamman tason Ethernet-protokolloille, kuten TCP/IP, UDP, Web-palvelin jne. EtherCAT voi yhdistää jopa 65,535 XNUMX solmua järjestelmään, ja EtherCAT-isäntä voi olla tavallinen Ethernet-ohjain, mikä yksinkertaistaa verkon konfigurointia. Jokaisen agenttisolmun alhaisen latenssin ansiosta EtherCAT tarjoaa joustavia, edullisia ja verkkoyhteensopivia teollisia Ethernet-ratkaisuja.
EtherNet / IP on sovelluskerroksen protokolla TCP/IP:n päällä. EtherNet/IP käyttää tavallisia Ethernet-fyysisiä, datalinkki-, verkko- ja siirtokerroksia käyttäessään Common Industrial Protocol (CIP) -protokollaa TCP/IP:n yli. CIP tarjoaa standardin joukon viestejä ja palveluita teollisuusautomaation ohjausjärjestelmille, ja sitä voidaan käyttää useilla fyysisillä tietovälineillä. Esimerkiksi CIP over CAN-väylä on nimeltään DeviceNet, CIP yli erillisen verkon on nimeltään ControlNet ja CIP over Ethernet on nimeltään EtherNet/IP. EtherNet/IP muodostaa yhteyden sovellussolmusta toiseen CIP-yhteyksien kautta TCP-yhteyden kautta, ja useita CIP-yhteyksiä voidaan muodostaa yhden TCP-yhteyden kautta.
PROFINET on suurten teollisuuslaitteiden valmistajien, kuten Siemens ja GE, laajasti käyttämä teollinen Ethernet. Siinä on kolme eri luokkaa. PROFINET Class A tarjoaa pääsyn PROFIBUS-verkkoon välityspalvelimen kautta, yhdistäen Ethernetin ja PROFIBUSin etämenettelyllä, joka kutsuu TCP/IP:tä. Sen sykliaika on noin 100 ms, ja se on
käytetään enimmäkseen parametridatalle ja syklisille I/O:ille. Tyypillinen sovellus sisältää infrastruktuurin ja rakennusautomaation. PROFINET Class B, josta käytetään myös nimitystä PROFINET Real-Time (PROFINET RT), ottaa käyttöön ohjelmistopohjaisen reaaliaikaisen lähestymistavan ja on lyhentänyt syklin noin 10 ms. Luokkaa B käytetään tyypillisesti tehdasautomaatiossa ja prosessiautomaatiossa. PROFINET Class C (PROFINET IRT) on isokroninen ja reaaliaikainen, ja se vaatii erikoislaitteiston lyhentämään sykliaikaa alle 1 ms, jotta se tuottaa riittävän suorituskyvyn reaaliaikaisessa teollisessa Ethernetissä liikkeenohjaustoimintoihin. PROFINET RT:tä voidaan käyttää PLC-tyyppisissä sovelluksissa, kun taas PROFINET IRT sopii hyvin liikesovelluksiin. Branch ja Star ovat PROFINETin yleisiä topologioita. PROFINET-verkot edellyttävät huolellista topologiasuunnittelua järjestelmän vaaditun suorituskyvyn saavuttamiseksi.
POWERLINK sen on alun perin kehittänyt B&R. Ethernet POWERLINK on toteutettu IEEE 802.3:n päälle ja mahdollistaa siten vapaan verkkotopologian, ristikytkentä- ja hotplug-valinnan. Se käyttää kysely- ja aikaleikkausmekanismia reaaliaikaiseen tiedonvaihtoon. POWERLINK-isäntä tai "Managed Node" ohjaa ajan synkronointia pakettivärinän avulla 10 sekunnin nanosekunnissa. Tällainen järjestelmä soveltuu kaikenlaisiin automaatiojärjestelmiin PLC-PLC-kommunikaatiosta ja visualisoinnista liike- ja I/O-ohjaukseen. POWERLINKin käyttöönoton esteet ovat melko alhaiset avoimen lähdekoodin pinoohjelmiston saatavuuden vuoksi. Lisäksi CANopen on osa standardia, joka mahdollistaa helpon järjestelmän päivityksen aiemmista Fieldbus-protokollista.
Sercos III on Serial Real-time Communication Systemin (Sercos) kolmas sukupolvi. Se yhdistää nopean pakettien käsittelyn reaaliaikaisen Ethernetin ja standardin TCP/IP-tiedonsiirron toimittamiseksi alhaisen latenssin teollisen Ethernetin toimittamiseksi. Aivan kuten EtherCAT, Sercos III -orja käsittelee paketin purkamalla ja lisäämällä tietoja Ethernet-kehykseen lennossa alhaisen latenssin saavuttamiseksi. Sercos III erottaa tulo- ja lähtötiedot kahteen kehykseen. Jaksoajoilla alkaen 31.25 mikrosekuntia, se on yhtä nopea kuin EtherCAT ja PROFINET IRT. Sercos III tukee rengas- tai linjatopologiaa. Yksi keskeinen etu soittotopologian käytössä on tiedonsiirron redundanssi. Vaikka rengas katkeaisi yhden orjan vian vuoksi, kaikki jäljellä olevat orjat saavat silti Sercos III -kehykset tulo-/lähtötiedoilla. Sercos III:ssa voi olla 511 orjasolmua yhdessä verkossa ja sitä käytetään eniten servokäytön ohjauksissa.
Aikaherkkä verkko (TSN) on Institute of Electrical and Electronics Engineersin (IEEE) määrittelemä Ethernet-laajennus, joka on suunniteltu tekemään Ethernet-pohjaisista verkoista deterministisempiä. TSN on lähiverkko (LAN) - tason ratkaisu, joka toimii muun kuin TSN Ethernetin kanssa, mutta ajantasaisuus taataan vain TSN LAN:n sisällä. Voit ryhmitellä TSN-standardeja sen mukaan, minkä käyttötapauksen se ratkaisee: yhteinen aikanäkymä, taattu enimmäisviive tai rinnakkaiselo taustan tai muun liikenteen kanssa. Kuten mikä tahansa suosittu standardi, TSN-standardien työkalupakki kehittyy.