Hayden Ali, hálózati mérnök
Ipari Ethernet szószedet
Ipari Ethernet kommunikációs protokollok
Az Ethernet mindenütt elterjedt és költséghatékony, közös fizikai kapcsolatokkal és megnövekedett sebességgel. Mint ilyen, sok ipari kommunikációs protokoll áttér az Ethernet-alapú megoldásokra. Az Ethernet-kommunikáció a TCP/IP-vel általában nem determinisztikus, és a reakcióidő gyakran körülbelül 100 ms. Az ipari Ethernet protokollok módosított Media Access Control (MAC) réteget használnak a nagyon alacsony késleltetés és determinisztikus válaszok elérése érdekében. Az Ethernet rugalmas hálózati topológiát és rugalmas csomópontszámot is lehetővé tesz a rendszerben. Nézzünk meg részletesen néhány népszerű ipari Ethernet protokollt.
EtherCAT, egy folyamatadatokra optimalizált protokoll, szabványos IEEE 802.3 Ethernet kereteket használ. Minden szolga csomópont feldolgozza a datagramját, és beilleszti az új adatokat a keretbe, miközben az egyes kereteken áthaladnak. A folyamatot hardver kezeli, így minden csomópont minimális feldolgozási késleltetést vezet be, lehetővé téve a lehető leggyorsabb válaszidőt. Az EtherCAT a MAC réteg protokoll, és transzparens minden magasabb szintű Ethernet protokoll számára, mint például a TCP/IP, UDP, webszerver stb. Az EtherCAT akár 65,535 XNUMX csomópontot is csatlakoztathat egy rendszerhez, az EtherCAT master pedig szabványos Ethernet vezérlő lehet, így egyszerűsítve a hálózati konfigurációt. Az egyes ügynökcsomópontok alacsony késleltetése miatt az EtherCAT rugalmas, alacsony költségű és hálózattal kompatibilis ipari Ethernet megoldásokat kínál.
Ethernet/IP egy alkalmazásrétegű protokoll a TCP/IP-n felül. Az EtherNet/IP szabványos Ethernet fizikai, adatkapcsolati, hálózati és szállítási rétegeket használ, miközben a Common Industrial Protocolt (CIP) használja a TCP/IP felett. A CIP szabványos üzenet- és szolgáltatáskészletet biztosít az ipari automatizálási vezérlőrendszerekhez, és több fizikai adathordozón is használható. Például a CAN-buszon keresztüli CIP-et DeviceNet-nek, a dedikált hálózaton keresztüli CIP-et ControlNet-nek, a CIP over Ethernet-t pedig EtherNet/IP-nek hívják. Az EtherNet/IP kommunikációt hoz létre az egyik alkalmazáscsomópont között a másik CIP-kapcsolatokon keresztül TCP-kapcsolaton keresztül, és több CIP-kapcsolat is létrehozható egy TCP-kapcsolaton keresztül.
PROFINET a nagy ipari berendezésgyártók, például a Siemens és a GE által széles körben használt ipari Ethernet. Három különböző osztálya van. A PROFINET A osztály hozzáférést biztosít a PROFIBUS hálózathoz proxyn keresztül, áthidaló Ethernet és PROFIBUS TCP/IP-t hívó távoli eljárással. 100 ms körüli a ciklusideje, és az is
többnyire paraméteradatokhoz és ciklikus I/O-hoz használják. A tipikus alkalmazás magában foglalja az infrastruktúrát és az épületautomatizálást. A PROFINET B osztály, más néven PROFINET Real-Time (PROFINET RT), szoftver alapú valós idejű megközelítést vezet be, és körülbelül 10 ms-ra csökkentette a ciklusidőt. A B osztályt általában a gyárautomatizálásban és a folyamatautomatizálásban használják. A PROFINET C osztály (PROFINET IRT) izokron és valós idejű, speciális hardvert igényel a ciklusidő 1 ms-nál rövidebbre csökkentéséhez, hogy megfelelő teljesítményt nyújtson a valós idejű ipari Etherneten a mozgásvezérlési műveletekhez. A PROFINET RT PLC típusú alkalmazásokban használható, míg a PROFINET IRT jól illeszkedik a mozgásos alkalmazásokhoz. A Branch és a Star a PROFINET általánosan használt topológiái. A PROFINET hálózatoknál gondos topológia tervezésre van szükség a rendszer kívánt teljesítményének eléréséhez.
POWERLINK eredetileg a B&R fejlesztette ki. Az Ethernet POWERLINK az IEEE 802.3-on felül van megvalósítva, és ezért lehetővé teszi a hálózati topológia, a keresztkapcsolat és a hotplug szabad kiválasztását. Lekérdezési és időszeletelő mechanizmust használ a valós idejű adatcseréhez. A POWERLINK master vagy „Managed Node” vezérli az időszinkronizálást a csomag jitteren keresztül 10 s nanoszekundum tartományban. Egy ilyen rendszer mindenféle automatizálási rendszerhez alkalmas, a PLC-től PLC-ig terjedő kommunikációtól és vizualizációtól kezdve egészen a mozgás- és I/O-vezérlésig. A POWERLINK megvalósításának akadályai meglehetősen alacsonyak a nyílt forráskódú veremszoftverek elérhetősége miatt. Ezenkívül a CANopen a szabvány része, amely lehetővé teszi a korábbi Fieldbus protokollok egyszerű rendszerfrissítését.
Sercos III a Serial Real-time Communication System (Sercos) harmadik generációja. Egyesíti az on-the-fly csomagfeldolgozást a valós idejű Ethernet és a szabványos TCP/IP kommunikáció érdekében, hogy alacsony késleltetésű ipari Ethernetet biztosítson. Az EtherCAT-hez hasonlóan a Sercos III szolga úgy dolgozza fel a csomagot, hogy az alacsony késleltetés elérése érdekében menet közben kivonja és beilleszti az adatokat az Ethernet keretbe. A Sercos III két keretre választja szét a bemeneti és kimeneti adatokat. A 31.25 mikroszekundumos ciklusidővel olyan gyors, mint az EtherCAT és a PROFINET IRT. A Sercos III támogatja a gyűrű vagy vonal topológiát. A gyűrűtopológia használatának egyik legfontosabb előnye a kommunikációs redundancia. Még ha a gyűrű megszakad is egy slave meghibásodása miatt, az összes többi slave megkapja a Sercos III kereteket bemeneti/kimeneti adatokkal. A Sercos III 511 szolga csomópontot tartalmazhat egy hálózatban, és leginkább szervo hajtásvezérlőkben használják.
Időérzékeny hálózat (TSN) Az Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) által meghatározott Ethernet-bővítmény, amelynek célja az Ethernet-alapú hálózatok determinisztikusabbá tétele. A TSN egy helyi hálózat (LAN) – olyan szintű megoldás, amely nem TSN Ethernettel is működik, de az időszerűség csak a TSN LAN-on belül garantált. Csoportosíthatja a TSN-szabványokat aszerint, hogy milyen használati esetet old meg: közös időnézet, garantált maximális késleltetés, vagy a háttérben vagy más forgalommal való együttélés. Mint minden népszerű szabvány, a TSN szabványok eszköztára is fejlődik.