Hayden Ali, Insinyur Jaringan
Glosarium Ethernet Industri
Protokol komunikasi Ethernet industri
Ethernet menjadi ada di mana-mana dan hemat biaya, dengan sambungan fisik umum dan peningkatan kecepatan. Dengan demikian, banyak protokol komunikasi industri beralih ke solusi berbasis Ethernet. Komunikasi Ethernet dengan TCP/IP biasanya non-deterministik, dan waktu reaksi biasanya sekitar 100 ms. Protokol Ethernet industri menggunakan lapisan Media Access Control (MAC) yang dimodifikasi untuk mencapai latensi yang sangat rendah dan respons deterministik. Ethernet juga memungkinkan topologi jaringan yang fleksibel dan jumlah node yang fleksibel dalam sistem. Mari kita lihat beberapa protokol Industrial Ethernet yang populer secara mendetail.
Ethercat, sebuah protokol yang dioptimalkan untuk memproses data, menggunakan Bingkai Ethernet IEEE 802.3 standar. Setiap node budak memproses datagramnya dan memasukkan data baru ke dalam bingkai saat setiap bingkai melewatinya. Proses ditangani dalam perangkat keras sehingga setiap node memperkenalkan latensi pemrosesan minimum, memungkinkan waktu respons tercepat. EtherCAT adalah protokol lapisan MAC dan transparan untuk protokol Ethernet tingkat tinggi seperti TCP/IP, UDP, server Web, dll. EtherCAT dapat menghubungkan hingga 65,535 node dalam suatu sistem, dan master EtherCAT dapat menjadi pengontrol Ethernet standar, sehingga menyederhanakan konfigurasi jaringan. Karena latensi rendah dari setiap node agen, EtherCAT memberikan solusi Ethernet industri yang fleksibel, berbiaya rendah, dan kompatibel dengan jaringan.
EtherNet / IP adalah protokol lapisan aplikasi di atas TCP/IP. EtherNet/IP menggunakan lapisan fisik, tautan data, jaringan, dan transportasi Ethernet standar saat menggunakan Common Industrial Protocol (CIP) melalui TCP/IP. CIP menyediakan serangkaian pesan dan layanan standar untuk sistem kontrol otomasi industri, dan dapat digunakan di berbagai media fisik. Misalnya, CIP melalui bus CAN disebut DeviceNet, CIP melalui jaringan khusus disebut ControlNet dan CIP melalui Ethernet disebut EtherNet/IP. EtherNet/IP membangun komunikasi dari satu node aplikasi ke yang lain melalui koneksi CIP melalui koneksi TCP, dan beberapa koneksi CIP dapat dibuat melalui satu koneksi TCP.
PROFINET adalah Ethernet industri yang banyak digunakan oleh produsen peralatan industri besar seperti Siemens dan GE. Ini memiliki tiga kelas yang berbeda. PROFINET Kelas A menyediakan akses ke jaringan PROFIBUS melalui proxy, menjembatani Ethernet dan PROFIBUS dengan prosedur jarak jauh yang memanggil TCP/IP. Waktu siklusnya sekitar 100 ms, dan memang begitu
sebagian besar digunakan untuk data parameter dan I/O siklik. Aplikasi tipikal meliputi infrastruktur dan otomatisasi bangunan. PROFINET Kelas B, juga disebut sebagai PROFINET Real-Time (PROFINET RT), memperkenalkan pendekatan waktu nyata berbasis perangkat lunak dan telah mengurangi waktu siklus menjadi sekitar 10 ms. Kelas B biasanya digunakan dalam otomatisasi pabrik dan otomatisasi proses. PROFINET Kelas C (PROFINET IRT), adalah Isochronous dan real-time, membutuhkan perangkat keras khusus untuk mengurangi waktu siklus menjadi kurang dari 1ms untuk memberikan kinerja yang memadai pada Ethernet industri real-time untuk operasi kontrol gerak. PROFINET RT dapat digunakan pada aplikasi tipe PLC, sedangkan PROFINET IRT cocok untuk aplikasi gerak. Cabang dan Bintang adalah topologi umum yang digunakan untuk PROFINET. Perencanaan topologi yang hati-hati diperlukan untuk jaringan PROFINET untuk mencapai kinerja sistem yang dibutuhkan.
Tautan KEKUATAN awalnya dikembangkan oleh B&R. Ethernet POWERLINK diimplementasikan di atas IEEE 802.3 dan, oleh karena itu, memungkinkan pemilihan topologi jaringan, koneksi silang, dan hotplug secara bebas. Ini menggunakan mekanisme pemotongan polling dan waktu untuk pertukaran data waktu nyata. Master POWERLINK atau "Node yang Dikelola" mengontrol sinkronisasi waktu melalui jitter paket dalam kisaran 10 detik nanodetik. Sistem seperti ini cocok untuk semua jenis sistem otomasi mulai dari komunikasi dan visualisasi PLC-ke-PLC hingga gerakan dan kontrol I/O. Hambatan untuk mengimplementasikan POWERLINK cukup rendah karena ketersediaan perangkat lunak stack sumber terbuka. Selain itu, CANopen adalah bagian dari standar yang memungkinkan peningkatan sistem yang mudah dari protokol Fieldbus sebelumnya.
Sercos III adalah generasi ketiga dari Serial Real-time Communication System (Sercos). Ini menggabungkan pemrosesan paket on-the-fly untuk memberikan Ethernet real-time dan komunikasi TCP/IP standar untuk memberikan Ethernet industri latensi rendah. Sama seperti EtherCAT, budak Sercos III memproses paket dengan mengekstraksi dan memasukkan data ke bingkai Ethernet dengan cepat untuk mencapai latensi rendah. Sercos III memisahkan data input dan output menjadi dua frame. Dengan waktu siklus dari 31.25 mikrodetik, secepat EtherCAT dan PROFINET IRT. Sercos III mendukung topologi ring atau line. Salah satu keuntungan utama menggunakan topologi ring adalah redundansi komunikasi. Bahkan jika cincin putus karena kegagalan satu budak, semua budak yang tersisa masih mendapatkan bingkai Sercos III dengan data input/output. Sercos III dapat memiliki 511 slave node dalam satu jaringan dan paling banyak digunakan dalam kontrol servo drive.
Jaringan peka waktu (TSN) adalah ekstensi Ethernet yang ditentukan oleh Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) yang dirancang untuk membuat jaringan berbasis Ethernet lebih deterministik. TSN adalah jaringan area lokal (LAN)-solusi tingkat yang dapat bekerja dengan Ethernet non-TSN, tetapi ketepatan waktu hanya dijamin di dalam LAN TSN. Anda dapat mengelompokkan standar TSN berdasarkan kasus penggunaan yang dipecahkannya: tampilan waktu yang sama, jaminan latensi maksimum, atau koeksistensi dengan latar belakang atau lalu lintas lainnya. Seperti standar populer lainnya, kotak alat standar TSN terus berkembang.